一种测量光纤长度的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量光纤长度的装置和方法，包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、待测光纤、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、信号源、混频器、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器、低通滤波器、测量控制单元。本发明专利技术还公开了一种光纤长度测量方法，利用信号源输出调制信号，同时对第一电光调制器和第二电光调制器对测量光进行调制，将光电探测器输出波形和调制波形进行混频滤波后测得关键参数，求得待测光纤长度。本发明专利技术结构简单，环境适应性强，可有效抑制调制器非平坦和非互易的电学特性引起的测量误差，有效提高了测量精度和灵敏度，可同时实现大动态范围高精度光纤长度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种测量光纤长度的装置和方法
本专利技术涉及光纤
，特别是一种测量光纤长度的装置和方法。
技术介绍
高精度光纤长度测量系统在光纤通信系统等领域具有重要的应用价值。传统的光纤测量方法主要包括光时域反射仪(OTDR)，光频域反射仪(OFDR)等。OTDR基于后向瑞利散射和菲涅尔反射原理，测量长度可达上百公里，但只能测长光纤且精度只能达到厘米量级，OFDR对光源进行频率调制，当频率调制光遇到散射点返回时，信号拍频会随散射点距离的增加而增加，且信号能量正比于该散射点大小，测量精度可达毫米量级；测量范围可达几千米，但光源需要有良好的相干性和稳定性，因而系统造价较高，并且由于温度原因，会导致光源扫频非线性问题，影响测量结果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种测量光纤长度的装置和方法，本专利技术的装置结构简单，不需要高相干高稳定性光源；且本专利技术方法可消除环境干扰，实现大动态范围高精度长程光纤长度测量。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种测量光纤长度的装置，包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、待测光纤、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、信号源、混频器、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器、低通滤波器和测量控制单元；其中，光源，用于输出直流线偏振光至偏振控制器；偏振控制器，用于控制直流线偏振光的偏振态，输出偏振光至第一电光调制器；第一电光调制器，用于根据放大后的第一路频率调制信号对偏振光进行调制，输出调制光至光环形器；光环形器，用于将调制光由其第一端口输入，并由其第二端口注入至待测光纤；待测光纤，用于将调制光在其传播后到达法拉第旋转反射镜；法拉第旋转反射镜，用于对调制光进行反射，反射后的光经待测光纤、光环形器输出至第二电光调制器；第二电光调制器，用于根据放大后的第二路频率调制信号对反射光进行解调，输出解调的偏振变化光信号至检偏器；检偏器，用于将解调的偏振变化光信号转化为强度变化的光信号；光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，该电信号输出至混频器；信号源，用于输出中心频率线性变化的频率调制信号，该信号分成三路，第一路频率调制信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路频率调制信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器，第三路输出至混频器；混频器，用于将光电探测器输出的电信号和信号源输出的第三路频率调制信号进行混频，混频后的信号输出至低通滤波器；低通滤波器，用于将混频器输出的信号进行低通滤波，输出滤波后的电信号至测量控制单元；测量控制单元，用于控制信号源输出中心频率线性变化的频率调制信号，并采集和处理滤波后的电信号，进行光纤的长度解算。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置进一步优化方案，所述光源为超辐射发光二极管光源，或ASE光源。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置进一步优化方案，所述第一电光调制器的输入端口至输出端口的传输特性和第二电光调制器的输入端口至输出端口的传输特性相同。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置进一步优化方案，第一自动增益放大器和第二自动增益放大器相同。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置进一步优化方案，所述信号源至第一电光调制器的电缆长度和信号源至第二电光调制器的电缆长度相同。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置进一步优化方案，所述第一电光调制器和所述第二电光调制器加载的信号幅值、信号频率和相位相同。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置进一步优化方案，调制光首先通过光环形器的第一端口传输至光环形器的第二端口，进入待测光纤，然后从光环形器的第二端口传输至光环形器的第三端口。基于上述的一种测量光纤长度的装置的测量方法，包括以下步骤：步骤一、打开光源，启动测量控制单元和信号源，设定信号源输出中心频率线性变化的频率调制信号，设定其中心频率、调制频率、调制幅度、中心频率变化范围；步骤二、调节偏振控制器使光电探测器的输出达最大对比度；步骤三、将信号源输出的第三路频率调制信号和光电探测器的输出信号经过混频器混频后，再经低通滤波器滤波；步骤四、通过测量控制单元连续采集低通滤波器的输出信号UL，获得信号UL和中心频率f相关的UL-f曲线，求解UL-f曲线的过零点对应的频率值f1，f2，f3…fi…fm；其中，fi为UL-f曲线的第i个过零点对应的频率值，m为测量的频率值的总个数，i＝1,2,…,m；步骤五、根据采集的fi，计算波数N1＝[f1/(f2-f1)],N2＝[f2/(f3-f2)],N3＝[f3/(f4-f3)]…，Ni＝[fi/(fi+1-fi)]…,其中，[]为四舍五入取整运算,Ni为第i个波数；步骤六、求出光纤长度为其中c为光速，n为光纤折射率，l为光路中的残余长度，l包括法拉第旋转反射镜的尾纤长度、光环形器的三个端口尾纤长度、第一电光调制器的输出端口的尾纤长度和第二电光调制器的输入端口的尾纤长度。作为本专利技术所述的一种测量光纤长度的装置的测量方法进一步优化方案，UL和光纤长度L之间有如下关系：其中，M是第一电光调制器和第二电光调制器的调制深度，L为待测光纤长度，c是真空中光速，J1(*)为一阶贝塞尔公式，f为频率调制信号的中心频率，该频率值随测量过程线性变化，δf为频率调制信号的频率调制幅度，其在测量过程中是固定值。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术方法采用超辐射发光二极管作为光源进行非相干测量，既可以避免光纤背向散射和背向反射对测量精度的影响，又可以提高测量量程；采用电光调制和光学混频技术，可消除光纤中的共模干扰误差，提高系统环境适应性；(2)本专利技术采用两个电学特性一致的电光调制器分别对测量光进行调制和解调，避免了单调制器的非互易性问题；采用自动增益放大器可有效抑制调制器非平坦的电学特性引起的测量误差。(3)本专利技术通过混频器和低通滤波器实现了对探测信号的窄带滤波，能大幅消除探测信号中的背景噪声，亦可将光强极小值探测转化为光强函数过零点探测，极大提高探测灵敏度。附图说明图1是光纤长度测量装置示意图。图中的附图标记解释为：1-光源、2-偏振控制器、3-第一电光调制器、4-第二电光调制器、5-光环形器、6-待测光纤、7-法拉第旋转反射镜、8-检偏器、9-光电探测器、10-信号源、11-混频器、12-第一自动增益放大器、13-第二自动增益放大器、14-低通滤波器、15-测量控制单元，A-第一电光调制器的输入端口，B-第一电光调制器的输出端口，C-光环形器的第一端口，D-光环形器的第二端口，E-光环形器的第三端口，F-第二电光调制器的输入端口，G-第二电光调制器的输出端口。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量光纤长度的装置，其特征在于，包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、待测光纤、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、信号源、混频器、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器、低通滤波器和测量控制单元；其中，/n光源，用于输出直流线偏振光至偏振控制器；/n偏振控制器，用于控制直流线偏振光的偏振态，输出偏振光至第一电光调制器；/n第一电光调制器，用于根据放大后的第一路频率调制信号对偏振光进行调制，输出调制光至光环形器；/n光环形器，用于将调制光由其第一端口输入，并由其第二端口注入至待测光纤；/n待测光纤，用于将调制光在其传播后到达法拉第旋转反射镜；/n法拉第旋转反射镜，用于对调制光进行反射，反射后的光经待测光纤、光环形器输出至第二电光调制器；/n第二电光调制器，用于根据放大后的第二路频率调制信号对反射光进行解调，输出解调的偏振变化光信号至检偏器；/n检偏器，用于将解调的偏振变化光信号转化为强度变化的光信号；/n光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，该电信号输出至混频器；/n信号源，用于输出中心频率线性变化的频率调制信号，该信号分成三路，第一路频率调制信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路频率调制信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器，第三路输出至混频器；/n混频器，用于将光电探测器输出的电信号和信号源输出的第三路频率调制信号进行混频，混频后的信号输出至低通滤波器；/n低通滤波器，用于将混频器输出的信号进行低通滤波，输出滤波后的电信号至测量控制单元；/n测量控制单元，用于控制信号源输出中心频率线性变化的频率调制信号，并采集和处理滤波后的电信号，进行光纤的长度解算。/n...

【技术特征摘要】
1.一种测量光纤长度的装置，其特征在于，包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、待测光纤、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、信号源、混频器、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器、低通滤波器和测量控制单元；其中，
光源，用于输出直流线偏振光至偏振控制器；
偏振控制器，用于控制直流线偏振光的偏振态，输出偏振光至第一电光调制器；
第一电光调制器，用于根据放大后的第一路频率调制信号对偏振光进行调制，输出调制光至光环形器；
光环形器，用于将调制光由其第一端口输入，并由其第二端口注入至待测光纤；
待测光纤，用于将调制光在其传播后到达法拉第旋转反射镜；
法拉第旋转反射镜，用于对调制光进行反射，反射后的光经待测光纤、光环形器输出至第二电光调制器；
第二电光调制器，用于根据放大后的第二路频率调制信号对反射光进行解调，输出解调的偏振变化光信号至检偏器；
检偏器，用于将解调的偏振变化光信号转化为强度变化的光信号；
光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，该电信号输出至混频器；
信号源，用于输出中心频率线性变化的频率调制信号，该信号分成三路，第一路频率调制信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路频率调制信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器，第三路输出至混频器；
混频器，用于将光电探测器输出的电信号和信号源输出的第三路频率调制信号进行混频，混频后的信号输出至低通滤波器；
低通滤波器，用于将混频器输出的信号进行低通滤波，输出滤波后的电信号至测量控制单元；
测量控制单元，用于控制信号源输出中心频率线性变化的频率调制信号，并采集和处理滤波后的电信号，进行光纤的长度解算。


2.根据权利要求1所述的一种测量光纤长度的装置，其特征在于，所述光源为超辐射发光二极管光源，或ASE光源。


3.根据权利要求1所述的一种测量光纤长度的装置，其特征在于，所述第一电光调制器的输入端口至输出端口的传输特性和第二电光调制器的输入端口至输出端口的传输特性相同。


4.根据权利要求1所述的一种测量光纤长度的装置，其特征在于，第一自动增益放大器和第二自动增益放大器相同。


5.根据权利要求1所述的一种测量光纤长...

【专利技术属性】
技术研发人员：高书苑，刘晨辰，张屹，佘世刚，李一芒，齐飞，杨鹏，徐伟悦，崔捷，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32