CN2513077Y - 干涉式光纤长度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种干涉式光纤长度测量装置。现有的光纤长度测量系统主要是时域反射计(OTDR),通过光脉冲的来回反射时间反演出光纤长度,由于受计时系统的限制,当被测光纤长度较短时,系统的误差较大或不能测量。本实用新型能够克服这一技术缺陷。本实用新型是一种干涉式光纤长度测量装置,主要由激光器、全光纤干涉装置、振动器和数据处理系统组成。其中全光纤干涉装置可由三只光纤耦合器组成,激光经过耦合器分光、差频干涉后,产生稳定的干涉条纹,经探测器光电转换后,分析干涉曲线,反演出光纤长度。本实用新型光纤长度测量装置结构简捷,计算方便,测量精度高。

Description

干涉式光纤长度测量装置

技术领域

本实用新型是一种干涉式光纤长度测量装置。

背景技术

光纤长度测量是目前光纤通信技术中应用较多的技术。现有的光纤长度测量技术中应用较多的是时域反射计(OTDR)，但是，该技术存在短光纤测量误差大的缺点。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种结构简单、测量光纤长度方便、精度高的干涉式光纤长度测量装置。

本实用新型的光纤长度测量装置主要由激光器、全光纤干涉装置、振动器、数据处理几部分组成。由稳定光源发出的激光经过干涉系统传输至振动器前的反射镜，携带有振动器振动信息的光再次进入干涉系统，最后的干涉信号被光电探测器接收，最后由数据处理系统反演出被测光纤长度。

本实用新型的工作原理是：根据全光纤干涉系统的工作原理，干涉条纹数N(t)与振动速度V(t)的关系可表示为 $N\left(t\right)=\frac{2}{\mathrm{\λ}}[V\left(t\right)-V(t-\mathrm{\τ})]---\left(1\right)$ 上式中，λ为激光器的工作波长。

如果振动源产生的振动速度为角频率为ω、振幅为A的正弦速度

              V(t)＝Asin(ωt)                                (2)将(2)式代入(1)式，利用三角函数的和差化积可得 $N\left(t\right)=\frac{4\mathrm{A\ω}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\τ}\cos \left[\mathrm{\ω}(t-\mathrm{\τ}/2)\right]---\left(3\right)$ 上式中利用了关系

              ωτ＜＜1                                      (4)

根据(3)式，在cos[ω(t-τ/2)]＝±1时，得到最大干涉条纹数N_max $N_{\max }=\frac{4\mathrm{A\ω}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\τ}---\left(5\right)$

由上式可以看出，最大干涉条纹数与延时τ成正比，这正是我们所设计的光纤长度测量的工作原理。测量光纤产生的时间延迟为τ $\mathrm{\τ}=\frac{n_{\mathrm{eff}}L}{C}---\left(6\right)$ C为真空中的光速，L为被测光纤长度，n_eff为光纤的等效折射率。

如果A和ω为已知，在计算出最大干涉条纹数的前提下，利用(5)(6)式，可得到光纤的长度 $L=\frac{\mathrm{C\λ}}{4n_{\mathrm{eff}}\mathrm{\ωA}}{N}_{\max }---\left(7\right)$

如果保持振动源不变，在已知光纤长度L₀和未知待测光纤L下分别测得最大干涉条纹数N_max0和N_max，利用(7)式，可得 $L=\frac{N_{\max }}{N_{\max 0}}{L}_0---\left(8\right)$

本实用新型可以利用光纤耦合器、单模光纤、光纤准直器等光纤无源器件，以及稳定光源和光电探测器等有源器件，制成光纤干涉装置。该装置结构如下：激光器发出的稳定经过光纤耦合器I分光后由耦合器1端进入光纤耦合器II，再经过耦合器III，待测光纤置于耦合器II、III之间；经过耦合器III的光经光纤准直器后被振动器上的反射镜反射后，重新返回耦合器III，被其分光后，在3和4端注入耦合器II，从而在1、2端形成稳定的干涉条纹，在耦合器II的(2)端和耦合器I的(15)端输出干涉信号，被探测器I、II所检测。

本实用新型的振动器可以是喇叭或压电陶瓷等能够产生物理振动的设备。本实用新型的振动装置由喇叭和喇叭前粘贴的反射镜构成。

本实用新型所采用的光纤耦合器为两端输入、两端输出的2×2型光纤耦合器。

本实用新型的工作光源为半导体激光二极管(LD)或半导体发光二极管(LED)，工作波长为1.31微米或1.55微米。

本实用新型装置简单，制作方便，更主要的是该装置测量精度高，无论光纤长短，测量误差与现有时域反射计相比均大大减小。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图

图2是全光纤干涉装置。其中1-4分别是光纤耦合器II的输入、输出端口，5、6是光纤耦合器III的输入端口，7是反射镜，8是激光器，9是耦合器I，10是耦合器II，11是待测光纤，12是耦合器III，13是光纤准直器，14是振动器(喇叭)，15是光电探测器I，16是光电探测器II，17是数据处理，18是全光纤干涉系统。

图3是光纤长度为1450米时的干涉曲线和喇叭驱动电流曲线。

图4是光纤长度为2165米时的干涉曲线图。

具体实施方式

实施例

在本实施例中，所用的激光器为武汉邮电研究院生产的SOF131-B LD型稳定光源(8)，用跳线(FC/PC)连接进入光纤武汉邮电研究院生产的单模光纤耦合器(9)。光纤耦合器(9)与(10)之间、(10)与(12)之间也采用跳线连接。单模光纤延迟线(11)为美国生产的“康宁”G652型单模光纤光纤。准直器(13)为武汉邮电研究院生产的型号为FCO-155-A-C-09/FC/APC光纤准直器，与耦合器(12)之间的连接也为跳线连接。光电探测器为电子部44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。探测器(15)(16)与光纤耦合器(9)(10)采用跳线连接。喇叭为功率32瓦的低频“笛声”喇叭。反射镜为厚度为1毫米的镜面。

利用上面所列的器件，构造了图1所示的光纤长度测量装置。测得光纤长度为1450米时的干涉信号如图3所示，喇叭的驱动电压为2.0伏，频率为100赫兹。

在保持喇叭驱动电流不变的情况下，改变光纤的长度，得到的干涉信号如图4所示。利用(8)式，可计算出光纤长度为2160.5米。被测光纤的实际测量长度为2159.7米，误差仅为万分之四。

Claims (4)

1.一种干涉式光纤长度测量装置，由激光器、全光纤干涉装置、振动器、数据处理几部分组成，其特征是全光纤干涉装置将激光器(8)发出的光经耦合器I(9)由(1)进入耦合器II(10)，再进入耦合器III(12)，经过光纤准直器(13)后，被振动器(14)上的反射镜(7)反射，反射光依次经过耦合器III、耦合器II和耦合器I，在耦合器II的(2)端和耦合器I的(15)端输出干涉信号，该干涉信号经过检测器I(15)、II(16)光电转换后，得到系统的干涉信号曲线，被测光纤(11)位于光纤耦合器II和III的(3)、(5)端之间。

2.根据权利要求1所述的干涉式光纤长度测量装置，其特征是振动器是喇叭。

3.根据权利要求1所述的干涉式光纤长度测量装置，其特征是光纤耦合器是2×2光纤耦合器。

4.根据权利要求1所述的干涉式光纤长度测量装置，其特征是所用的激光器工作波长是1.31μm或1.55μm的半导体激光二极管或半导体发光二极管激光器。

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