频率编码光纤时域反射仪及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种频率编码光纤时域反射仪及其工作方法，其中，频率编码光纤时域反射仪，包括光源、第一光纤耦合器、声光调制器、射频信号发生器、光纤放大器、光回旋器、第二光纤耦合器、平衡探测器和数据采集卡。通过对光脉冲进行频率调制，使得空间分辨率不受光脉冲持续时间的限制，空间分辨率不再取决于脉冲的宽度，而取决于探测脉冲的频率调制范围。以达到同时实现高空间分辨率和长探测距离的目的。
【专利说明】频率编码光纤时域反射仪及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤传输测量领域，具体地，涉及一种频率编码光纤时域反射仪及其 工作方法。
【背景技术】
[0002] 光时域反应仪 OTDR(Coherent Optic Time Domain Reflectometry)是测量光纤 传输特性的测量仪器，现已经广泛应用在光纤通信系统中，利用光纤的背向瑞利散射光等 信号，以测量光纤的衰减、损耗和反射等特性。作为一种非破坏性的光纤测量技术，OTDR可 测量整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，具体表现为探测、定位和测量光 纤链路上任何位置的事件。
[0003] 现有的OTDR技术中，探测距离和空间分辨率是一对相互制约的矛盾，为了实现高 空间分辨率，需要减小脉冲的持续时间，这就降低了光脉冲的能量，导致测量距离的缩短。 现有的OTDR技术已经分别实现了上千公里的探测距离和1米的空间分辨率，但是这两个参 数不能够同时实现。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种频率编码光纤时域反射仪及其工作 方法，以实现兼备高空间分辨率和长探测距离的优点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种频率编码光纤时域反射仪，包括光源、第一光纤耦合器、声光调制器、射频信 号发生器、光纤放大器、光回旋器、第二光纤耦合器、平衡探测器和数据采集卡，从所述光源 发出的光经过第一耦合器后分为两束，一束光经过声光调制器，变为带有频率编码的脉冲 信号，然后该脉冲信号经过光纤放大器后作为探测脉冲信号，该探测脉冲信号经光回旋器 进入待测光纤，从待测光纤散射回的光经过光回旋器进入第二光纤耦合器，并在第二光纤 耦合器与光源发出的另一束光发生干涉，从第二光纤耦合器输出的光进入平衡探测器转换 为电信号，该电信号经过数据采集卡变成数字信号，所述数据采集卡内置A/D转换电路，所 述声光调制器由射频信号发生器驱动。
[0007] 同时本发明技术方案相应公开一种频率编码光纤时域反射仪的工作方法，所述射 频信号发生器发出的射频信号在时间上是脉冲信号，并且其频率在脉冲持续时间内线性变 化，因此，光信号经过声光调制器后强度受到调制，变成脉冲信号，脉冲持续时间为Tp ;与 此同时，光信号的频率也发生线性变化，其改变量等于射频信号发生器的频率，光脉冲的表 达式为：
[0008]
【权利要求】
1. 一种频率编码光纤时域反射仪，其特征在于，包括光源、第一光纤稱合器、声光调制 器、射频信号发生器、光纤放大器、光回旋器、第二光纤耦合器、平衡探测器和数据采集卡， 从所述光源发出的光经过第一耦合器后分为两束，一束光经过声光调制器，变为带有频率 编码的脉冲信号，然后该脉冲信号经过光纤放大器后作为探测脉冲信号，该探测脉冲信号 经光回旋器进入待测光纤，从待测光纤散射回的光经过光回旋器进入第二光纤耦合器，并 在第二光纤耦合器与光源发出的另一束光发生干涉，从第二光纤耦合器输出的光进入平衡 探测器转换为电信号，该电信号经过数据采集卡变成数字信号，所述数据采集卡内置A/D 转换电路，所述声光调制器由射频信号发生器驱动。
2. -种权利要求1所述频率编码光纤时域反射仪的工作方法，其特征在于，所述射频 信号发生器发出的射频信号在时间上是脉冲信号，并且其频率在脉冲持续时间内线性变 化，因此，光信号经过声光调制器后强度受到调制，变成脉冲信号，脉冲持续时间为T p ;与 此同时，光信号的频率也发生线性变化，其改变量等于射频信号发生器的频率，光脉冲的表 达式为：
其中是光频率，Y是光频率扫频的速度，小（t)是t时刻的光随机相位噪声； 探测脉冲信号进入待测光纤后，在光纤中发生反射和瑞利散射，每一点反射回来的光 脉冲都具有相同的持续时间和同样的频率啁啾，但不同的点反射回的信号具有不同的时间 延迟I，T =2nL/c，其中L是从待测光纤入射端到散射点的距离，n是光纤的等效折射率， c是光纤中的光速，系数2是由于光需要往返传输，散射光与本地光相干后，在平衡探测器 上产生外差信号，其差频信号也具有频率啁啾：
由公式（2)可知平衡探测器探测到的信号也是具有线性的频率啁啾；待测光纤上不同 位置处产生的散射信号虽然具有不同的时间延迟T，但是都具有相同的频率啁啾形状，其 表达式如下：
从平衡探测器接收到的拍频信号需要经过解调，得到待测光纤上每个位置的散射强 度。
3. 根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述对平衡探测器接收到的拍频信 号解调过程具体为：首先产生一个具有相同频率啁啾速率、但持续时间充满整个待测光纤 往返时间的参考信号，待测光纤上不同位置散射回的信号与该参考信号的差频是一个定 值，其值正比于散射信号在待测光纤上的位置，据此解调出待测光纤上每个点的散射信号 的强度。
4. 根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于，该解调具体为所述参考信号与平衡 探测器上接收的信号在计算机内进行相乘，然后对相乘后的结果做傅立叶变换，以得到不 同差频处信号的强度。
5. 根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述对平衡探测器接收到的拍频信 号解调过程具体为：平衡探测器接收到的频率范围为n到f2且fl〈f2的拍频信号直接被 数据采集卡转换为数字信号，在数字处理设备中进行拍频信号的检测，数据采集卡的采样 速率大于f2的两倍，以满足奈奎斯特采样定律。
6. 根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述对平衡探测器接收到的拍频信 号解调过程具体为：平衡探测器接收到的频率范围为n到f2且n〈f2的拍频信号，首先与 一个固定的中频信号f〇进行混频，产生差频信号fl-f〇到f2-f0,用带通滤波器取出其差频 信号，然后进入数据采集卡，在数字设备中进行拍频信号的检测。
7. 根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述采样的频率大于差频信号f2-f0 的两倍。
【文档编号】G01M11/02GK104344945SQ201410620545
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】何祖源, 刘庆文, 樊昕昱, 杜江兵, 马麟 申请人:无锡联河光子技术有限公司