CN114124210A - 一种适用于otdr的低成本收发系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开提供一种适用于OTDR的低成本收发系统及实现方法，系统包括控制单元、光发送单元、光耦合单元、光接收单元和温度探测单元，控制单元分别与光发送单元、光接收单元和温度探测单元相连，光发送单元、光耦合单元和光接收单元依次相连；控制单元内置有：偏置电压温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正；衰耗系数温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及当前温度数据计算对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正。本发明在传统OTDR的基础上增加了偏置电压温度补偿模块、衰耗系数温度补偿模块及温度探测单元，在降低系统整体成本的前提下，解决了所采用的低成本器件的温度漂移问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤检测技术领域，尤其涉及光时域反射仪(optical time-domainreflectometer，OTDR)设备中使用的光信号发送和接收装置，具体为一种适用于OTDR的低成本收发系统及实现方法。
背景技术
OTDR是基于光在光纤中传输产生的瑞利散射和菲涅耳反射原理制成的。OTDR测试是发射一定波长、脉宽、功率和频率的光脉冲到光纤内，在光脉冲沿着光纤传播时，会由于光纤本身的性质、接头耦合、弯曲、断裂、损伤或其它类似的事件而产生散射、反射，其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中，返回的光信号由OTDR的探测器来测量。可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。
随着光纤通信网络的迅猛发展，如何对光纤网络进行高效灵活的检测和维护，是运营商面临的巨大挑战。一个网络站点往往有多个通信链路，而每个链路都配备一个在线OTDR的成本过高。
OTDR的发送单元一般由调制驱动部分和激光器两部分组成，对于激光器，目前主流的有FP腔型(Fabry-pero Laser,法布里-珀罗激光器)和DFB型（Distributed FeedbackLaser，分布式反馈激光器）两种。为保证OTDR性能，目前大多选用带制冷的蝶形封装DFB，此种激光器具有谱宽窄、发光波长稳定的特点，但同时，此种激光器制作成本较高，且蝶形封装及其相应的温控电路占据的布板空间大、驱动功耗大，使得此类方案制成的OTDR设备成本普遍较高，从而限制了大规模应用。另一方面，对于成本相对较低的同轴封装FP腔激光器，此种激光器不需要制冷，采用同轴封装，因此在制作成本、功耗、电路布板面积占用方面更具优势，但同时，此类器件存在波长温漂较大、谱宽较宽的问题，如果直接应用于OTDR设备，会导致采样曲线温漂较大且上报指标温度一致性差的问题。
OTDR的接收单元一般由光探测元件和相应的采样电路两部分组成，光探测元件一般选取具有较高灵敏度的雪崩光电二极管（APD）,对于APD器件，目前主流的有带制冷的蝶形封装和不带制冷同轴封装两种。为保证OTDR性能，目前大多选用带制冷的蝶形封装APD，此种APD可在预设的工作温度下工作，对应偏置电压恒定，增益恒定，从而采样曲线温度性能好，缺点是蝶形封装及其相应的温控电路占据的布板空间大，驱动功耗大。另一方面，对于同轴封装不带制冷的APD器件，其具有成本低、功耗低且占用布板空间小的优势，但存在温度漂移问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适用于OTDR的低成本收发系统及实现方法，用以解决上述至少一个技术问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种适用于OTDR的低成本收发系统，包括控制单元、光发送单元、光耦合单元、光接收单元和温度探测单元，所述控制单元分别与光发送单元、光接收单元和温度探测单元相连，所述光发送单元、光耦合单元和光接收单元依次相连；
所述控制单元内置有：偏置电压温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及温度探测单元探测到的当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正；衰耗系数温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及温度探测单元探测到的当前温度数据计算衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正。
上述技术方案中，OTDR的光发送单元采用不带制冷的同轴封装FP腔激光器，降低发射端制作成本、功耗及占用空间面积，同时采用衰耗系数温度补偿模块对该类激光器获得的OTDR曲线在不同温度下的衰耗系数进行补偿，解决这类激光器存在的光谱较宽及波长随温度变化的问题；同时，OTDR的光接收单元采用不带制冷的同轴封装APD，降低接收端制作成本、功耗及占用空间面积，同时采用偏置电压温度补偿模块对APD的偏置电压进行温度补偿，解决这类APD器件存在的温度漂移问题。
上述技术方案在传统OTDR的基础上增加了偏置电压温度补偿模块、衰耗系数温度补偿模块及温度探测单元，在降低系统整体成本的前提下，解决了所采用的低成本器件的温度漂移问题，保证了上报指标温度的一致性以及APD的增益恒定，实现了通过低成本器件对光纤网络进行检测和维护的目的。
作为进一步的技术方案，所述系统还包括温度定标单元，用于构建温度定标数据表，所述温度定标数据表用于为偏置电压温度补偿模块及衰耗系数温度补偿模块提供温度定标数据查询。所述温度定标数据表包括多个设置的温度定标点，每个温度定标点对应OTDR上报温度、APD偏置电压及衰耗系数。
作为进一步的技术方案，所述偏置电压温度补偿模块进一步包括：
获取当前OTDR上报温度；
基于当前OTDR上报温度在温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，获取当前OTDR上报温度所处的温度点区间；
获取所述温度点区间的上下限温度值分别对应的偏置电压定标值；
依据当前OTDR上报温度、温度点区间的上下限温度值及对应的偏置电压定标值，计算当前温度下的偏置电压作为校正后的偏置电压。
上述技术方案由温度探测单元探测得到当前OTDR上报温度，然后在温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列查找该当前OTDR上报温度所处的温度点区间，确定所处温度点区间的上限温度点和下限温度点，以及上限温度点对应的偏置电压定标值和下限温度点对应的偏置电压定标值，最后根据前述参量计算校正后的偏置电压，并将其发送至光接收单元。
作为进一步的技术方案，所述衰耗系数温度补偿模块进一步包括：
获取当前OTDR上报温度；
基于当前OTDR上报温度在温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，获取当前OTDR上报温度所处的温度点区间；
获取所述温度点区间的上下限温度值分别对应的衰耗系数；
依据当前OTDR上报温度、温度点区间的上下限温度值及对应的衰耗系数，以及定标用光纤的真实衰耗系数，计算衰耗系数校正因子；
基于所述衰耗系数校正因子及光接收单元接收的原始OTDR曲线，计算得到校正后的OTDR曲线。
上述技术方案由温度探测单元探测得到当前OTDR上报温度，然后在温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列查找该当前OTDR上报温度所处的温度点区间，确定所处温度点区间的上限温度点和下限温度点，以及上限温度点对应的衰耗系数和下限温度点对应的衰耗系数，计算得到衰耗系数校正因子，最后根据衰耗系数校正因子对原始OTDR曲线进行校正，得到校正后的OTDR曲线并发送至上位机进行进一步处理分析。
作为进一步的技术方案，所述温度定标单元包括定标上位机和放置于温度循环箱内的OTDR；所述定标上位机包括控制组件和数据处理组件；
所述控制组件，用于设置温度循环箱温度及APD起始偏置电压，以及向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令并读取OTDR扫描曲线；
所述数据处理组件，用于计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度，并在遍历全部温度定标点后，生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表。
上述技术方案将OTDR置于温度循环箱内且与定标用光纤相连，通过定标上位机进行参量设置并获取OTDR扫描曲线，对获取的OTDR扫描曲线进行分析，记录每一温度定标点对应的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度，并形成温度定标数据表，以便于在实际使用时，结合温度定标数据表中的数据对该OTDR进行衰耗系数和偏置电压的温度补偿。
作为进一步的技术方案，所述数据处理组件，还用于在动态范围没有达到预期时，增大偏置电压，并在增大后的偏置电压小于APD击穿电压时，触发控制组件向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令。
作为进一步的技术方案，所述数据处理组件进一步包括：在动态范围达到预期时，记录当前温度下的偏置电压；然后基于采集到的OTDR曲线得到定标用光纤的衰耗系数。
根据本发明说明书的一方面，提供一种适用于OTDR的低成本收发系统的实现方法，采用所述的系统实现，所述方法包括：
获取温度定标数据表；
根据温度定标数据表及OTDR的当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正；
根据温度定标数据表及OTDR的当前温度计算衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正；
发送校正后的OTDR曲线。
上述技术方案首先确定温度定标数据表，然后依据温度定标数据表和OTDR的当前温度数据（即OTDR上报温度）对APD偏置电压进行温度补偿，在接收到OTDR曲线后，再依据温度定标数据表和OTDR的当前温度数据（即OTDR上报温度）对接收到的OTDR曲线的衰耗系数进行温度补偿，从而克服采用低成本光器件所带来的温度漂移问题，保证OTDR的检测精度。
作为进一步的技术方案，获取温度定标数据表的步骤进一步包括：
设置温度循环箱温度及APD起始偏置电压；
向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令；
读取OTDR扫描曲线；
计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度；
在遍历全部温度定标点后，生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表。
作为进一步的技术方案，在动态范围达到预期时，记录当前温度下的偏置电压为：
其中，
为当前温度下起始偏置电压估算值，单位：V；
为上一个温度定标点偏置电压，单位：V；
为当前温度定标点的OTDR上报温度，单位：℃；
为上一个温度定标点的OTDR上报温度，单位：℃；
为APD的温度系数，单位：V/℃；
为偏置电压的保护裕量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明提供一种系统，该系统在传统OTDR的基础上增加了偏置电压温度补偿模块、衰耗系数温度补偿模块及温度探测单元，通过构建温度定标数据表并结合温度探测单元探测得到的OTDR上报温度分别进行偏置电压补偿和衰耗系数补偿，以低成本的光学器件实现OTDR对光纤网络的检测和维护。
（2）本发明提供一种方法，该方法首先确定温度定标数据表，然后依据温度定标数据表和OTDR的当前温度数据（即OTDR上报温度）对APD偏置电压进行温度补偿，在接收到OTDR曲线后，再依据温度定标数据表和OTDR的当前温度数据（即OTDR上报温度）对接收到的OTDR曲线的衰耗系数进行温度补偿，从而克服采用低成本光器件所带来的温度漂移问题，保证OTDR的检测精度。
（3）本发明在OTDR的光发送单元采用不带制冷的同轴封装FP腔激光器，降低发射端制作成本、功耗及占用空间面积，同时采用衰耗系数温度补偿模块对该类激光器获得的OTDR曲线在不同温度下的衰耗系数进行补偿，解决这类激光器存在的光谱较宽及波长随温度变化的问题；本发明在OTDR的光接收单元采用不带制冷的同轴封装APD，降低接收端制作成本、功耗及占用空间面积，同时采用偏置电压温度补偿模块对APD的偏置电压进行温度补偿，解决这类APD器件存在的温度漂移问题。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种适用于OTDR的低成本收发系统示意图。
图2为根据本发明实施例的不同温度下OTDR曲线对比示意图。
图3为根据本发明实施例的衰耗系数温度补偿原理示意图。
图4为根据本发明实施例的衰耗系数温度补偿流程示意图。
图5为根据本发明实施例的某一温度定标点衰耗系数校正前后OTDR曲线对比示意图。
图6为根据本发明实施例的偏置电压温度补偿原理示意图。
图7为根据本发明实施例的温度定标单元示意图。
图8为根据本发明实施例的温度定标流程示意图。
图9为根据本发明实施例的某一温度定标点起始偏置电压和定标偏置电压下的OTDR曲线对比图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
本发明在传统OTDR的基础上增加了偏置电压温度补偿模块、衰耗系数温度补偿模块及温度探测单元，在降低系统整体成本的前提下，解决了所采用的低成本器件的温度漂移问题，保证了上报指标温度的一致性以及APD的增益恒定，实现了通过低成本器件对光纤网络进行检测和维护的目的。
如图1所示，本发明提供一种适用于OTDR的低成本收发系统，包括控制单元、光发送单元、光耦合单元、光接收单元和温度探测单元，所述控制单元分别与光发送单元、光接收单元和温度探测单元相连，所述光发送单元、光耦合单元和光接收单元依次相连，所述光耦合单元与光纤相连。所述光接收单元包括APD、APD驱动电路及APD探测电路。所述控制单元将温度补偿后的偏置电压发送给APD驱动电路，并对APD探测电路返回的OTDR曲线进行衰耗系数温度补偿。
所述控制单元和温度探测单元相连，用于获取OTDR上报温度。
所述控制单元和温度定标单元相连，用于将OTDR上报温度置于温度定标单元构建的温度定标数据表中进行查找，以确定当前OTDR上报温度在表中所处的温度点区间，进而确定温度点区间的上下限值，及与上下限值对应的APD偏置电压定标值，最后基于确定的前述参数计算得到校正后的偏置电压。
所述控制单元和温度定标单元相连，还用于将OTDR上报温度置于温度定标单元构建的温度定标数据表中进行查找，以确定当前OTDR上报温度在表中所处的温度点区间，进而确定温度点区间的上下限值，及与上下限值对应的衰耗系数，最后基于确定的前述参数计算得到衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对接收的OTDR原始曲线进行校正，消除器件温度漂移的影响。
所述控制单元内置有偏置电压温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及温度探测单元探测到的当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正。
具体而言，所述偏置电压温度补偿模块的温度补偿过程包括：
获取温度探测单元探测到的OTDR上报温度；
将当前OTDR上报温度置于温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，确定当前OTDR上报温度所处的温度点区间；
确定所述温度点区间的上限温度值和下限温度值，并从温度定标数据表中的“各温度下APD偏置电压”列查找确定所述温度点区间的上下限温度值分别对应的偏置电压定标值；
依据当前OTDR上报温度、温度点区间的上下限温度值及对应的偏置电压定标值，计算当前温度下的偏置电压作为校正后的偏置电压。
计算当前温度下的偏置电压如下所示：
其中，
为当前温度下偏置电压，
为当前OTDR上报温度。
将
放入温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，定位到其所处的温度点区间
，
为其中一个温度定标点的OTDR上报温度值，
为另一个温度定标点的OTDR上报温度值，
、
为它们分别对应的偏置电压定标值。
对于OTDR的光发送单元，由于选用了不带制冷的同轴封装FP腔激光器，该类激光器存在光谱较宽及波长随温度变化的问题，而光在光纤中传播的损耗又与波长相关，使用这种激光器获得的OTDR曲线，在不同温度下会呈现不同的衰耗系数，从而影响了OTDR的性能上报。如图2所示为两种温度下的OTDR曲线对比，其中一条OTDR曲线为温度45℃，衰耗系数0.212，另一条曲线为温度-5℃，衰耗系数0.202。
为消除这种影响，需要对不同温度下获取到的OTDR曲线进行温度相关校准。
如图3所示，光发送单元通过光耦合单元发送探测信号至待测光纤，反射回的信号通过光耦合单元进入光接收单元，光接收单元将接收的原始OTDR曲线发送至控制单元，由控制单元内置的衰耗系数温度补偿模块根据温度定标数据表及温度探测单元探测到的当前温度数据计算衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正，校正后曲线发至数字信号处理单元进行进一步分析。
具体而言，如图4所示，所述衰耗系数温度补偿模块的温度补偿过程包括：
获取温度探测单元探测到的OTDR上报温度；
将当前OTDR上报温度置于温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，确定当前OTDR上报温度所处的温度点区间；
确定所述温度点区间的上限温度值和下限温度值，并从温度定标数据表中的“各温度下APD偏置电压”列查找确定所述温度点区间的上下限温度值分别对应的衰耗系数；
依据当前OTDR上报温度、温度点区间的上下限温度值及对应的衰耗系数，以及定标用光纤的真实衰耗系数，计算衰耗系数校正因子；
基于所述衰耗系数校正因子及光接收单元接收的原始OTDR曲线，计算得到校正后的OTDR曲线。
计算衰耗系数校正因子如下所示：
其中，
为当前温度下衰耗系数校正因子，
为定标用光纤的真实衰耗系数，由仪表测试得到，
为当前OTDR上报温度。
将
放入温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，定位到其所处的温度点区间
，
为其中一个温度定标点的OTDR上报温度值，
为另一个温度定标点的OTDR上报温度值，
、
为它们分别对应的衰耗系数。
、
和
必须是对同一段光纤（即定标用光纤）进行测试得到。
按照如下公式，对光接收单元获取的OTDR原始曲线进行重新计算，得到校准后的OTDR曲线。
其中，
为原曲线数据，
为校准后的曲线数据。
如图5所示为某一温度定标点衰耗系数校准前后OTDR曲线对比图，其中下方曲线为校准前OTDR曲线，上方曲线为校准后OTDR曲线。
对于光接收单元，选用了同轴封装非制冷APD(雪崩光电二极管)，APD是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。由于APD的增益会随温度变化，为实现APD在全温条件下的增益恒定，有两种方法，一种是增加制冷装置，使其一直处于最佳的恒定工作温度，一种是对其偏压进行温度补偿，以保证APD 增益恒定。本发明采用偏置电压温度补偿方式来实现APD增益恒定。对第二种方式进行说明。
如图6所示，偏置电压温度补偿模块根据温度探测单元探测到的当前OTDR温度及温度定标数据表中的温度定标数据来计算当前温度下的偏置电压，如下所示：
其中，
为当前温度下偏置电压，
为当前OTDR上报温度。
将
放入温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，定位到其所处的温度点区间
，
为其中一个温度定标点的OTDR上报温度值，
为另一个温度定标点的OTDR上报温度值，
、
为它们分别对应的偏置电压定标值。
前述衰减系数温度补偿及偏置电压温度补偿都用到了温度定标数据，所述温度定标数据由温度定标单元提供。
如图7所示，所述温度定标单元包括定标上位机和放置于温度循环箱内的OTDR。所述定标上位机与OTDR相连，所述OTDR与定标光纤相连。
所述定标上位机包括控制组件和数据处理组件。
所述控制组件，用于设置温度循环箱温度及APD起始偏置电压，以及向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令并读取OTDR扫描曲线；
所述数据处理组件，用于计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度，并在遍历全部温度定标点后，生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表。
如图8所示，所述温度定标单元的定标流程包括：
步骤1，设置温度循环箱温度。按照一定的顺序、范围及步进设置温度循环箱的温度。对于定标温度起点，可采用厂家测试单中给出的测试温度，通常为25℃。对于温度范围，可依据OTDR产品工作温度范围进行确定。对于温度步进，可结合厂家提供的温度系数、OTDR产品的动态范围指标适当选取，如果APD器件在各温度范围内的温度系数变化不大，则可使用较大的步进，或者如果OTDR产品的动态范围要求不高，也可考虑采取较大的步进，反之亦然。
作为一种实施方式，可将温度定标点设定为：25℃，10℃，-10℃，40℃，60℃。注意，在本发明实施中涉及到三种温度：温度循环箱的设置温度，OTDR温度探测单元的上报温度及厂家APD的测试温度，在最终生成的定标温度数据表中，其温度值是OTDR温度探测单元的上报温度。
步骤2，设置APD起始偏置电压。对于起始偏置电压，可根据厂家给出的APD器件VBR（击穿电压）、当前所处的环境温度、APD器件的温度系数及上一个温度定标点的偏置电压进行设置。
作为一种实施方式，对于25℃的起始定标点温度，起始偏置电压设定为VBR-1v，如果动态范围达不到预期则按照一定的步进增加，直至得到25℃温度下的APD偏置电压。这里的动态范围的预期源自产品的动态范围指标要求，具体生产中是一个可设置的参数。
对于下一个温度定标点，假设APD器件的温度系数为TC，则按照如下公式估算该下一个温度定标点下的起始偏置电压：
其中，
为当前温度下起始偏置电压估算值，单位：V；
为上一个温度定标点偏置电压，单位：V；
为当前温度定标点的OTDR上报温度，单位：℃；
为上一个温度定标点的OTDR上报温度，单位：℃；
为APD的温度系数，单位：V/℃；
为偏置电压的保护裕量（防止估算不准造成APD击穿）。
确定好当前温度下的偏置电压后，由定标上位机对采集到的OTDR曲线进行分析，得到对应的衰耗系数，并记录在温度定标数据表。其中，OTDR曲线的横坐标是光纤长度，纵坐标为光纤在各长度下的损耗，这里的分析就是对曲线进行分析，确定光纤的起止点，计算整段光纤的衰耗系数，即：（光纤起点损耗-光纤终点损耗的线路损耗）/光纤总长（km）。
步骤3，控制组件向OTDR发送扫描命令。
步骤4，数据处理组件读取OTDR扫描曲线。
步骤5，数据处理组件计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时，记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度。在动态范围没有达到预期时，增大偏置电压，此时再进一步判断增大后的偏置电压是否小于APD器件的击穿电压VBR，若是，则返回至步骤3，若不是，则结束。
如图9所示为某一温度定标点起始偏置电压和定标偏置电压下曲线对比图，其中起始偏置电压下OTDR曲线对应动态范围33.2dB，不符合OTDR动态范围的预期指标；通过增大偏置电压后，得到定标偏置电压下OTDR曲线，该曲线的动态范围35.6dB，符合OTDR动态范围的预期指标。
步骤6，判断当前温度定标点是否为最后一个温度定标点，若是，则生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表，如表一所示。若不是，则返回步骤3。
表1、温度定标数据表
本发明系统中，OTDR的光发送单元采用不带制冷的同轴封装FP腔激光器，降低发射端制作成本、功耗及占用空间面积，同时采用衰耗系数温度补偿模块对该类激光器获得的OTDR曲线在不同温度下的衰耗系数进行补偿，解决这类激光器存在的光谱较宽及波长随温度变化的问题；同时，OTDR的光接收单元采用不带制冷的同轴封装APD，降低接收端制作成本、功耗及占用空间面积，同时采用偏置电压温度补偿模块对APD的偏置电压进行温度补偿，解决这类APD器件存在的温度漂移问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种适用于OTDR的低成本收发系统的实现方法，采用所述的系统实现，所述方法包括：
步骤1，构建温度定标数据表。具体包括：设置温度循环箱温度及APD起始偏置电压；向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令；读取OTDR扫描曲线；计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度；在遍历全部温度定标点后，生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表。
步骤2，APD偏置电压温度补偿。根据温度定标数据表及OTDR的当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正。
步骤3，衰耗系数温度补偿。根据温度定标数据表及OTDR的当前温度计算衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正。
步骤4，发送校正后的OTDR曲线至数字信号处理单元。
本发明方法首先确定温度定标数据表，然后依据温度定标数据表和OTDR的当前温度数据（即OTDR上报温度）对APD偏置电压进行温度补偿，在接收到OTDR曲线后，再依据温度定标数据表和OTDR的当前温度数据（即OTDR上报温度）对接收到的OTDR曲线的衰耗系数进行温度补偿，从而克服采用低成本光器件所带来的温度漂移问题，保证OTDR的检测精度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。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方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
Claims (10)
1.一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，包括控制单元、光发送单元、光耦合单元、光接收单元和温度探测单元，所述控制单元分别与光发送单元、光接收单元和温度探测单元相连，所述光发送单元、光耦合单元和光接收单元依次相连；
所述控制单元内置有：偏置电压温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及温度探测单元探测到的当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正；衰耗系数温度补偿模块，用于根据温度定标数据表及温度探测单元探测到的当前温度数据计算衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正。
2.根据权利要求1所述一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，所述系统还包括温度定标单元，用于构建温度定标数据表，所述温度定标数据表用于为偏置电压温度补偿模块及衰耗系数温度补偿模块提供温度定标数据查询。
3.根据权利要求2所述一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，所述偏置电压温度补偿模块进一步包括：
获取当前OTDR上报温度；
基于当前OTDR上报温度在温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，获取当前OTDR上报温度所处的温度点区间；
获取所述温度点区间的上下限温度值分别对应的偏置电压定标值；
依据当前OTDR上报温度、温度点区间的上下限温度值及对应的偏置电压定标值，计算当前温度下的偏置电压作为校正后的偏置电压。
4.根据权利要求2所述一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，所述衰耗系数温度补偿模块进一步包括：
获取当前OTDR上报温度；
基于当前OTDR上报温度在温度定标数据表中的“OTDR上报温度”列进行查找，获取当前OTDR上报温度所处的温度点区间；
获取所述温度点区间的上下限温度值分别对应的衰耗系数；
依据当前OTDR上报温度、温度点区间的上下限温度值及对应的衰耗系数，以及定标用光纤的真实衰耗系数，计算衰耗系数校正因子；
基于所述衰耗系数校正因子及光接收单元接收的原始OTDR曲线，计算得到校正后的OTDR曲线。
5.根据权利要求2所述一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，所述温度定标单元包括定标上位机和放置于温度循环箱内的OTDR；所述定标上位机包括控制组件和数据处理组件；
所述控制组件，用于设置温度循环箱温度及APD起始偏置电压，以及向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令并读取OTDR扫描曲线；
所述数据处理组件，用于计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度，并在遍历全部温度定标点后，生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表。
6.根据权利要求5所述一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，所述数据处理组件，还用于在动态范围没有达到预期时，增大偏置电压，并在增大后的偏置电压小于APD击穿电压时，触发控制组件向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令。
7.根据权利要求5所述一种适用于OTDR的低成本收发系统，其特征在于，所述数据处理组件进一步包括：在动态范围达到预期时，记录当前温度下的偏置电压；然后基于采集到的OTDR曲线得到定标用光纤的衰耗系数。
8.一种适用于OTDR的低成本收发系统的实现方法，采用权利要求1-7中任一项所述的系统实现，其特征在于，所述方法包括：
获取温度定标数据表；
根据温度定标数据表及OTDR的当前温度数据对光接收单元的APD偏置电压进行校正；
根据温度定标数据表及OTDR的当前温度计算衰耗系数校正因子，并基于所述衰耗系数校正因子对光接收单元接收的原始OTDR曲线进行校正；
发送校正后的OTDR曲线。
9.根据权利要求8所述一种适用于OTDR的低成本收发系统的实现方法，其特征在于，获取温度定标数据表的步骤进一步包括：
设置温度循环箱温度及APD起始偏置电压；
向温度循环箱内的OTDR发送扫描命令；
读取OTDR扫描曲线；
计算OTDR动态范围，在动态范围达到预期时记录当前温度下的偏置电压、衰耗系数及OTDR上报温度；
在遍历全部温度定标点后，生成偏置电压及衰耗系数的温度定标数据表。
10.根据权利要求9所述一种适用于OTDR的低成本收发系统的实现方法，其特征在于，在动态范围达到预期时，记录当前温度下的偏置电压为：
其中，
为当前温度下起始偏置电压估算值，单位：V；
为上一个温度定标点偏置电压，单位：V；
为当前温度定标点的OTDR上报温度，单位：℃；
为上一个温度定标点的OTDR上报温度，单位：℃；
为APD的温度系数，单位：V/℃；
为偏置电压的保护裕量。
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| CN111307324A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-19 | 中船海洋探测技术研究院有限公司 | 一种在拉曼分布式光纤测温系统中补偿apd温漂的方法 |
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