CN104457583A - 一种光纤长度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤长度测量装置，包括激光电源、光隔离器、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，激光光源连接光隔离器，光隔离器连接第一光纤耦合器，第一光纤耦合器连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器与待测光纤连接，还包括第一光探测放大系统和第二光探测放大系统，第一光探测放大系统、第二光探测放大系统分别与第二光纤耦合器连接，第一光探测放大系统、第二光探测放大系统分别与外接的数据采集器连接。采用上述技术方案制成了一种方便测量、降低成本的光纤长度测量装置及方法。本装置能够快速测量光纤长度，光纤长度越长，越便于精确测量，而成本不会随之上升，结构简单，采用普通光无源器件和半导体光源，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及激光计量测试技术领域，特别涉及一种光纤长度测量装置及方法。
背景技术
目前市面上针对通信光纤长度的常规测量装置为光时域反射仪(OTDR)，OTDR原理类似于雷达技术，通过激光光源发射光脉冲到待测光纤内，当光脉冲在光纤内传输时，由于瑞利散射的原因会有部分微弱光返回到OTDR中。计算从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在光纤中的速度，从而计算出光纤长度。
OTDR由于测试中受噪声的影响，光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程。由于背向散射光信号极其微弱，要确知该点的一般情况，一般采用多次统计平均的方法来提高信噪比，以减少接收器固有的随机噪声的影响。这样导致测试时间偏长，一般需要数十秒左右的等待时间。此外，在测量长度较长的光纤时，如200公里以上的光纤，则需要使用动态范围较大的OTDR，目前的情况是30db普通动态范围的OTDR市场价格已经降至普通用户能接受的程度，但大动态范围如40db以上的OTDR设备价格仍然较高。
现在急需一种可以方便测量、降低成本的光纤长度测量装置及方法，并且成本不会随着测量长度增长而增加的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种方便测量、降低成本的光纤长度测量装置及方法。
本发明中的一种光纤长度测量装置，包括激光电源、光隔离器、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，所述激光光源连接光隔离器，所述光隔离器连接第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器连接第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器与待测光纤连接，还包括第一光探测放大系统和第二光探测放大系统，所述第一光探测放大系统、第二光探测放大系统分别与第二光纤耦合器连接，所述第一光探测放大系统、第二光探测放大系统分别与外接的数据采集器连接。
上述方案中，所述第一光纤耦合器为2×2光纤耦合器，所述2×2光纤耦合器设有两个输出端口，分别为输出端口a和输出端口b；所述第二光纤耦合器为3×3光纤耦合器，所述3×3光纤耦合器设有六个端口，分别为端口c、端口d、端口e、端口f、端口g和端口h，所述输出端口a连接端口g，所述端口c连接待测光纤，所述待测光纤连接端口f，所述输出端口b连接端口d，所述端口e连接第一光探测放大系统，所述端口h连接第二光探测放大系统。
上述方案中，所述2×2光纤耦合器为一次拉锥的1550nm宽带均分型2×2光纤耦合器。
上述方案中，所述3×3光纤耦合器为一次拉锥的1550nm宽带均分型3×3光纤耦合器。
采用上述光纤长度测量装置的一种光纤长度测量方法，
S1：激光光源向光隔离器发射激光，所述激光经过光隔离器后进入2×2光纤耦合器；
S2：所述激光从2×2光纤耦合器的输出端口b发射到3×3光纤耦合器的端口d；
S3：所述激光从3×3光纤耦合器的端口f进入待测光纤中，并经过端口c回到3×3光纤耦合器；
S4：激光从3×3光纤耦合器的端口h进入第二光探测放大系统，并通过外接的数据采集器采集光脉冲电压信号；
S5：循环S3、S4m次，取m次循环时间的平均值为τ1；
S6：激光光源再次向光隔离器发射如S1所述的激光，所述激光经过光隔离器后进入2×2光纤耦合器；
S7：所述激光从2×2光纤耦合器的输出端口a发射到3×3光纤耦合器的端口g；
S8：所述激光从3×3光纤耦合器的端口c进入待测光纤中，并经过端口f回到3×3光纤耦合器；
S9：激光从3×3光纤耦合器的端口e进入第一光探测放大系统，并通过外接的数据采集器采集信息；
S10：S8、S9循环m次，取m次循环时间的平均值为τ2；
S11：将S5得到的时间值τ1和S10得到的时间值τ2计算出平均值τ；
S12：由于τ＝nL/c，可以得到L＝c·τ/n，由此可以计算出被测光纤的长度L，其中n为光纤折射率，c为真空中的光速。
上述方案中，所述m的取值范围为3<m<10。
上述方案中，所述n＝1.468。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种方便测量、降低成本的光纤长度测量装置及方法。本装置能够快速测量光纤长度，尤其适合测量长度较长的光纤，光纤长度越长，则得到的脉冲信号间隔越大，越便于精确测量，而成本不会随之上升，由于不存在OTDR那样的多次统计平均算法，故实现了光纤长度的即时测量；结构简单，采用普通光无源器件和半导体光源，成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的流程示意图。
图中：1、激光电源 2、光隔离器 3、第一光纤耦合器 4、第二光纤耦合器 5、待测光纤 6、第一光探测放大系统 7、第二光探测放大系统
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明是一种光纤长度测量装置，包括激光电源1、光隔离器2、第一光纤耦合器3和第二光纤耦合器4，激光光源1连接光隔离器2，光隔离器2连接第一光纤耦合器3，第一光纤耦合器3连接第二光纤耦合器4，第二光纤耦合器4与待测光纤5连接，还包括第一光探测放大系统6和第二光探测放大系统7，第一光探测放大系统6、第二光探测放大系统7分别与第二光纤耦合器4连接，第一光探测放大系统6、第二光探测放大系统7分别与外接的数据采集器连接。
第一光纤耦合器3为2×2光纤耦合器，2×2光纤耦合器设有两个输出端口，分别为输出端口a和输出端口b；第二光纤耦合器4为3×3光纤耦合器，3×3光纤耦合器设有六个端口，分别为端口c、端口d、端口e、端口f、端口g和端口h，输出端口a连接端口g，端口c连接待测光纤，待测光纤5连接端口f，输出端口b连接端口d，端口e连接第一光探测放大系统6，端口h连接第二光探测放大系统7。
2×2光纤耦合器为一次拉锥的1550nm宽带均分型2×2光纤耦合器，3×3光纤耦合器为一次拉锥的1550nm宽带均分型3×3光纤耦合器。
采用上述光纤长度测量装置的一种光纤长度测量方法，如图2所示，
S1：激光光源向光隔离器发射激光，激光经过光隔离器后进入2×2光纤耦合器；
S2：激光从2×2光纤耦合器的输出端口b发射到3×3光纤耦合器的端口d；
S3：激光从3×3光纤耦合器的端口f进入待测光纤中，并经过端口c回到3×3光纤耦合器；
S4：激光从3×3光纤耦合器的端口h进入第二光探测放大系统，并通过外接的数据采集器采集光脉冲电压信号；
S5：循环S3、S4m次，取m次循环时间的平均值为τ1；
S6：激光光源再次向光隔离器发射如S1所述的激光，激光经过光隔离器后进入2×2光纤耦合器；
S7：激光从2×2光纤耦合器的输出端口a发射到3×3光纤耦合器的端口g；
S8：激光从3×3光纤耦合器的端口c进入待测光纤中，并经过端口f回到3×3光纤耦合器；
S9：激光从3×3光纤耦合器的端口e进入第一光探测放大系统，并通过外接的数据采集器采集信息；
S10：S8、S9循环m次，取m次循环时间的平均值为τ2；
S11：将S5得到的时间值τ1和S10得到的时间值τ2计算出平均值τ；
S12：由于τ＝nL/c，可以得到L＝c·τ/n，由此可以计算出被测光纤的长度L，其中n为光纤折射率，n＝1.468，c为真空中的光速，m的取值范围为3<m<10，m太小数据会不准确，m太大后面的数据已经失去了意义，3<m<10这个范围是最为合适的。
S1～S5为途径1，S6～S10为途径2，假设激光光源发射单脉冲光束，按照以上途径1，将在光探测放大系统得到一系列等间隔时间长度的电脉冲序列，由于3×3光纤耦合器和待测光纤的存在，插入损耗至少在5dB以上，则电脉冲信号依次明显衰减。
同理，按照途径2，在光探测放大系统也将得到一系列等间隔时间长度依次衰减的电脉冲序列。途径1和途径2得到的电脉冲序列波形应相同，多次测量求平均值可以提高精度。
众所周知，光在光纤中的传播速度极快，光走完1公里光纤所需时间仅约为5μs，故要求激光光源的脉冲宽度要足够小不至于发生混叠现象。由于激光器技术的发展，目前即使是普通半导体激光器的脉冲宽度即能做到10ns，因而使得此测量技术成为可能。
在光探测放大系统得到的电脉冲序列的时间间隔即为光走完待测光纤路程所需的时间
τ＝nL/c
式中，n为光纤折射率，一般取值为1.468；L为待测光纤长度；c为真空中的光速。
故待测光纤长度
L＝c·τ/n
显然，光纤长度的测量误差由电脉冲序列的时间间隔的测量误差决定，
ΔL＝c·Δτ/n
以100公里光纤来计算，如电脉冲序列的时间间隔的测量误差为0.1μs，则光纤长度的测量误差约为0.02％，通过测量途径1和途径2的电脉冲序列的时间间隔求平均值，此误差进一步减小，完全能够满足正常的使用需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光纤长度测量装置，其特征在于，包括激光电源、光隔离器、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，所述激光光源连接光隔离器，所述光隔离器连接第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器连接第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器与待测光纤连接，还包括第一光探测放大系统和第二光探测放大系统，所述第一光探测放大系统、第二光探测放大系统分别与第二光纤耦合器连接，所述第一光探测放大系统、第二光探测放大系统分别与外接的数据采集器连接。
2.根据权利要求1所述的一种光纤长度测量装置，其特征在于，所述第一光纤耦合器为2×2光纤耦合器，所述2×2光纤耦合器设有两个输出端口，分别为输出端口a和输出端口b；所述第二光纤耦合器为3×3光纤耦合器，所述3×3光纤耦合器设有六个端口，分别为端口c、端口d、端口e、端口f、端口g和端口h，所述输出端口a连接端口g，所述端口c连接待测光纤，所述待测光纤连接端口f，所述输出端口b连接端口d，所述端口e连接第一光探测放大系统，所述端口h连接第二光探测放大系统。
3.根据权利要求2所述的一种光纤长度测量装置，其特征在于，所述2×2光纤耦合器为一次拉锥的1550nm宽带均分型2×2光纤耦合器。
4.根据权利要求2所述的一种光纤长度测量装置，其特征在于，所述3×3光纤耦合器为一次拉锥的1550nm宽带均分型3×3光纤耦合器。
5.采用权利要求2所述光纤长度测量装置的一种光纤长度测量方法，其特征在于，
S1：激光光源向光隔离器发射激光，所述激光经过光隔离器后进入2×2光纤耦合器；
S2：所述激光从2×2光纤耦合器的输出端口b发射到3×3光纤耦合器的端口d；
S3：所述激光从3×3光纤耦合器的端口f进入待测光纤中，并经过端口c回到3×3光纤耦合器；
S4：激光从3×3光纤耦合器的端口h进入第二光探测放大系统，并通过外接的数据采集器采集光脉冲电压信号；
S5：循环S3、S4m次，取m次循环时间的平均值为τ1；
S6：激光光源再次向光隔离器发射如S1所述的激光，所述激光经过光隔离器后进入2×2光纤耦合器；
S7：所述激光从2×2光纤耦合器的输出端口a发射到3×3光纤耦合器的端口g；
S8：所述激光从3×3光纤耦合器的端口c进入待测光纤中，并经过端口f回到3×3光纤耦合器；
S9：激光从3×3光纤耦合器的端口e进入第一光探测放大系统，并通过外接的数据采集器采集信息；
S10：S8、S9循环m次，取m次循环时间的平均值为τ2；
S11：将S5得到的时间值τ1和S10得到的时间值τ2计算出平均值τ；
S12：由于τ＝nL/c，可以得到L＝c·τ/n，由此可以计算出被测光纤的长度L，其中n为光纤折射率，c为真空中的光速。
6.根据权利要求5所述的一种光纤长度测量方法，其特征在于，所述m的取值范围为3<m<10。
7.根据权利要求6所述的一种光纤长度测量方法，其特征在于，所述n＝1.468。
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