基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置及方法制造方法及图纸

本公开提供了一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置及方法，包括数字信号处理器；所述数字信号处理器通过控制总线驱动直接数字频率合成器输出两路信号，一路信号输入到激光器驱动器，所述激光器驱动器驱动半导体激光器产生带步进频率调制的连续光波；另一路信号输入接收机；所述连续光波输入环形器的第一端口，并通过第二端口射入传感光纤；所述传感光纤上产生的瑞利散射光波通过第三端口射入光电探测器，所述光电探测器将瑞利散射光波转换为弱电流信号，并传输给接收机；所述接收机将瑞利散射相关的弱电流信号转换为数字信号，并传输给数字信号处理器，通过所述数字信号处理器对所述数字信号进行处理，实现光纤故障的监测。监测。监测。

【技术实现步骤摘要】
基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置及方法


[0001]本公开属于光纤故障监测
，尤其涉及一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]目前光纤是光通信传输网络的根本，光纤纤芯性能直接影响传输网络性能。综合传输网络故障情况，因断纤和光纤质量劣化导致的故障占有较大比例，光纤故障频发却很难预先发现及时处理。
[0004]现有的光纤故障的定位手段通常是基于传统OTDR(光时域反射仪：Optical TimeDomain Reflectometer)仪表对光纤的监测，其中，OTDR的测试原理是激光光源向被测光纤发射一定强度和波长的脉冲光；而由于光纤本身的特性和杂质成分的不均匀性，脉冲光在光纤中传播并产生瑞利散射；由于机械连接和断裂，脉冲光在光纤中传输时发生菲涅耳反射，一些散射光和反射光被传输回输入端。光纤的长度可以通过脉冲光在光纤中传输和返回的时间以及脉冲光在光纤中的传输速度来计算。
[0005]但是，专利技术人发现，在OTDR测量技术中，脉冲光的时间宽度越窄，定位分辨率越好，但是信噪比和动态范围越差，光纤测量长度越短；脉冲光的时间宽度越宽，定位分辨率越差，但是信噪比和动态范围会变好，光纤测量长度会越长，因此，OTDR测量技术的空间分辨率与信噪比、动态范围和测量长度之间存在矛盾；通常情况下，OTDR测量技术可以实现的定位分辨率大多属于米级，测量长度大约10～30km，其无法有效应用于远距离光纤测量条件下。

技术实现思路

[0006]本公开为了解决上述问题，提供了一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置及方法，所述方案基于瑞利散射回信号与本地振荡信号在混频器处汇合，经模拟信号处理和模数转换，实现某个频点下整条传感光纤的质量监测；同时，通过改变激光器出光频率进行扫描，能够获取整条传感光纤光网络健康状态有关的频域信息，借助傅里叶逆变换，可以得到光网络健康状态沿传感光纤分布的空间域信息，实现光纤网络的在线故障监测，有效提高了检测效率和精度。
[0007]根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，包括数字信号处理器；
[0008]所述数字信号处理器通过控制总线驱动直接数字频率合成器输出两路信号，一路信号输入到激光器驱动器，所述激光器驱动器驱动半导体激光器产生带步进频率调制的连续光波；另一路信号输入接收机；所述连续光波输入环形器的第一端口，并通过第二端口射入传感光纤；所述传感光纤上产生的瑞利散射光波通过第三端口射入光电探测器，所述光
电探测器将瑞利散射光波转换为弱电流信号，并传输给接收机；
[0009]所述接收机将瑞利散射相关的弱电流信号转换为数字信号，并传输给数字信号处理器，通过所述数字信号处理器对所述数字信号进行处理，实现光纤故障的监测。
[0010]进一步的，所述数字信号处理器对所述数字信号进行处理，具体为：根据步进频率所有频点的瑞利散射信号，获得光网络健康状态有关的频域信息；对所述频域信息进行傅里叶逆变换，获得光网络健康状态有关的沿空间分布信息。
[0011]进一步的，所述接收机将瑞利散射相关的弱电流信号转换为数字信号，具体为：针对步进频率所有频点返回的瑞利散射电流信号，使用固定频率的震荡时钟进行混频，获得整条传感光纤与光网络健康状态有关的频域信息，并将所述频域信息转化为数字信号。
[0012]进一步的，所述数字信号处理器通过控制总线驱动直接数字频率合成器输出两路信号，一路信号为连续步进频扫频信号，另一路信号为频率固定的单频信号。
[0013]进一步的，所述连续光波输入环形器的第一端口，并通过第二端口射入传感光纤，所述连续光波沿传感光纤传播时，产生携带光网络健康状态有关的瑞利散射光波，并通过所述第三端口摄入所述光电探测器。
[0014]进一步的，所述接收机包括顺序连接的跨阻放大器、混频器、高精度模拟放大器以及模数转换器。
[0015]进一步的，所述跨阻放大器将所述光电探测器输出的弱电流信号转换为电压信号，输出给混频器的射频输入端。
[0016]根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测方法，其利用了上述的一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，包括：
[0017]通过激光器驱动器控制半导体激光器产生带步进频率调制的连续光波；
[0018]将带步进频率调制的连续光波输入传感光纤，并产生与光网络健康状态相关的瑞利散射光波；
[0019]针对步进频率所有频点返回的瑞利散射相关电信号，使用固定频率的本地震荡时钟进行混频，获得整条传感光纤与光网络健康状态有关的频域信息；
[0020]对所述频域信息进行傅里叶逆变换，获得光网络健康状态沿传感光纤分布的空间域信息，进而得到被测光纤沿线的故障信息和位置信息，实现光纤故障的监测。
[0021]与现有技术相比，本公开的有益效果是：
[0022](1)本公开提供了一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置及方法，所述方案对激光光源出光进行步进频率调制，并通过光环行器后射入长距离光纤，瑞利散射回信号与本地振荡信号在混频器处汇合，经模拟信号处理和模数转换，实现某个频点下整条传感光纤的质量监测；通过改变激光器出光频率进行扫描，便能获取整条传感光纤光网络健康状态有关的频域信息，借助傅里叶逆变换，可以得到光网络健康状态沿传感光纤分布的空间域信息，完成光网络在线故障监测。
[0023](2)本公开所述方案对于某个频点下整条传感光纤的质量监测，采用了瑞利散射沿整条传感光纤的累积信号，可以获得更高的信噪比，提高光纤质量在线监测精度；通过步进频率的调制方式，使空间域分辨率可以通过增加步进次数得到改善，提高了线路故障的定位精度。
[0024](3)本公开所述方案相对于OTDR测量技术，所采用的非相干光频域反射测量技术
的定位分辨率仅与光频扫描带宽有关，而与光功率没有关系，因此可以保证即使是在远距离光纤测量条件下，仍然能获得无差异的定位空间分辨率。
[0025](4)对于1m的定位分辨率，OTDR测量技术需要光脉冲小于10ns且峰值功率高达数瓦的激光器光源，而非相干光频域反射测量技术使用的光源可以是峰值功率仅为几百毫瓦的频率可调制的连续光输出激光器光源，具有成本优势；对于高定位分辨率的OTDR测量技术，对瑞利散射信号的采样频率要求较高，通常达到GHz水平，而本公开所述方案采用的非相干光频域反射测量技术，由于在装置中使用了混频器，对采样率的要求较低，降低了技术实现复杂度。
[0026]本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
[0027]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，其特征在于，包括数字信号处理器；所述数字信号处理器通过控制总线驱动直接数字频率合成器输出两路信号，一路信号输入到激光器驱动器，所述激光器驱动器驱动半导体激光器产生带步进频率调制的连续光波；另一路信号输入接收机；所述连续光波输入环形器的第一端口，并通过第二端口射入传感光纤；所述传感光纤上产生的瑞利散射光波通过第三端口射入光电探测器，所述光电探测器将瑞利散射光波转换为弱电流信号，并传输给接收机；所述接收机将瑞利散射相关的弱电流信号转换为数字信号，并传输给数字信号处理器，通过所述数字信号处理器对所述数字信号进行处理，实现光纤故障的监测。2.如权利要求1所述的一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，其特征在于，所述数字信号处理器对所述数字信号进行处理，具体为：根据步进频率所有频点的瑞利散射信号，获得光网络健康状态有关的频域信息；对所述频域信息进行傅里叶逆变换，获得光网络健康状态有关的沿空间分布信息。3.如权利要求1所述的一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，其特征在于，所述接收机将瑞利散射相关的弱电流信号转换为数字信号，具体为：针对步进频率所有频点返回的瑞利散射电流信号，使用固定频率的震荡时钟进行混频，获得整条传感光纤与光网络健康状态有关的频域信息，并将所述频域信息转化为数字信号。4.如权利要求1所述的一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，其特征在于，所述数字信号处理器通过控制总线驱动直接数字频率合成器输出两路信号，一路信号为连续步进频扫频信号，另一路信号为频率固定的单频信号。5.如权利要求1所述的一种基于非相干光频域反射的光纤故障监测装置，其特征在于，所述连续光波输入环形器的第一端口，并通过第二端口射入传感光纤，所述连续光波沿传感光纤传播时，产生携带光网络健康状态有关的瑞利散射光波...

【专利技术属性】
技术研发人员：于淼，李国扬，杨光，王忠民，吉顺兵，刘海，黄圣军，刘军，何禹潼，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：