内调制时间门控光频域反射计制造技术

本发明专利技术涉及一种内调制时间门控光频域反射计，包括依次连接的信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器和第一光纤耦合器，还包括依次连接的平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元，第一光纤耦合器的第一输出端口连接开关型光放大器的输入端口，开关型光放大器的输出端口与延迟光纤的一端连接，延迟光纤的另一端与环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接待测光纤的一端，第一光纤耦合器的第二输出端口连接第二光纤耦合器的第一输入端口，环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的第二输入端口，第二光纤耦合器的第一输出端口和第二输出端口连接平衡探测器的两个输入端口。本发明专利技术结构简单，空间分辨率高，且测量距离不受限。距离不受限。距离不受限。

【技术实现步骤摘要】
内调制时间门控光频域反射计


[0001]本专利技术涉及一种光频域反射计，属于光纤传感器


技术介绍

[0002]光频域反射计(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)是分布式光纤测量与传感技术中新兴的发展方向。与传统的光时域反射计(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)相比，光频域反射计具有信噪比高、空间分辨率高、灵敏度高等特点。但现有的光频域反射计在测试距离、长距离上空间分辨率和成本等方面存在较大的不足，限制了其更为广泛的应用。
[0003]传统的光频域反射计的空间分辨率受限于光源频率调制范围，当采用调谐线性度好的外调制方案时，其调制频率范围很难做到非常高；相干接收机制使得其性能受激光相位噪声的影响，为了抑制此影响，需要提高频率调制的速度，但是这又带来测量距离受限的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种内调制时间门控光频域反射计，结构简单，空间分辨率高，且测量距离不受限。
[0005]本专利技术的主要技术方案有：
[0006]一种内调制时间门控光频域反射计，包括信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器、第一光纤耦合器、开关型光放大器、延迟光纤、环形器、待测光纤、第二光纤耦合器、平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元，信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器和第一光纤耦合器依次连接，第一光纤耦合器的第一输出端口连接开关型光放大器的输入端口，开关型光放大器的输出端口与延迟光纤的一端连接，延迟光纤的另一端与环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接待测光纤的一端，第一光纤耦合器的第二输出端口连接第二光纤耦合器的第一输入端口，环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的第二输入端口，第二光纤耦合器的第一输出端口和第二输出端口连接平衡探测器的两个输入端口，平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元依次连接。
[0007]所述开关型光放大器采用半导体光放大器。
[0008]所述第一光纤耦合器采用50：50光纤耦合器。
[0009]所述信息处理单元可以采用计算机、工控机或PAD。
[0010]通过控制所述信号发生器输出的预调制电流信号，使分布式反馈激光器产生由一个扫频脉冲信号和一个稳频信号组成的组合信号，该组合信号表示为：
[0011][0012]式中E0为信号强度，ω0为信号初始频率，γ为扫频速率，θ(t)为初始相位。
[0013]确定所述预调制电流信号的方法为：连接所述分布式反馈激光器驱动器和分布式反馈激光器，并用干涉仪测量分布式反馈激光器所输出激光的瞬时频率，测出从分布式反馈激光器驱动器的输入电流到分布式反馈激光器的输出激光的瞬时频率的传递函数，以输出所述组合信号为目标，反演求得应当对应输入分布式反馈激光器驱动器的电流信号，该电流信号即为所述预调制电流信号。
[0014]利用第一光纤耦合器将所述组合信号分为两路光，一路经过开关型光放大器斩波放大后，提取出其中的扫频脉冲信号作为探测光，探测光经过延迟光纤延迟后经环形器进入待测光纤，在待测光纤中产生后向瑞利散射，散射光沿待测光纤向相反方向行进并经环形器送入第二光纤耦合器，另一路作为本地光直接送入第二光纤耦合器。
[0015]待测光纤上某一个散射点处产生的后向散射光与本地光的稳频部分在第二光纤耦合器处耦合并发生干涉，产生拍频信号为：
[0016]I
beat
＝2E0E
R
cos[2πγτt
‑
πγt2+θ(τ)]，其中E
R
为该散射点后向散射光强度，为该散射点对应的时间延迟，L为该散射点到待测光纤起点的距离，v是光在光纤中的光速，θ(τ)是散射光与本地光之间的相位差。
[0017]所述拍频信号从第二光纤耦合器的两个输出端口进入平衡探测器，平衡探测器滤掉两路拍频信号中的直流成分后对剩下的交流成分进行光电转换。
[0018]所述数据采集卡在所述扫频脉冲信号进入待测光纤后才开始工作，从数据采集卡输出的模数转换后得到的数字信号输入到所述信息处理单元解调传感信息，解调过程包括如下多个运算：
[0019]利用所述信息处理单元在本地产生一个参考信号S
refer
＝cos(πγt2)所对应的数字信号
[0020]让该参考信号与所述拍频信号相乘后通过低通滤波器滤波，得到信号：
[0021][0022]对这个信号做傅里叶变换处理，得到拍频频率为的信号的幅度为该信号的幅度正比于相应散射点处实际的散射光强度E
R
；
[0023]待测光纤上不同散射点对应的所述拍频信号经过上述解调过程后，得到傅里叶变换后信号的幅度随频率的分布情况，进而得到待测光纤上后向散射光强度随距离的分布情况。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术中拍频信号的频率范围与测量距离无关，因此显著提升了待测光纤的长度范围，具体而言本专利技术可以用于100km以上长度光纤的测量；由于扫频速度快，可以充分抑制相位噪声和环境噪声的影响，因而空间分辨率不会受测量距离的影响。
[0026]内调制的分布式反馈激光器能产生高于GHZ水平的扫频范围，比外调制的扫频的频率值高，而且调谐速度更快，使得本专利技术的空间分辨率明显提高，而且结构简单，成本更低。
[0027]由于斩波器不需要产生频率啁啾，因此可以用半导体光放大器(SOA)取代掺铒光纤放大器(EDFA)和声光调制器(AOM)，系统体积小，成本低。
[0028]本专利技术采用光开关和光延迟线，配合激光器的内调制方式，同时实现了探测路的啁啾脉冲和本地光用的稳频连续光的分离，以及散射光信号的相干检测功能。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的一个实施例的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术的信号处理原理图；
[0031]图3为本实施例的56km长待测光纤的测量结果曲线图。
[0032]附图标记：1、分布式反馈激光器；2、分布式反馈激光器驱动器；3、信号发生器；4、第一光纤耦合器；401、第一光纤耦合器的输入端；402、第一光纤耦合器的第一输出端口；403、第一光纤耦合器的第二输出端口；5、开关型光放大器；6、延迟光纤；7、环形器；701、环形器的第一端口；702、环形器的第二端口；703、环形器的第三端口；8、待测光纤；9、第二光纤耦合器；901、第二光纤耦合器的第一输入端口；902、第二光纤耦合器的第二输入端口；903、第二光纤耦合器的第一输出端口；904、第二光纤耦合器的第二输出端口；10、平衡探测器；11、数据采集卡；12、信息处理单元。
具体实施方式
[0033]本专利技术公开了一种内调制时间门控光频域反射计(可简称为光频域反射计)，如图1所示，其结构组成包括信号发生器3、分布式反馈激光器驱动器2、分布式反馈(DFB)半导体激光器(简称分布式反馈激光器1)、第一光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：包括信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器、第一光纤耦合器、开关型光放大器、延迟光纤、环形器、待测光纤、第二光纤耦合器、平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元，信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器和第一光纤耦合器依次连接，第一光纤耦合器的第一输出端口连接开关型光放大器的输入端口，开关型光放大器的输出端口与延迟光纤的一端连接，延迟光纤的另一端与环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接待测光纤的一端，第一光纤耦合器的第二输出端口连接第二光纤耦合器的第一输入端口，环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的第二输入端口，第二光纤耦合器的第一输出端口和第二输出端口连接平衡探测器的两个输入端口，平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元依次连接。2.如权利要求1所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述开关型光放大器采用半导体光放大器。3.如权利要求1所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述第一光纤耦合器采用50：50光纤耦合器。4.如权利要求1所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述信息处理单元采用计算机、工控机或PAD。5.如权利要求1、2、3或4所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：通过控制所述信号发生器输出的预调制电流信号，使分布式反馈激光器产生由一个扫频脉冲信号和一个稳频信号组成的组合信号，该组合信号表示为：式中E0为信号强度，ω0为信号初始频率，γ为扫频速率，θ(t)为初始相位。6.如权利要求5所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：确定所述预调制电流信号的方法为：连接所述分布式反馈激光器驱动器和分布式反馈激光器，并用干涉仪测量分布式反馈激光器所输出激光的瞬时频率，测出从分布式反馈激光器驱动器的输入电流到分布式反馈激光器的输出激光的瞬时频率的传递函数，以输出所述组合信号为目标，反演求得应当对应输入分布式反馈激光器驱动器的电流信号，该电流信号即为所述预调制电流信号。7.如权利要求6所述的内调制时间门...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱锦波，刘宏睿，金振国，吕晓，张启志，袁安祥，张涛，张飞，郭岱，
申请(专利权)人：天地上海采掘装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：