CN101625279A - 一种光纤断点定位装置及断点位置确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤断点定位装置及断点位置确定方法。现有的断点定位分辨率低、测量范围窄。本发明的光纤断点定位装置包括电光调制器；激光经过光纤隔离器与光学环行器光连接，光学环行器与光电二极管的光连接，光电二极管与数据采集卡信号连接，数据采集卡与傅立叶变换仪连接。光学环行器与电光调制器光连接，电光调制器与待测光纤光连接。本发明的方法步骤首先将激光经三端口光学环行器送入电光调制器，其次激光在电光调制器产生干涉，然后运用快速傅立叶变换计算干涉信号强度变化频率，最后得到光纤断点与电光调制器间的光纤长度。本发明具有定位精度高，测量距离远等优点。

Description

一种光纤断点定位装置及断点位置确定方法

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种光纤断点定位装置及断点位置确定方法。

背景技术

光纤通信已经成为当今的研究热点，这得益于光纤巨大的通信容量，但是一旦光纤出现断点，由此引起的信息的延迟甚至丢失，将会给客户和运营商带来巨大的经济损失。

现有的光纤断点测试技术主要有光时域反射率计(OTDR)和光频域反射率计(OFDR)。光时域反射率计是通过发射脉冲光到光纤内，然后在接收端口接收由光纤断点引起的菲涅尔反射所产生的背向反射信号进行的，通过比较发射和接收脉冲光的时间差得到光纤断点的位置。但这种技术的测量范围只有几十公里，且分辨率较低。光频域反射率计是基于本地参考信号和远程反射信号进行干涉，产生一个比例于反射距离的拍频信号进行的。虽然这种技术具有很高的分辨率，但是需要波长可调的单纵模激光器，而且测量范围很难突破100km。鉴于以上的不足，光时域反射率计和光频域反射率计都无法应用于当今长距离的光纤通信和光纤传感系统。因此非常有必要发展一种价格低廉，精度高，测量范围大的光纤断点定位技术。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种价格低廉，精度高，测量范围大的光纤断点定位装置及用该装置进行光纤断点定位的方法。

本发明的光纤断点定位装置包括半导体激光器、光纤隔离器、三端口光学环行器、电光调制器、光电二极管和数据采集卡；半导体激光器发出的激光经过光纤隔离器与三端口光学环行器的第一端口光连接，三端口光学环行器的第三端口与光电二极管的输入端光连接，光电二极管的输出端与数据采集卡的输入端信号连接，数据采集卡的输出端与傅立叶变换仪信号连接。三端口光学环行器的第二端口与电光调制器的输入端口光连接，电光调制器的偏压口与偏压源电连接，电光调制器的驱动信号口与函数发生器信号连接。电光调制器的输出端口与含有断点待测光纤光连接。

利用该装置进行光纤断点定位的方法包括以下步骤：

步骤(1).半导体激光器发出的中心波长在通讯波段的激光依次通过光纤隔离器和三端口光学环行器，进入电光调制器中。

步骤(2).偏压源提供电光调制器的最小传输点电压，函数发生器提供电光调制器的驱动信号，驱动信号的频率u按照kt作线性变化，k为驱动信号的变化率。

激光进入电光调制器后，受电光调制器的调制作用，频率为f的激光调制为频率为f+u和f-u的两束激光。调制后的两束激光继续沿待测光纤传输，遇到待测光纤断点，发生菲涅耳反射，反射光则沿原路返回。

当再次到达电光调制器时，频率为f+u的激光所引入的相位延迟为：

${\mathrm{\φ}}_1=4\mathrm{\πnl}\frac{f+u}{c}---\left(1\right)$

经过电光调制器时，频率为f+u的激光被调制为频率为f和f+2u的两束激光。

其中：f为半导体激光器的中心频率，n为光纤的折射率，c为光速，l为光纤断点距离电光调制器的光纤长度。

频率为f-u的激光到达电光调制器时，所引入的相位延迟为：

${\mathrm{\φ}}_2=4\mathrm{\πnl}\frac{f-u}{c}---\left(2\right)$

经过电光调制器时，频率为f-u的激光被调制为频率为f和f-2u的两束激光。

步骤(3).透过电光调制器的四束光束发生干涉，其中包含不同频率间的外差干涉。干涉信号由三端口光学环行器输出，通过低速光电二极管探测干涉信号的强度并转换为电信号，同时滤除由外差干涉引入的高频噪声。最终得到来自频率都是f两束激光之间的干涉，强度按cos(2πvt)变化，v为干涉信号强度变化频率。其中：

$\mathrm{vt}=\frac{4\mathrm{nlk}}{c}t---\left(3\right)$

探测到的电信号，由数据采集卡进行采集，并运用快速傅立叶变换(FFT)，得到干涉信号强度变化频率v，通过光强变化的频率得到光纤断点与电光调制器间的光纤长度l：

$l=\frac{\mathrm{vc}}{4\mathrm{nk}}---\left(4\right)$

本发明中电光调制器是技术、工艺非常成熟的商业化产品，可以精确的实现变频、扫频功能。本发明适用于长距离光纤断点的定位，与传统的光纤断点定位技术相比，克服了不能同时达到高精度，大测量范围的限制。同时不需要波长可调的单纵模激光器或者脉冲激光器以及高速的光电探测器，所以大大的降低了成本。同时结构非常简单，便于实际的应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种光纤断点定位装置包括半导体激光器1、光纤隔离器2、三端口光学环行器3、电光调制器9、光电二极管5和数据采集卡4；半导体激光器1发出的激光经过光纤隔离器2与三端口光学环行器6的第一端口光连接，三端口光学环行器6的第三端口与光电二极管5的输入端光连接，光电二极管5的输出端与数据采集卡4的输入端信号连接，数据采集卡4的输出端与傅立叶变换仪3信号连接。三端口光学环行器6的第二端口与电光调制器9的输入端口光连接，电光调制器9的偏压口与偏压源7电连接，电光调制器9的驱动信号口与函数发生器8信号连接。电光调制器9的输出端口与含有断点10待测光纤光连接。

本发明中的方法包括以下步骤：

步骤(1).半导体激光器发出的中心波长在通讯波段的激光依次通过光纤隔离器和三端口光学环行器，进入电光调制器中。

步骤(2).偏压源提供电光调制器的最小传输点电压，函数发生器提供电光调制器的驱动信号，驱动信号的频率u按照kt作线性变化，k为驱动信号的变化率。

激光进入电光调制器后，受电光调制器的调制作用，频率为f的激光调制为频率为f+u和f-u的两束激光。调制后的两束激光继续沿待测光纤传输，遇到待测光纤断点，发生菲涅耳反射，反射光则沿原路返回。

当再次到达电光调制器时，频率为f+u的激光所引入的相位延迟为：

${\mathrm{\φ}}_1=4\mathrm{\πnl}\frac{f+u}{c}---\left(1\right)$

经过电光调制器时，频率为f+u的激光被调制为频率为f和f+2u的两束激光。

其中：f为半导体激光器的中心频率，n为光纤的折射率，c为光速，l为光纤断点距离电光调制器的光纤长度。

频率为f-u的激光到达电光调制器时，所引入的相位延迟为：

${\mathrm{\φ}}_2=4\mathrm{\πnl}\frac{f-u}{c}---\left(2\right)$

经过电光调制器时，频率为f-u的激光被调制为频率为f和f-2u的两束激光。

步骤(3).透过电光调制器的四束光束发生干涉，其中包含不同频率间的外差干涉。干涉信号由三端口光学环行器输出，通过低速光电二极管探测干涉信号的强度并转换为电信号，同时滤除由外差干涉引入的高频噪声。最终得到来自频率都是f两束激光之间的干涉，强度按cos(2πvt)变化，v为干涉信号强度变化频率。其中：

$\mathrm{vt}=\frac{4\mathrm{nlk}}{c}t---\left(3\right)$

探测到的电信号，由数据采集卡进行采集，并运用快速傅立叶变换(FFT)，得到干涉信号强度变化频率v，通过光强变化的频率得到光纤断点距离电光调制器的光纤长度l：

$l=\frac{\mathrm{vc}}{4\mathrm{nk}}---\left(4\right)$

该方法利用电光调制器两次调制光束频率，使得从光纤断点反射的光束实现干涉，并从干涉信号的频谱得出光纤断点的位置信息。

Claims (2)

1、一种光纤断点定位装置，包括半导体激光器、光纤隔离器、三端口光学环行器、电光调制器、光电二极管和数据采集卡，其特征在于：半导体激光器发出的激光经过光纤隔离器与三端口光学环行器的第一端口光连接，三端口光学环行器的第三端口与光电二极管的输入端光连接，光电二极管的输出端与数据采集卡的输入端信号连接，数据采集卡的输出端与傅立叶变换仪信号连接；三端口光学环行器的第二端口与电光调制器的输入端口光连接，电光调制器的偏压口与偏压源电连接，电光调制器的驱动信号口与函数发生器信号连接；电光调制器的输出端口与含有断点待测光纤光连接。

2、利用权利要求1中所述的光纤断点定位装置确定断点位置的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤(1).半导体激光器发出的中心波长在通讯波段的激光依次通过光纤隔离器和三端口光学环行器，进入电光调制器中；

步骤(2).偏压源提供电光调制器的最小传输点电压，函数发生器提供电光调制器的驱动信号，驱动信号的频率u按照kt作线性变化，k为驱动信号的变化率；

激光进入电光调制器后，受电光调制器的调制作用，频率为f的激光调制为频率为f+u和f-u的两束激光，调制后的两束激光继续沿待测光纤传输，遇到待测光纤断点，发生菲涅耳反射，反射光则沿原路返回；

当再次到达电光调制器时，频率为f+u的激光所引入的相位延迟为：

${\mathrm{\φ}}_1=4\mathrm{\πnl}\frac{f+u}{c}$

经过电光调制器时，频率为f+u的激光被调制为频率为f和f+2u的两束激光；

其中：f为半导体激光器的中心频率，n为光纤的折射率，c为光速，l为光纤断点距离电光调制器的光纤长度，

频率为f-u的激光到达电光调制器时，所引入的相位延迟为：

${\mathrm{\φ}}_2=4\mathrm{\πnl}\frac{f-u}{c}$

经过电光调制器时，频率为f-u的激光被调制为频率为f和f-2u的两束激光；

步骤(3).透过电光调制器的四束光束发生干涉，其中包含不同频率间的外差干涉；干涉信号由三端口光学环行器输出，通过低速光电二极管探测干涉信号的强度并转换为电信号，同时滤除由外差干涉引入的高频噪声；最终得到来自频率都是f两束激光之间的干涉，强度按cos(2πvt)变化，v为干涉信号强度变化频率，其中：

$\mathrm{vt}=\frac{4\mathrm{nlk}}{c}t$

探测到的电信号，由数据采集卡进行采集，并运用快速傅立叶变换(FFT)，得到干涉信号强度变化频率v；

通过光强变化的频率得到光纤断点与电光调制器间的光纤长度 $l=\frac{\mathrm{vc}}{4\mathrm{nk}}.$

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