一种提高光频域反射仪的最大测试距离的方法与流程

本发明涉及光纤传感和光网络器件及系统检测仪器技术领域、光学测量技术领域，特别是涉及一种提高光频域反射仪的最大测试距离的方法。

背景技术：

光频域反射技术(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)是分布式光纤测量与传感技术中新兴的发展方向。较传统光时域反射方法(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)，OFDR具有信噪比高，空间分辨率高，灵敏度高等特点。

在OFDR系统中，商用激光器在光频扫描中都存在非线性特性，这就会造成光频域反射计的空间分辨率严重恶化。目前，通过附加触发干涉仪在同一频域空间采样信号，用来解决激光器的非线性效应，抑制激光器的光频非线性扫描对光频域反射仪的影响。这种方法采用固定时延臂的附加干涉仪实时为主干涉仪产生采样时钟脉冲，实现等频率间隔采样，可以抑制激光器的光频非线性扫描对光频域反射装置的影响。但是根据采样定理，光频域反射仪的最大测量距离会受到附加干涉仪的固定时延臂长度的限制，上述方法并不适用长距离的光频域反射仪。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种能够提高光频域反射仪的最大测试距离的方法，以实现长距离的测量。

本发明采用的技术方案如下：

一种提高光频域反射仪的最大测试距离的方法，该方法实现的系统包括：可调谐扫描激光器、第一耦合器、触发干涉仪、测量干涉仪、数据采集卡以及电脑；所述触发干涉仪包括第二耦合器、第三耦合器、产生相位差的器件和第一光电探测器；所述测量干涉仪包括第四耦合器、光环形器和第二光电探测器；所述第一光电探测器和第二光电探测器分别与数据采集卡连接，所述数据采集卡连接到电脑；所述可调谐扫描激光器的光源通过第一耦合器后，一部分光依次进入触发干涉仪的第二耦合器、第三耦合器、产生相位差的器件和第一光电探测器，另一部分光进入测量干涉仪的第四耦合器；经第四耦合器后出射的一部分光直接到达第二光电探测器，另一部分光进入光环形器后再到达待测器件，由待测器件反射回来的光通过光环形器后到达第二光电探测器。

所述触发干涉仪作为测量干涉仪的外部时钟，触发数据采集卡进行数据采集；通过调节所述产生相位差的器件，以产生不同的相位差然后进行多次数据采集，获得多个采用数据，然后合并这些采样数据，达到减小采样周期，提高最大可测量距离。

优选地，所述第一耦合器的耦合比为90：10，所述第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器的耦合比均为50：50。

优选地，所述产生相位差的器件为液晶可变波片。

本发明方法的原理如下；触发干涉仪作为测量干涉仪的外部时钟，采样频率为触发数据采集卡进行数据采集，满足信号采集时在同一频域，解决傅里叶变换等时间等频率的采样间隔。而测量干涉仪同样两臂存在光程差，因此根据采样定理，触发干涉仪两臂的光程差是测量干涉仪的两倍，因此最大测量距离受限。本发明是在解决可调谐激光器非线性效应，满足等频率间隔的采样的同时，提出利用产生相位差的器件应用在附加触发干涉仪上产生相位差，进行多次采样，在频域空间相邻两次采样相位差采样之后的数据合并，等同于且因此触发干涉仪两臂差扩大一倍，测量干涉仪也扩大一倍。在时间上由于触发干涉仪作为采样时钟物理上是信号过零点上升沿时采样一次，本发明在触发干涉仪上增加一个产生相位差的器件，就可以在时间上产生相位差，这样就达到了频域空间的效果，增加最大测试距离，解决了测量距离受到附加干涉仪的固定时延臂长度的限制来提高光频域反射仪的最大测量距离。

相比现有技术的方法，本发明的方法具有无损、高精度、快速测量等优点，得到的测量结果更加精确，该测量方法更加便利。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明实施例在频域空间中的信号图；

图3为本发明实施例在时域空间中的信号图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1为实现本发明方法的系统结构示意图，系统包括可调谐激光器1、90：10耦合器2、触发干涉仪、测量干涉仪、数据采集卡10、电脑11。其中，触发干涉仪包括50:50耦合器3、50:50耦合器4、液晶可变波片5、光电探测器6；测量干涉仪包括50:50耦合器7、光环形器8、光电探测器9。

激光器1进行扫频，光通过90:10耦合器2，其中10％的光进入触发干涉仪，90％的光进入测量干涉仪。10％分光进入触发干涉仪的耦合器3，两臂存在光程差，形成干涉后到达光电探测器6；90％光进入测量干涉仪，通过耦合器7后一部分光直接到达光电探测器9，另一部分光进入光环形器8后，再到达待测器件12，待测器件12反射回来的光再次进入光环形器8，与另一束光调制，形成干涉后到达光电探测器9。

可调谐激光器1的调制率为γ，当两臂存在光程差，群时延差为τ₀，满足低调制率近似形成干涉，光电探测器6转换后的电信号为U(v)＝U₀[1+cos(2πvτ₀+ξ)]，U为电压，τ₀为触发干涉仪两臂时延差，ν为频率，ξ为相位常量。触发干涉仪作为测量干涉仪的外部时钟采样频率为触发数据采集卡10进行数据采集。而测量干涉仪同样两臂存在光程差，因此根据采样定理，触发干涉仪两臂的光程差是测量干涉仪的两倍，因此最大测量距离受限。

本实施例方法分为两次采样，采样频率为如图2所示，在频域空间第一次与第二次采样相位差两次数据分别为N1(n1,n2,n3,n4……),N2(e1,e2,e3,e4……)采样之后的数据合并为N3(n1,e1,n2,e2,n3,e3)，等同于且触发干涉仪两臂差扩大一倍，测量干涉仪也扩大一倍。

如图3所示，在时间上，因为触发干涉仪作为采样时钟物理上是信号过零点上升沿时采样一次，通过在触发干涉仪上增加一个液晶可变波片10，在时间上产生相位差，这样就达到了频域空间的效果，增加最大测试距离。