CN102208942B - 一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法和光缆跟踪仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法和光缆跟踪仪，包括光源、光耦合器、相位调制器、延迟光纤和光信号解调模块。本发明通过对光缆进行敲打扰动，不仅能根据光缆中光线产生的相应干涉来识别是哪根光缆，同时也能够用以判断敲打点距离局端的距离，便于光缆的检修和维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种光缆测距领域，尤其涉及一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法和光缆光缆跟踪仪。
背景技术
为了易于对光缆进行维修及变更等操作，通常在两电信局之间连接的光缆会贴有有标识的标签。即，通过标签上的标识，维修人员可获知包括光缆来源在内的信息。然而在实际工作中，技术人员发现，贴有标识的标签很容易丢失，而标签一旦丢失，技术人员就很难确定是哪一个局端接过来的光纤。
目前，现有的识别光缆的方法有以下几种：
1.利用物理作用力拉动光缆；
2.通过电磁感应检测；
3.将光纤的中间部分弯曲，通过测光纤输出的光强来识别；
4.切断光缆；
但是，方法1不适合远距离判断光缆；方法2要求光缆具备金属延长线，其所能使用的范围受到限制；方法3将光纤的中间部分弯曲，通过测光纤输出的光强来识别，但光缆状态下光纤不易弯曲；方法4容易错判而造成正在通信的光缆中断。因此上述方法都存在一定的缺陷和局限性。
申请号为200610111545.5的发明提供了一种光缆识别装置及光缆识别方法，其通过对光缆进行扰动，再根据光缆中光线产生的相应干涉来区分不同的光缆。该方法很好地解决了光缆识别的问题，但是无法判断出光缆上某点至局端的大致距离，这给维修人员带来很多的不便性。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法，以解决现有技术中不能利用光缆跟踪仪进行光缆测距的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种光缆跟踪仪，以解决现有不能利用光缆跟踪仪进行光缆测距，并更方便地判断出光缆事故点的技术问题。
为了解决上述问题，一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法,包括以下步骤：
（1）提供一种光缆跟踪仪，所述光缆跟踪仪进一步包括一个光源，至少两个光耦合器，一个相位调制器，一卷延迟光纤和一个光信号解调模块，所述光源、一光耦合器、相位调制器、另一光耦合器依次串联连接，所述光信号解调模块与所述光源并联连接，所述延迟光纤与所述相位调制器并联连接;
（2）每次进行光缆测距时，先利用该光缆跟踪仪中光源提供一束入射光，再将其光输出与待测光缆中的至少一根光纤连接，并在待测光缆的测试点上进行敲打扰动；
（3）入射光通过第一光耦合器将光源的入射光拆分为两路光线，分别通过一个相位调制器和一卷延迟光纤，再经过相位调制器和延迟光纤的两路入射光线通过第二光耦合器合并，将合并后的光线射入待测光缆，接收到敲打扰动后引起光纤中相位改变，在光缆的另一端将部分输出光线通过光缆反射回去;
（4）将反射光通过第二光耦合拆分为两路光线，分别通过一个相位调制器和一卷延迟光纤后，再将经过相位调制器和延迟光纤的两路反射光线通过第一光耦合器合并为一路待测光信号;
（5）对待测光信号进行解调，得到扰动信息S1和S2;
（6）根据扰动信息，计算得出待测光缆的测试点的距离。
较佳地，步骤（6）中所述的计算公式为：
一、步骤（5）给出了一倍频系数S1和二倍频系数S2
（1）
（2）
二、对（1）式和（2）式进行求导
（3）
（4）
则
（5）
三、对（5）式进行积分
（6）
四、求出，并对进行傅立叶变换，得到，求出的零频点，用公式求出，再用光缆总长减去即为所求；
其中，S1为一倍频系数、S2为二倍频系数、为光的相位差、为功率谱、为频率、、表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间、为光速、为点到点的距离、J1和J2分别为一阶和二阶Bessel函数、与相位调制器的的信号电压幅值有关、E为电场强度。
较佳地，步骤（5）中所述待测光信号解调方法包括：
A1：将待测光信号转为电信号;
A2：对被测电信号进行低噪声高精度放大;
A3：对低噪声高精度放大后的信号进行增益，并保证输入光信号在预先设定范围内变化时， 以使输出电信号保持恒定;
A4：对增益后的信号进行滤波;
A5：对滤波后的信号进行锁相放大;
A6：对锁相放大后的信号进行低通滤波，滤除高频成分，得到一倍频系数S1和二倍频系数S2;
A7：将处理后的电信号通过数电转换模块转换为数字信号。
较佳地，延迟光纤长度不小于1km。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的光缆跟踪仪，包括一个光源，两个光耦合器，一个相位调制器，一卷延迟光纤和一个光信号解调模块，其特征在于，所述光源、一光耦合器、相位调制器、另一光耦合器依次串联连接，末端光耦合器直接与待测光缆相连，所述光信号解调模块与所述光源并联连接，所述延迟光纤与所述相位调制器并联连接。
较佳地，所述光信号解调模块包括光检及前置放大模块、主放大器及增益模块、带通滤波器、信号提取模块、数模转换模块和微处理器，所述部件依次连接。
较佳地，光检及前置放大模块由一个光检测器和一个前置放大器组成。
较佳地，主放大器及增益模块由一个放大器和一个自动增益控制模块组成。
较佳地，信号提取模块由一个锁相放大器和一个低通滤波放大器组成。
较佳地，所述微处理器按照如下公式进行计算：
一、根据信号提取模块给出的一倍频系数S1和二倍频系数S2
（1）
（2）
二、对（1）式和（2）式进行求导
（3）
（4）
则
（5）
三、对（5）式进行积分
（6）
四、求出，并对进行傅立叶变换，得到，求出的零频点，用公式求出，再用光缆总长减去即为所求；
其中，S1为一倍频系数、S2为二倍频系数、为光的相位差、为功率谱、为频率、、表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间、为光速、为点到点的距离、J1和J2分别为一阶和二阶Bessel函数、与相位调制器的的信号电压幅值有关、E为电场强度。
与现有技术相比，不但能够通过敲打扰动电缆来识别电缆，而且可以给出敲打扰动位置距离局端的距离，更便于对电缆进行维护和修理。
附图说明
图1为光缆测距方法流程图。
图2为可用于测距的光缆跟踪仪的光信号解调模块示意图。
图3为光电检测与前置放大电路图。
图4主放大器及增益模块电路图。
图5带通滤波器电路图。
图6锁定放大器电路图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明做进一步详细的叙述。
本发明还提出一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的光缆跟踪仪，包括一个ASE光源1，光耦合器2和光耦合器5，一个相位调制器3，一卷延迟光纤4和一个光信号解调模块7。
光源1、光耦合器2、相位调制器3、另一光耦合器5依次串联连接，光信号解调模块7与光源1并联连接，延迟光纤4与相位调制器3并联连接，光耦合器5直接与待测光缆6相连。
光信号解调模块包括光检及前置放大模块71、主放大器及增益模块72、带通滤波器73、信号提取模块74、数模转换模块75和微处理器76，所述部件依次连接。前置放大模块71由一个光检测器711和一个前置放大器712组成。主放大器及增益模块72由一个放大器722和一个自动增益控制模块721组成。信号提取模块74由一个锁相放大器741和一个低通滤波放大器742组成。
微处理器按照如下公式进行计算：
一、根据信号提取模块给出的一倍频系数S1和二倍频系数S2
（1）
（2）
二、对（1）式和（2）式进行求导
（3）
（4）
则
（5）
三、对（5）式进行积分
（6）
四、求出，并对进行傅立叶变换，得到，求出的零频点，用公式求出，再用光缆总长减去即为所求；
其中，S1为一倍频系数、S2为二倍频系数、为光的相位差、为功率谱、为频率、、表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间、为光速、为点到点的距离、J1和J2分别为一阶和二阶Bessel函数、与相位调制器的的信号电压幅值有关、E为电场强度。
光电检测711与前置放大电路712可直接采用PIN组件和APD组件，组件包含PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管及前置放大器，其输出可直接由主放大器放大。也可以用PIN管加高精度低噪声运放构成互阻放大电路作为前置放大电路。如图3所示，在本方案中采用精密低噪声运放AD8605构成互阻放大电路作为前置。
如图4所示，主放大器及增益模块72由压控增益放大电路AD603构成，两级级联。输入信号由3脚输入，7脚输出。AD603的1脚实施增益控制，电源电压为±5V。
如图5所示，带通滤波器73对信号进行初步滤波，由ADA4891构成两个压控电压源型滤波电路，其中心频率分别为信号一次基波和二次谐波，分别进行锁相放大。
光信号为强噪声背景下的弱信号，需要用锁相放大器741来提取有用信号，如图6所示，锁相放大器741由MLT04构成，无需外接元件，±5V供电。
锁相放大后应对信号进行低通滤波并通过模数转换电路转为电信号传入与光信号解调模块相连的微处理器，进行数学计算，最终得出敲打扰动点距离局端的距离。
如图一所示，本发明还涉及一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法，包括以下步骤：
（1）提供一种光缆跟踪仪，包括一个ASE光源1，光耦合器2和光耦合器5，相位调制器3，延迟光纤4和光信号解调模块7，光源1、光耦合器2、相位调制器3、光耦合器5依次串联连接，光信号解调模块7与光源1并联连接，延迟光纤4与相位调制器3并联连接;
（2）每次进行光缆测距时，先利用该光缆跟踪仪中ASE光源1提供一束入射光，再将其光输出与待测光缆6中的至少一根光纤连接，并在待测光缆的测试点Z上进行敲打扰动；
（3）入射光通过第一光耦合器2将光源1的入射光拆分为两路光线，分别通过相位调制器3和延迟光纤4，再经过相位调制器3和延迟光纤4的两路入射光线通过第二光耦合器5合并，将合并后的光线射入待测光缆6，接收到敲打扰动后引起光纤中相位改变，在光缆的另一端将部分输出光线通过光缆6反射回去;
（4）将反射光通过第二光耦合5拆分为两路光线，分别通过相位调制器3和延迟光纤4后，再将经过相位调制器3和延迟光纤4的两路反射光线通过第一光耦合器2合并为一路待测光信号，此时由光源1发出的光经A点最终返回F总计有四条光路，分别为ABCZDZCEF，AECZDZCBF，ABCZDZCBF和AECZDZCEAF。其中只有前两路光程相等，会在F点发生干涉，形成待测光信号；
（5）对待测光信号进行解调，得到扰动信息S1和S2;
（6）根据扰动信息，计算得出待测光缆的测试点的距离。
假设相位调制器3对光的调制相位为，Z点扰动产生的光相位变化为，则ABCZDZCEF光路在F点的光波可以表示为：
而AECZDZCBF光路在F点的光波可以表示为：
其中表示光经过光纤延迟线FDL需要的时间,表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间, 表示光分别在光路ABCZDZCEF和光路AECZDZCBF中经过PZT相位调制器的时间差。
所以探测器探测到的干涉光强为：
滤除掉直流项，交流部分为：
选择合适的调制频率，使得近似为1，则经过和差化积后，上式变为基本式：
利用Bessel展开式：
可将基本式展开为：
则的一倍频和二倍频分量分别为：
然后取的1倍频和2倍频系数分别用S1和S2表示。
步骤（6）中所述的计算公式为：
一、根据信号提取模块给出的一倍频系数S1和二倍频系数S2
（1）
（2）
二、对（1）式和（2）式进行求导
（3）
（4）
令
（5）
三、对（5）式进行积分
（6）
四、求出，并对进行傅立叶变换，得到，求出的零频点，用公式求出，再用光缆总长减去即为所求；
其中，S1为一倍频系数、S2为二倍频系数、为光的相位差、为功率谱、为频率、、表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间、为光速、为点到点的距离、J1和J2分别为一阶和二阶Bessel函数、与相位调制器的的信号电压幅值有关、E为电场强度。
步骤（5）中所述待测光信号解调方法包括：
A1：将待测光信号转为电信号;
A2：对被测电信号进行低噪声高精度放大;
A3：对低噪声高精度放大后的信号进行增益，并保证输入光信号在预先设定范围内变化时， 以使输出电信号保持恒定;
A4：对增益后的信号进行滤波;
A5：对滤波后的信号进行锁相放大;
A6：对锁相放大后的信号进行低通滤波，滤除高频成分，得到一倍频系数S1和二倍频系数S2;
A7：将处理后的电信号通过数电转换模块转换为数字信号。
为了保证后续计算的正确性，延迟光纤4的长度不小于1km。
与传统的技术相比，本发明不但能够通过敲打扰动电缆来识别电缆，而且可以给出敲打扰动位置距离局端的距离，更便于对电缆进行维护和修理。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (7)
1.一种利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法,其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供一种光缆跟踪仪，所述光缆跟踪仪进一步包括一个光源，两个光耦合器，一个相位调制器，一卷延迟光纤和一个光信号解调模块，所述光源、一光耦合器、相位调制器、另一光耦合器依次串联连接，所述光信号解调模块与所述光源并联连接，所述延迟光纤与所述相位调制器并联连接；
(2)每次进行光缆测距时，先利用该光缆跟踪仪中光源提供一束入射光，再将其光输出与待测光缆中的至少一根光纤连接，并在待测光缆的测试点上进行敲打扰动；
(3)入射光通过第一光耦合器将光源的入射光拆分为两路光线，分别通过一个相位调制器和一卷延迟光纤，再经过相位调制器和延迟光纤的两路入射光线通过第二光耦合器合并，将合并后的光线射入待测光缆，接收到敲打扰动后引起光纤中相位改变，在光缆的另一端光线通过PC连接器时将有部分输出光线反射回去；
(4)将反射光通过第二光耦合拆分为两路光线，分别通过一个相位调制器和一卷延迟光纤后，再将经过相位调制器和延迟光纤的两路反射光线通过第一光耦合器合并为一路待测光信号；
(5)对待测光信号进行解调，得到扰动信息S1和S2；
(6)根据扰动信息，计算得出光缆敲打点距离局端的距离；其具体过程为：
一、步骤(5)给出了一倍频系数S1和二倍频系数S2
S1＝4E2J1(2φm)sin(Δφ(t)) (1)
S2＝4E2J2(2φm)cos(Δφ(t)) (2)
二、对(1)式和(2)式进行求导
S′1＝4E2J1(2φm)cos(Δφ(t))Δφ′(t) (3)
S′2＝-4E2J2(2φm)sin(Δφ(t))Δφ′(t) (4)
则
S2S′1-S1S′2＝16E4J1(2φm)J2(2φm)Δφ′(t) (5)
三、对(5)式进行积分
∫S2S′1-S1S′2dt＝16E4J1(2φm)J2(2φm)Δφ(t) (6)
四、求出Δφ(t)，并对Δφ(t)进行傅立叶变换，得到Δφ(w)，求出Δφ(w)的零频点f，用公式求出ZD，再用光缆总长减去ZD即为所求；
其中，S1为一倍频系数、S2为二倍频系数、Δφ(t)为光的相位差、Δφ(w)为功率谱、f为频率、k＝0,1,2,…、T1表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间、c为光速、ZD为Z点到D点的距离、J1和J2分别为一阶和二阶Bessel函数、φm与相位调制器的的信号电压幅值有关、E为电场强度。
2.如权利要求1所述的利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法，其特征在于，步骤(5)中所述待测光信号解调方法包括：
A1：将待测光信号转为电信号；
A2：对被测电信号进行低噪声高精度放大；
A3：对低噪声高精度放大后的信号进行增益，并保证输入光信号在预先设定范围内变化时，以使输出电信号保持恒定；
A4：对增益后的信号进行滤波；
A5：对滤波后的信号进行锁相放大；
A6：对锁相放大后的信号进行低通滤波，滤除高频成分，得到一倍频系数S1和二倍频系数S2；
A7：将处理后的电信号通过数电转换模块转换为数字信号。
3.如权利要求1所述的利用光缆跟踪仪进行光缆测距的方法，其特征在于，所述的延迟光纤长度不小于1km。
4.一种用于光缆测距的光缆跟踪仪，包括一个光源，两个光耦合器，一个相位调制器，一卷延迟光纤和一个光信号解调模块，其特征在于，所述光源、一光耦合器、相位调制器、另一光耦合器依次串联连接，末端光耦合器直接与待测光缆相连，所述光信号解调模块与所述光源并联连接，所述延迟光纤与所述相位调制器并联连接；
所述光信号解调模块包括依次连接的光检及前置放大模块、主放大器及增益模块、带通滤波器、信号提取模块、数模转换模块和微处理器；
所述微处理器按照如下公式进行计算：
一、根据信号提取模块给出的一倍频系数S1和二倍频系数S2
S1＝4E2J1(2φm)sin(Δφ(t)) (1)
S2＝4E2J2(2φm)cos(Δφ(t)) (2)
二、对(1)式和(2)式进行求导
S′1＝4E2J1(2φm)cos(Δφ(t))Δφ′(t) (3)
S′2＝-4E2J2(2φm)sin(Δφ(t))Δφ′(t) (4)
则
S2S′1-S1S′2＝16E4J1(2φm)J2(2φm)Δφ′(t) (5)
三、对(5)式进行积分
∫S2S′1-S1S′2dt＝16E4J1(2φm)J2(2φm)Δφ(t) (6)
四、求出Δφ(t)，并对Δφ(t)进行傅立叶变换，得到Δφ(w)，求出Δφ(w)的零频点f，用公式求出ZD，再用光缆总长减去ZD即为所求；
其中，S1为一倍频系数、S2为二倍频系数、Δφ(t)为光的相位差、Δφ(w)为功率谱、f为频率、k＝0,1,2,…、T1表示光经扰动点Z到D点再反射回Z点经过的时间、c为光速、ZD为Z点到D点的距离、J1和J2分别为一阶和二阶Bessel函数、φm与相位调制器的的信号电压幅值有关、E为电场强度。
5.如权利要求4所述的一种用于光缆测距的光缆跟踪仪，其特征在于，所述光检及前置放大模块由一个光检测器和一个前置放大器组成。
6.如权利要求4所述的一种用于光缆测距的光缆跟踪仪，其特征在于，所述主放大器及增益模块由一个放大器和一个自动增益控制模块组成。
7.如权利要求4所述的一种用于光缆测距的光缆跟踪仪，其特征在于，所述信号提取模块由一个锁相放大器和一个低通滤波放大器组成。
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