一种用于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用于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、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器、测量控制单元，通过光源发射连续光经偏振控制器到达第一电光调制器被调制后，测量光经过被测光纤到达法拉第旋转反射镜，并传输进第二电光调制器，经调制后被光电探测器接收。测量控制单元控制信号源输出频率连续变化的正弦信号，同时对第一电光调制器和第二电光调制器进行调制，并采集光电探测器输出的电信号求光纤长度。本发明专利技术还公开了一种用于测量光纤长度的方法。本发明专利技术结构简单且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】
一种用于测量光纤长度的装置和方法
本专利技术涉及光纤
，特别是一种用于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用于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；该方法操作简单，可消除环境干扰，实现大动态范围高精度光纤长度测量。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用于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、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器和测量控制单元；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高频正弦波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高频正弦波信号对反射光进行解调，解调光经检偏器最终到达光电探测器；光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，电信号经低通滤波器输出至测量控制单元；测量控制单元，用于控制信号源输出频率连续变化的高频正弦信号，同时采集和处理经过低通滤波器的电信号，进行光纤的长度解算；信号源，用于输出频率连续变化的高频正弦信号，该信号分成两路，第一路高频正弦信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路高频正弦信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器。作为本专利技术所述的一种用于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用于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用于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用于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用于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用于测量光纤长度的装置进一步优化方案，测量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，测量光是指调制光。基于上述的一种用于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，设定信号源输出的正弦波频率、幅值；步骤二、调节偏振控制器使光电探测器输出的电信号达最大对比度；步骤三、通过测量控制单元连续采集光电探测器输出的探测信号U，求解相位差为零时对应的调制频率值f1，f2，f3…fi…fm；其中，fi为相位差为零时对应的第i个调制频率值，m为测量的调制频率值的总个数，i＝1,2,3…，m；步骤四、根据采集的调制频率值，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；步骤五、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用于测量光纤长度的装置的测量方法进一步优化方案，所测得的探测信号U和光纤长度L之间有如下关系：其中，为相位差，L为光纤长度，E0是光场幅度，M是第一电光调制器和第二电光调制器的调制深度，J0(*)为零阶贝塞尔公式，f为调制频率。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)本专利技术不需要高相干性高稳定性光源，操作简单，可同时实现大动态范围高精度光纤长度测量，能消除部分环境干扰和光纤内部散射造成的测量误差，该装置结构简单，成本低廉。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-低通滤波器、11-信号源、12-第一自动增益放大器、13-第二自动增益放大器、14-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，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术涉及一种光纤长度测量装置，如图1所示。包括光源1、偏振控制器2、第一电光调制器3、第二电光调制器4、光环形器5、待测光纤6、法拉第旋转反射镜7、检偏器8、光电探测器9、低通滤波器10、信号源11、第一自动增益放大器12、第二自动增益放大器13和测量控制单元14；A为第一电光调制器的输入端口，B为第一电光调制器的输出端口，C为光环形器的第一端口，D为光环形器的第二端口，E为光环形器的第三端口，F为第二电光调制器的输入端口，G为第二电光调制器的输出端口。所述光源1发出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于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、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器和测量控制单元；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高频正弦波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高频正弦波信号对反射光进行解调，解调光经检偏器最终到达光电探测器；/n光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，电信号经低通滤波器输出至测量控制单元；/n测量控制单元，用于控制信号源输出频率连续变化的高频正弦信号，同时采集和处理经过低通滤波器的电信号，进行光纤的长度解算；/n信号源，用于输出频率连续变化的高频正弦信号，该信号分成两路，第一路高频正弦信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路高频正弦信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于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、法拉第旋转反射镜、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器和测量控制单元；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高频正弦波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高频正弦波信号对反射光进行解调，解调光经检偏器最终到达光电探测器；
光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，电信号经低通滤波器输出至测量控制单元；
测量控制单元，用于控制信号源输出频率连续变化的高频正弦信号，同时采集和处理经过低通滤波器的电信号，进行光纤的长度解算；
信号源，用于输出频率连续变化的高频正弦信号，该信号分成两路，第一路高频正弦信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路高频正弦信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器。


2.根据权利要求1所述的一种用于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所述的一种用于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所述的一种用于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所述的一种用于测量光纤长度的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：高书苑，刘晨辰，张屹，佘世刚，杨鹏，李一芒，齐飞，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