[发明专利]一种基于扩频技术的光纤背向散射测量的方法和装置有效

专利信息
申请号: 201410491605.5 申请日: 2014-09-23
公开(公告)号: CN104266752B 公开(公告)日: 2017-01-04
发明(设计)人: 李卫 申请(专利权)人: 李卫
主分类号: G01J1/04 分类号: G01J1/04;G01J5/08;H04B10/071;H04B10/556
代理公司: 北京鼎佳达知识产权代理事务所(普通合伙)11348 代理人: 王伟锋,刘铁生
地址: 100036 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 技术 光纤 背向 散射 测量 方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及光电检测技术,特别涉及一种基于扩频技术光纤背向散射测量的方法和装置。

背景技术

光纤中的散射信号主要有瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。光纤背向散射测量是通过一定的定位技术,对光线在光纤中传输时的各种散射和菲涅尔反射在光发射端进行测量的方法。

光纤背向散射测量在目前市场上有两大应用领域。其一是测量光纤的链路损耗、插入点损耗以及故障点位置,主要是通过测量光纤各点的背向瑞利散射和菲涅耳反射来实现;其二主要通过测量光纤中各点的背向拉曼散射或背向布里渊散射,利用它们的幅值或频率与温度和应变的关系来实现传感信号测量。

目前常见的能实现光纤背向散射测量的装置主要分光时域反射计(OTDR)和光频域反射计(OFDR),他们的定位技术不同。OFDR系统需要的光源应该为线性扫频窄线宽单纵模激光器,所以对光源的要求很高;OTDR是通过分析后向散射光的时间差和光程差进行检测。探测分辨率的提高依赖于探测脉冲宽度的减小,但是,在激光功率一定的条件下,会造成探测脉冲能量的降低和噪声电平的增加,从而引起动态范围的减小。

在无线通信和检测领域里广泛被采用的扩频技术属于相关检测技术。如在《军事通信技术》中2003年发表的《基于扩频技术的光时域反射仪》中提到的那样,扩频技术可以有效地减少噪声的影响,能在不牺牲分辨率的前提下提高信噪比。理论上将扩频技术应用在光背向散射检测领域有很好的前景。但是正如在光通信领域里利用扩频技术一样,在光纤检测和传感领域应用扩频技术同样面临如何实现双极性编码、以及为了克服电子瓶颈如何实现光域解扩的技术问题。这些技术问题至今没有很好的解决方案。在文献《使用互补码提高OTDR测量动态范围的方法》提到的将格雷互补码技术有利于提高OTDR测量动态范围,但在处理双极性的方式上也很繁琐,并且要扩大一倍的序列发送量,影响系统检测的时间。

解扩是发送序列和本地序列的相关运算,涉及乘法运算和积分运算两种运算。工程实践中积分运算通常由低通滤波器来完成。在电域中完成解扩运算有成熟的办法,但对宽带高速信号要遇到电子瓶颈的问题。因为低通滤波器或积分器不涉及电子瓶颈问题,如果能在光域中完成相关运算中乘法运算,将是个非常有意义的结果。

现有的光背向散射测量不能很好的兼顾测量精度、动态范围。扩频技术应用在这些领域理论上有很好的前景但面临如何实现在光域实现双极性码以及光域解扩的技术难题。

因此,提供一种能够有效解决上述难题的光背向散射测量方法和装置成为业内急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述的技术问题,提供了一种基于扩频技术的光纤背向散射测量的方法和装置。

本发明提供了一种基于扩频技术的光纤背向散射测量的方法,该方法包括:发送序列利用DPSK调制方式对光源信号进行相位调制;相位调制后的DPSK光信号进入待测光路;从待测光路反射或背向散射的DPSK光信号经第一光定向耦合器或光环行器进入延迟干涉仪,从而实现DPSK光信号的解调;对解调后的DPSK光信号进行光电转换;利用本地序列对光电转换后的信号进行相关解扩,以进行光背向散射测量。

优选地,该方法还包括:利用本地序列调制延迟干涉仪的相位或本地序列利用DPSK调制方式调制相位调制后的DPSK光信号,以提前完成相关解扩光电转换后的信号所需的乘法运算。

优选地,该方法还包括:滤波从第一光定向耦合器或光环行器输出的反射或背向散射的DPSK光信号,并对滤波后的光DPSK信号进行解调和相关解扩。

优选地,该方法还包括:对从第一光定向耦合器或光环行器输出的反射或背向散射的DPSK光信号进行分光,并对分光后的DPSK光信号进行滤波。

本发明提供了一种基于扩频技术的光纤背向散射测量的装置,该装置包括:光发送单元、发送序列发生器、第一差分预编码器、第一相位调制器、第一光定向耦合器或光环行器、延迟干涉仪、光电平衡检测器、第一本地序列发生器、相关解扩器、以及光背向散射测量处理单元;光发送单元,用于产生光源信号;发送序列发生器,用于产生发送序列信号;差分预编码器,用于对发送序列进行差分预编码;第一相位调制器,用于利用DPSK调制方式对光源信号进行相位调制;第一光定向耦合器或光环行器,用于将反射或背向散射的DPSK光信号输入延迟干涉仪;延迟干涉仪,用于解调反射的DPSK光信号;光电平衡检测器,用于对解调后的DPSK光信号进行光电转换;相关解扩器,用于利用本地序列对光电转换后的信号进行相关解扩;光背向散射测量处理单元,用于进一步处理相关解扩结果来实现光背向散射测量。

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