一种光时域反射仪制造技术

技术编号:14729029 阅读:176 留言:0更新日期:2017-02-28 10:45
本实用新型专利技术公开了一种光时域反射仪,包括主控单元和普通探测单元,普通探测单元测量探测脉冲在待测试光纤中传输时返回的后向传输光的强度并反馈给主控单元以进行事件分析得到测试结果,所述测试结果包括是否有故障,以及相应的故障区域,还包括单光子探测单元,用于在所述测试结果有故障时测量探测脉冲在待测试光纤中传输时故障区域返回的后向传输光的强度,并反馈给主控单元以进行事件分析得到故障点的精确位置;所述普通探测单元用于测量非单光子级别的光信号强度;所述单光子探测单元用于测量单光子级别的光信号强度。本实用新型专利技术具有普通OTDR的测量速度,同时又具有单光子探测OTDR的测量精度,实现了快速扫描与高精度测量的结合,并且结构简单、易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光纤测试
,特别是涉及一种光时域反射仪
技术介绍
光时域反射仪(OTDR)是一种精密的光电一体化仪表,其利用光在光纤内传输时瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射光制作而成,被广泛应用于光缆线路的维护和施工中,可对光纤长度、光传输损耗、接头损耗等进行测量,并可对故障点进行定位。普通OTDR的雪崩光电二极管工作在线性模式,无需考虑后脉冲效应,因此,可以工作在连续采集状态,具有测量时间快的优点。但由于工作在线性模式的雪崩光电二极管增益低,无法探测弱小光信号,因此,OTDR的测量精度和测量距离受到限制。单光子探测OTDR可探测到比热噪声还小的极微弱光信号,因而可以得到更高的测量精度、更远的测量距离和更大的动态范围。但其雪崩光电二极管工作在盖革门控模式,受后脉冲影响,单光子探测器具有一定的死时间,这导致探测器门脉冲重复频率低,单光子探测OTDR工作在逐点扫描模式,具有较长的探测时间,且测量精度越高、扫描点数越多,所需的时间约长。文献《PhotonCountingOTDR:AdvantagesandLimitations》(2010年,JournalofLightwaveTechnology,28(6))中提及在OTDR中采用单光子探测技术,使OTDR动态范围提升了10dB、空间分辨率提升了20倍,性能得到了极大的提升。同时,该文献也提出单光子探测OTDR测量时间比普通OTDR要长很多,如200km一次测量需要6小时,限制了其应用。目前已提出的针对单光子探测OTDR测量时间长的解决方案,多从解决单光子探测器后脉冲的问题入手。如专利申请号为201310600853.4的一种基于超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的光时域反射计,因SNSPD几乎没有后脉冲效应,所以可以解决测量时间的问题。但,SNSPD工作在绝对零度附近,对制冷要求很高,需要外接低温液氦杜瓦瓶或设计专门的闭合循环冷藏室等。即此类型的解决方案具有系统设计复杂、成本高、体积大等缺点,不利于实际应用,无法推广。综上,现有技术存在的问题是:1)在普通OTDR中,雪崩光电二极管工作在线性模式,无需考虑后脉冲效应,因此可以工作在连续采集状态,具有测量时间快的优点。但由于工作在线性模式的雪崩光电二极管增益低,无法探测弱小光信号,因此,测量精度和测量距离受到限制。2)在单光子探测OTDR中,可以实现对低于热噪声的微弱光信号的探测,即使散射信号因精度或距离原因弱小到只有单光子状态,仍然可以探测到,保证了很高的测量精度与量程。但是,此时雪崩光电二极管工作在盖革门控模式下,后脉冲概率大,需要设置很长的死时间才能消除后脉冲的影响。因此,只能工作在逐点扫描模式,完成一次测量任务往往需要数小时。3)目前已有的基于超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的OTDR几乎没有后脉冲效应,可以解决测量时间的问题,但是,SNSPD工作在绝对零度附近,对制冷要求很高,需要外接低温液氦杜瓦瓶或设计专门的闭合循环冷藏室,成本高、体积庞大,不适合产品化应用。
技术实现思路
为解决本现有技术存在的上述技术问题,本技术技术方案从普通OTDR和单光子探测OTDR两者优缺点互补的角度考虑,将两种测量思路和基本结构融合入一个设计中,融合了普通OTDR和单光子探测OTDR的优点,使本技术技术方案具有普通OTDR的测量速度,同时又具有单光子探测OTDR的测量精度,实现了快速扫描与高精度测量的结合。本技术系统设计简单,且节约系统资源。为达到上述目的,本技术采取如下技术方案:一种光时域反射仪,包括主控单元和普通探测单元,普通探测单元测量探测脉冲在待测试光纤中传输时返回的后向传输光的强度并反馈给主控单元以进行事件分析得到测试结果,所述测试结果包括是否有故障,以及相应的故障区域,还包括单光子探测单元,用于在所述测试结果有故障时测量探测脉冲在待测试光纤中传输时故障区域返回的后向传输光的强度,并反馈给主控单元以进行事件分析得到故障点的精确位置;所述普通探测单元用于测量非单光子级别的光信号强度;所述单光子探测单元用于测量单光子级别的光信号强度。本技术中非单光子级别的光信号强度为功率远大于单光子级别的经典光信号,如功率为纳瓦级的光脉冲。本技术的光时域反射仪中所述的主控单元采用微处理器实现,如单片机、FPGA、DSP芯片等。本技术的光时域反射仪中主控单元利用接收到的后向传输光的强度变化进行事件分析(具体指衰减事件、反射事件等),可采用常用的两点法、最小二乘法、Gabor变换法、小波变换法等经典的算法对探测单元(普通探测单元或单光子探测单元)反馈的探测结果(即探测到的后向传输光的强度)进行处理,进而得到待测试光纤的损耗、衰减、反射等事件信息,并根据这些事件信息形成输出相应的测试结果,所述测试结果包括信道是否存在故障、以及故障点的位置等。本技术的光时域反射仪,实际上可以理解为具有两种工作模式,分别为粗扫模式和精扫模式,具体工作模式受控于主控单元:粗扫模式下,后向传输光经由普通探测单元进行探测并将探测结果(即探测到的光的强度)反馈给主控单元;精扫模式下,后向传输光经由单光子探测单元进行探测并将探测结果反馈给主控单元;且在粗扫模式下主控单元得到的故障分析结果为有故障,则主控单元自动使所述光时域反射仪切换至精扫模式,且根据故障分析结果设定相应的精扫区域(设定为故障区域)。对待测试光纤进行测试时,先进行粗扫,采用普通探测单元进行探测时,探测速度快,时间消耗小,能够迅速确定是否存在故障,但是其测量精度不高,最高能够达到1m,得到的故障点位置通常为一个范围(该范围的长度等于测量精度,即故障区域),进一步切换为精扫模式,且在精扫模式下根据粗扫的测试结果中故障点的位置信息先设定精扫的扫描范围,然后采用单光子探测单元进行探测以对设定的范围进行测量扫描,进而能够得到故障点的精确位置,将二者结合,一方面提高了测量精度,另一方面大大缩减了测量时间。单光子探测器仅在接收到的光为单光子级别时才能输出有用的探测结果。因此,所述的光时域反射仪还包括一受控于所述主控单元的衰减器(通常为电控光纤衰减器),在精扫模式下,主控单元对输入至待测试光纤中的探测脉冲进行衰减使进入单光子探测单元的后向传输光为单光子脉冲。为保证可以单光子探测单元和普通探测单元能够接收到后向传输光(可以是所有后向传输光的一部分,也可以为所有后向传输光),所述的光时域反射仪还包括一光分路单元,用于将所述后向传输光分为两路,一路输入到普通探测单元,另一路输入到单光子探测单元。作为优选,所述的光分路单元通过光纤耦合器实现,将分束比大的一路输入到普通探测单元,分束比小的一路输入到单光子探测单元。该光分路单元通过光纤耦合器实现,其分束比可根据应用需求调整,通常使进入普通探测为单元的光能量比进入单光子探测单元的大。作为优选,所述分束比为99:1,分束比为1的一路输入到单光子探测单元;分束比为99的一路输入到普通探测单元。作为另外一种实现方法,所述的光时域反射仪还包括一受控于所述主控单元的光开关单元,用于控制所述后向传输光的路径使其进入普通探测单元和单光子探测单元中的一个。所述光开关单元可以采用一个受控于主控单元1×2的光开关实现。作为另一种实现本文档来自技高网
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一种光时域反射仪

【技术保护点】
一种光时域反射仪,包括主控单元和普通探测单元,普通探测单元测量探测脉冲在待测试光纤中传输时返回的后向传输光的强度并反馈给主控单元以进行事件分析得到测试结果,所述测试结果包括是否有故障,以及相应的故障区域,其特征在于,还包括单光子探测单元,用于在所述测试结果有故障时测量探测脉冲在待测试光纤中传输时故障区域返回的后向传输光的强度,并反馈给主控单元以进行事件分析得到故障点的精确位置;所述普通探测单元用于测量非单光子级别的光信号强度;所述单光子探测单元用于测量单光子级别的光信号强度。

【技术特征摘要】
1.一种光时域反射仪,包括主控单元和普通探测单元,普通探测单元测量探测脉冲在待测试光纤中传输时返回的后向传输光的强度并反馈给主控单元以进行事件分析得到测试结果,所述测试结果包括是否有故障,以及相应的故障区域,其特征在于,还包括单光子探测单元,用于在所述测试结果有故障时测量探测脉冲在待测试光纤中传输时故障区域返回的后向传输光的强度,并反馈给主控单元以进行事件分析得到故障点的精确位置;所述普通探测单元用于测量非单光子级别的光信号强度;所述单光子探测单元用于测量单光子级别的光信号强度。2.如权利要求1所述的光时域反射仪,其特征在于,还包括受控于所述主控单元的衰减器,在单光子探测器测量后向传输光的强度时,所述主控单元对输入至待测试光纤中的探测脉冲进行衰减使进入单光子探测单元的后向传输光为单光子脉冲。3.如权利要求2所述的光时域反射仪,其特征在于,还包括一光分路单元,用于将所述后向传输光分为两路,一路输入到普通探测单元,另一路输入到单光子探测单元。4.如权利要求2所述的光时域反射仪,其特征在于,...

【专利技术属性】
技术研发人员:富尧李浩泉王真真
申请(专利权)人:浙江神州量子网络科技有限公司
类型:新型
国别省市:浙江;33

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