[发明专利]频率编码光纤时域反射仪及其工作方法

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一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。

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τp；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ω₀是光频率，γ是光频率扫频的速度，φ(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τ,τ＝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：

其中R是FUT上该点的散射系数，是一个相位常数，

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τ，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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f1到f2且f1<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需要大于f2的两倍，以满足奈奎斯特采样定律。

优选的，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f1到f2且f1<f2的拍频信号，首先与一个固定的中频信号f0进行混频，产生差频信号f1-f0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。

优选的，所述采样的频率大于差频信号f2-f0的两倍。

本发明的技术方案具有以下有益效果：