CN113037367A - 一种光时域反射仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光时域反射仪，包括：光子计数系统、触发系统、激光器、定向耦合器、环形器和反馈系统；光子计数系统和激光器均与触发系统连接；激光器、环形器和反馈系统均与定向耦合器连接；环形器和反馈系统均与光子计数系统连接。本发明通过触发系统生成的特定频率电脉冲信号触发激光器产生脉冲信号光，光子计数系统根据脉冲信号光和环形器返回的被测光纤反射回来的信号光测量被测光纤不同位置处对应的光子数。并且，还采用定向耦合器耦合被测光纤反射回来的信号光，反馈系统用于根据反射回来的信号光触发触发系统生成特定频率的电脉冲信号，形成反馈调节环来调节激光器产生的信号光，以能够在具有较低OTDR值的同时，增大测量的动态范围。
Description
技术领域
本发明实施例涉及测量控制技术领域，尤其涉及一种光时域反射仪。
背景技术
光时域反射仪作为一种专门的光纤测试仪器，可测量整个光纤长度，分析整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，从而对光纤中接头、断点等事件进行精确定位，是光纤系统中使用频度最高的现场仪器。
光时域反射仪(OpticalTime-DomainReflectometer，OTDR)技术复杂，研制难度大，要求其动态范围大，分辨率高，这对OTDR提出了很高的指标。现有的OTDR所能测量的动态范围与等效噪声功率(NoiseEquivalentPower，NEP)有关，NEP值越低，所能测量的动态范围就越大。由于传统的光探测器有较大的暗电流和热噪声，OTDR的值一般为-110dbm，导致OTDR所能测量的动态范围较小。
发明内容
本发明实施例的目的在于：提供一种光时域反射仪，以解决传统光时域反射仪所能测量的动态范围较小的问题。
为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：
提供一种光时域反射仪，包括：光子计数系统、触发系统、激光器、定向耦合器、环形器和反馈系统；
所述光子计数系统和所述激光器均与所述触发系统连接；所述激光器、所述环形器和所述反馈系统均与所述定向耦合器连接；所述环形器和所述反馈系统均与所述光子计数系统连接；
所述触发系统用于生成特定频率的电脉冲信号；所述激光器用于产生与所述电脉冲信号相同频率的脉冲信号光；所述光子计数系统用于测量被测光纤不同位置处对应的光子数；所述定向耦合器用于耦合被测光纤反射回来的信号光，所述反馈系统用于根据反射回来的信号光触发所述触发系统生成特定频率的电脉冲信号；所述环形器用于将被测光纤反射回来的信号光返回给所述定向耦合器。
可选地，所述触发系统包括：微波信号发生器和编码器；
所述微波信号发生器分别与所述光子计数系统和所述编码器连接；所述编码器分别与所述激光器和所述光子计数系统连接。
可选地，所述光子计数系统，包括：时间数字转换器和转换单元探测器；
所述时间数字转换器分别与所述转换单元探测器和所述微波信号发生器连接；所述转换单元探测器分别与所述反馈系统和所述编码器连接；
所述转换单元探测器用于将编码后的电脉冲信号和被测光纤反射回来的信号光进行非线性光学合频得到合频信号光，并用于对所述合频信号光进行滤波得到晶体管-晶体管逻辑门的TTL电信号；
所述时间数字转换器用于以所述电脉冲信号为开始信号，以所述TTL电信号为结束信号测量被测光纤不同位置处对应的光子数。
可选地，所述反馈系统包括：信号转换模块和处理器；
所述信号转换模块分别与所述处理器和所述定向耦合器连接；所述处理器还与所述微波信号发生器和所述光子计数系统连接；
所述信号转换模块用于将被测光纤反射回来的信号光进行信号转换得到转换信号；所述处理器用于根据所述转换信号生成触发信号，以触发所述触发系统生成特定频率的电脉冲信号；所述处理器还用于将所述被测光纤反射回来的信号光发送给所述光子计数系统。
可选地，所述信号转换模块包括：光电转换器、放大器和模数转换器；
所述光电转换器分别与所述定向耦合器和所述放大器连接；所述模数转换器分别与所述放大器和所述处理器连接。
可选地，所述信号转换模块还包括滤波器，所述滤波器设置于所述定向耦合器和所述光电转换器之间，所述滤波器用于将反射回的信号光中的噪音滤除。
可选地，所述滤波器为带通滤波器。
可选地，还包括显示器；
所述显示器与所述处理器连接。
可选地，还包括：连接器；
所述连接器用于通过光纤连接所述环形器与所述被测光纤。
可选地，所述激光器的波长区间为1950nm～2200nm。
本发明提供的光时域反射仪包括：光子计数系统、触发系统、激光器、定向耦合器、环形器和反馈系统。通过触发系统生成的特定频率电脉冲信号触发激光器产生脉冲信号光，光子计数系统根据脉冲信号光和环形器返回的被测光纤反射回来的信号光测量被测光纤不同位置处对应的光子数。并且，还采用定向耦合器耦合被测光纤反射回来的信号光，反馈系统用于根据反射回来的信号光触发触发系统生成特定频率的电脉冲信号，形成反馈调节环来调节激光器产生的信号光，以能够在具有较低OTDR值的同时，增大测量的动态范围。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例一提供的光时域反射仪的结构框图；
图2为本发明实施例二提供的光时域反射仪的结构框图。
图中：
1、光子计数系统；11、时间数字转换器；12、转换单元探测器；2、触发系统；21、微波信号发生器；22、编码器；3、激光器；4、定向耦合器；5、环形器；6、反馈系统；61、信号转换模块；61-1、光电转换器；61-2、放大器；61-3、模数转换器；62、处理器；7、连接器；8、显示器；9、被测光纤。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本发明实施例所提供的一种光时域反射仪包括：光子计数系统1、触发系统2、激光器3、定向耦合器4、环形器5和反馈系统6。
其中，光子计数系统1和激光器3均与触发系统2连接，激光器3、环形器5和反馈系统6均与定向耦合器4连接，环形器5和反馈系统6均与光子计数系统1连接。
在本发明实施例中，触发系统2用于生成特定频率的电脉冲信号，以通过电脉冲信号触发激光器3产生信号光，在一个示例中，触发系统可以是一个可调的电脉冲信号产生器，该电脉冲信号产生器可以根据控制信号输出不同频率的电脉冲信号。
激光器3可以是能够发射激光的装置，激光器3可以是气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器中的一种，本发明实施例中激光器3用于在接收到触发系统2输出的电脉冲信号时产生与电脉冲信号相同频率的脉冲信号光。
光子计数系统1可以是用于测量光子数的仪器，本发明实施例中光子计数系统1用于测量被测光纤9不同位置处对应的光子数，定向耦合器4用于耦合被测光纤9反射回来的信号光，反馈系统6用于根据反射回来的信号光触发触发系统2生成特定频率的电脉冲信号输出到触发系统2，环形器5用于将被测光纤9反射回来的信号光返回给定向耦合器4。需要说明的是光子计数系统1测量光子数的方法可参考现有技术中测量光子数的方法，反馈系统6根据反射回来的信号光触发触发系统2生成特定频率的电脉冲信号可参考现有技术中电脉冲信号调频方法，本发明实施例在此不再详述。
本发明实施例提供的光时域反射仪包括光子计数系统、触发系统、激光器、定向耦合器、环形器和反馈系统，通过触发系统生成的特定频率电脉冲信号触发激光器产生脉冲信号光，光子计数系统根据脉冲信号光和环形器返回的被测光纤反射回来的信号光测量被测光纤不同位置处对应的光子数。并且，还采用定向耦合器耦合被测光纤反射回来的信号光，反馈系统用于根据反射回来的信号光触发触发系统生成特定频率的电脉冲信号，形成反馈调节环来调节激光器产生的信号光，以能够在具有较低OTDR值的同时，增大测量的动态范围。
实施例二
本发明实施例在实施例一的基础上进行优化，如图2所示，本发明实施例的光时域反射仪，包括：光子计数系统1、触发系统2、激光器3、定向耦合器4、环形器5和反馈系统6。
光子计数系统1和激光器3均与触发系统2连接，激光器3、环形器5和反馈系统6均与定向耦合器4连接，环形器5和反馈系统6均与光子计数系统1连接。
触发系统2用于生成特定频率的电脉冲信号，激光器3用于产生与电脉冲信号相同频率的脉冲信号光，光子计数系统1用于测量被测光纤9不同位置处对应的光子数，定向耦合器4用于耦合被测光纤9反射回来的信号光，反馈系统用于根据反射回来的信号光触发触发系统2生成特定频率的电脉冲信号，环形器5用于将被测光纤9反射回来的信号光返回给定向耦合器4。
在一个可选实施例中，激光器3产生的信号光的波长区间为1950nm～2200nm，当然，还可以是其他波长区间的信号光，本发明实施例对此不作限制。
如图2所示，在被测光纤9和环形器5之间设置有连接器7，通过连接器7可以连接环形器5的输出端口和被测光纤9，操作简单，能够方便快捷地更换被测光纤9。
如图2所示，在本发明的一个可选实施例中，触发系统2包括微波信号发生器21和编码器22，微波信号发生器21分别与光子计数系统1和编码器22连接，编码器22分别与激光器3和光子计数系统1连接，其中，微波信号发生器21用于输出初始脉冲信号到编码器22，编码器22在接收到初始脉冲信号后对初始脉冲信号进行编码以输出预设频率的电脉冲信号到激光器3，使得激光器3被触发产生预设频率的信号光。
这里需要说明的是，触发系统2还可以由其他可以输出预设频率电脉冲信号的设备组成，这里不再一一赘述。
如图2所示，在另一个可选实施例中，光子计数系统1包括时间数字转换器11和转换单元探测器12，其中，时间数字转换器11分别与转换单元探测器12和触发系统2的微波信号发生器21连接，转换单元探测器12分别与反馈系统6和触发系统2的编码器22连接。在光子计数系统1中，转换单元探测器12用于接收触发系统2的编码器22编码后的电脉冲信号，以及从反馈系统6接收被测光纤9反射回来的信号光，并对编码器22编码后的电脉冲信号和被测光纤9反射回来的信号光进行非线性光学合频得到合频信号光，以及对合频信号光进行滤波得到晶体管-晶体管逻辑门的TTL电信号，并将TTL电信号输出到时间数字转换器11，时间数字转换器11以触发系统2的微波信号发生器21产生的电脉冲信号为开始信号，以TTL电信号为结束信号测量被测光纤9不同位置处对应的光子数，以通过光子数可以进一步计算得到该OTDR的NEP值，经过试验，本发明实施例提供的该OTDR的NEP值可以低至-145dbm，可以大幅提高OTDR所能测量的动态范围。
如图2所示，在本发明的又一可选实施例中，反馈系统6包括信号转换模块61和处理器62，其中，信号转换模块61分别与处理器62和定向耦合器4连接，处理器62还与微波信号发生器21和光子计数系统1连接。信号转换模块61用于将被测光纤9反射回来的信号光进行信号转换得到转换信号，具体地，将光信号转换为模拟信号后经模数转换得到处理器62可以处理的数字信号，处理器62用于根据转换信号生成触发信号，以触发触发系统2生成特定频率的电脉冲信号，处理器62还用于将被测光纤9反射回来的信号光发送给光子计数系统1。
如图2所示，在一个优选实施例中，信号转换模块61包括光电转换器61-1、放大器61-2和模数转换器61-3，光电转换器61-1分别与定向耦合器4和放大器61-2连接，模数转换器61-3分别与放大器61-2和处理器62连接，光电转换器61-1用于将光信号转换为模拟电信号输出到放大器61-2，放大器61-2用于将模拟电信号放大后输出到模数转换器61-3，以通过模数转换器61-3将模拟信号转换为数字信号。
此外，为了提高处理器62处理数据的准确性，可以在信号转换模块61中添加滤波器，该滤波器设置于定向耦合器4和光电转换器61-1之间，以将反射回的信号光中的噪音滤除，优选地，滤波器为带通滤波器，其隔离度大于60dB。
进一步，本发明提实施例供的光时域反射仪还可以包括显示器8，显示器8可以是LCD显示器、LED显示器、OLED显示器等，优选地，显示器8为LCD显示器，该显示器8与处理器62连接，显示器8用于显示处理器62转换后的信号数据，以方面检测人员在显示器8查看检测数据。
本发明实施例提供的光时域反射仪包括光子计数系统、触发系统、激光器、定向耦合器、环形器和反馈系统，通过触发系统生成的特定频率电脉冲信号触发激光器产生脉冲信号光，光子计数系统根据脉冲信号光和环形器返回的被测光纤反射回来的信号光测量被测光纤不同位置处对应的光子数。并且，还采用定向耦合器耦合被测光纤反射回来的信号光，反馈系统用于根据反射回来的信号光触发触发系统生成特定频率的电脉冲信号，形成反馈调节环来调节激光器产生的信号光，以能够在具有较低OTDR值的同时，增大测量的动态范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光时域反射仪，其特征在于，包括：光子计数系统、触发系统、激光器、定向耦合器、环形器和反馈系统；
所述光子计数系统和所述激光器均与所述触发系统连接，所述激光器、所述环形器和所述反馈系统均与所述定向耦合器连接，所述环形器和所述反馈系统均与所述光子计数系统连接；
所述触发系统用于生成特定频率的电脉冲信号，所述激光器用于产生与所述电脉冲信号相同频率的脉冲信号光，所述光子计数系统用于测量被测光纤不同位置处对应的光子数，所述定向耦合器用于耦合被测光纤反射回来的信号光，所述反馈系统用于根据反射回来的信号光触发所述触发系统生成特定频率的电脉冲信号，所述环形器用于将被测光纤反射回来的信号光返回给所述定向耦合器。
2.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，所述触发系统包括：微波信号发生器和编码器；
所述微波信号发生器分别与所述光子计数系统和所述编码器连接；所述编码器分别与所述激光器和所述光子计数系统连接。
3.根据权利要求2所述的光时域反射仪，其特征在于，所述光子计数系统，包括：时间数字转换器和转换单元探测器；
所述时间数字转换器分别与所述转换单元探测器和所述微波信号发生器连接；所述转换单元探测器分别与所述反馈系统和所述编码器连接；
所述转换单元探测器用于将编码后的电脉冲信号和被测光纤反射回来的信号光进行非线性光学合频得到合频信号光，并用于对所述合频信号光进行滤波得到晶体管-晶体管逻辑门的TTL电信号；
所述时间数字转换器用于以所述电脉冲信号为开始信号，以所述TTL电信号为结束信号测量被测光纤不同位置处对应的光子数。
4.根据权利要求2所述的光时域反射仪，其特征在于，所述反馈系统包括：信号转换模块和处理器；
所述信号转换模块分别与所述处理器和所述定向耦合器连接；所述处理器还与所述微波信号发生器和所述光子计数系统连接；
所述信号转换模块用于将被测光纤反射回来的信号光进行信号转换得到转换信号；所述处理器用于根据所述转换信号生成触发信号，以触发所述触发系统生成特定频率的电脉冲信号；所述处理器还用于将所述被测光纤反射回来的信号光发送给所述光子计数系统。
5.根据权利要求4所述的光时域反射仪，其特征在于，所述信号转换模块包括：光电转换器、放大器和模数转换器；
所述光电转换器分别与所述定向耦合器和所述放大器连接；所述模数转换器分别与所述放大器和所述处理器连接。
6.根据权利要求5所述的光时域反射仪，其特征在于，所述信号转换模块还包括滤波器，所述滤波器设置于所述定向耦合器和所述光电转换器之间，所述滤波器用于将反射回的信号光中的噪音滤除。
7.根据权利要求6所述的光时域反射仪，其特征在于，所述滤波器为带通滤波器。
8.根据权利要求4所述的光时域反射仪，其特征在于，还包括显示器；
所述显示器与所述处理器连接。
9.根据权利要求1所述的光时域反射仪，其特征在于，还包括：连接器；
所述连接器用于通过光纤连接所述环形器与所述被测光纤。
10.根据权利要求1-9任一项所述的光时域反射仪，其特征在于，所述激光器的波长区间为1950nm～2200nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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