[发明专利]一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法

说明书

本发明涉及光时域反射仪检测技术领域，提供了一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法。其中方法包括生成线性调频信号和时钟同步脉冲，并分别发送给调制器和光开关；调制器根据所述线性调频信号，调制光源发出的连续光信号，生成连续线性调频光信号；光开关将所述连续线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号，并通过环形器输入到传输光纤中；对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换并得到探测结果。本发明通过利用线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后有较好的聚集性，而噪声和非线性调频信号经过分数阶傅里叶变换后不会发生聚集这个特点，提取出线性调频信号，从而提升OTDR的探测灵敏度和动态范围。

【技术领域】

本发明涉及光时域反射仪检测技术领域，特别是涉及一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统及方法。

【背景技术】

光时域反射仪是根据光的背向散射与反射原理制作，利用光在光纤中传输时产生的后向散射光来获取衰减信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位，以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。由于光纤材料密度不均匀、掺杂成分不均匀以及光纤本身的缺陷，当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射光就会返回到光时域反射仪中，返回的有用信息由光时域反射仪的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。通过测量发射信号到返回信号所用的时间，以及确定光在光纤的速度，就可以计算出对应的距离。

随着光纤放大器的引入及光纤损耗的降低，光纤传输距离不断增加，探测器探测的信号非常微弱，要求探测器具有更高的灵敏度和更大的动态范围。为了解决探测器信号微弱的问题，传统方法一是重复采样取平均来提高探测灵敏度，二是增加发射信号的能量。前者，重复采样可以提高测量的动态范围，但要耗费更多的时间。后者由于激光器的功率有限，要提高入射信号的能量，只能增加发射信号的脉宽，但这又会降低距离分辨率。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是为了解决探测器信号微弱的问题，传统方法一是重复采样取平均来提高探测灵敏度，二是增加发射信号的能量。前者，重复采样可以提高测量的动态范围，但要耗费更多的时间。后者由于激光器的功率有限，要提高入射信号的能量，只能增加发射信号的脉宽，但这又会降低距离分辨率。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于线性调频信号的光纤光时域反射仪检测系统，包括OTDR光源1，用于发出连续光信号；环形器5，用于将用于检测的光信号输入到传输光纤中，并将后向散射信号输入到反射信号接收单元6中；反射信号接收单元6，用于接收来自传输光纤的后向散射信号，并转化为数字信号，还包括调制信号发生器4、调制器2、光开关3和数字信号处理单元7，其中，调制信号发生器4分别连接所述调制器2的第二输入口和光开关3的第二输入口，所述OTDR光源1连接所述调制器2的第一输入口，所述调制器2的第一输出口连接光开关3的第一输入口，所述光开关3的第一输出口连接所述环形器5的第一输入口，所述环形器5的第二输出口连接被测的传输光纤，所述环形器5的第三输出口串联所述反射信号接收单元6后与数字信号处理单元7 相连，具体的：

所述调制信号发生器4，用于产生线性调频信号以及时钟同步脉冲；

所述调制器2，用于将线性调频信号调制到连续光信号上，生成连续线性调频光信号；

所述光开关3，用于将连续的线性调频光信号截成指定时间长度的线性调频光信号；

所述数字信号处理单元7，用于对接收到的数字信号进行分数阶傅里叶变换，提取出线性调频信号得到探测结果。

优选的，调制信号发生器4的线性调频信号根据以下公式生成：

s(t)＝A*rect(t/τ)cos(2π(f₀t+μt²/2))