RU2759785C1 - Optical correlation reflectometer - Google Patents

Optical correlation reflectometer Download PDF

Info

Publication number
RU2759785C1
RU2759785C1 RU2021106103A RU2021106103A RU2759785C1 RU 2759785 C1 RU2759785 C1 RU 2759785C1 RU 2021106103 A RU2021106103 A RU 2021106103A RU 2021106103 A RU2021106103 A RU 2021106103A RU 2759785 C1 RU2759785 C1 RU 2759785C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
optical
sequence
pulses
Prior art date
Application number
RU2021106103A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Борисович Архангельский
Сергей Фёдорович Глаголев
Валентин Александрович Хричков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Оптические технологии" (ООО "Оптические технологии")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Оптические технологии" (ООО "Оптические технологии") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Оптические технологии" (ООО "Оптические технологии")
Priority to RU2021106103A priority Critical patent/RU2759785C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759785C1 publication Critical patent/RU2759785C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: optical measurements.
SUBSTANCE: invention relates to the field of optical measurements, in particular to optical-electronic devices for measuring and monitoring the parameters of optical fibers. The claimed optical correlation reflectometer contains a clock generator, a source of optical radiation, optically connected through a directional coupler with the input end of the optical fiber under study and with the first input of the photodetector, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, a correlator, output connected to the input of the indicator. In addition, a generator of continuous M-sequence of pulses, a frequency divider, a ring memory register, a switch and a one-shot are introduced, while the output of the clock generator is connected to the inputs of the generator of a continuous M-sequence of pulses, a frequency divider, a control input of the ring memory register, the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output is with the second input of the correlator, the output of the frequency divider is connected to the input of the one-shot, the output of which is connected to the first input of the switch and the second input of the photodetector, the second input of the switch is connected to the output of the generator of continuous M-sequence of pulses and the first input of the correlator, and the output of the switch is connected to the input of the optical radiation source.
EFFECT: reduction of the volume and time of correlator computations and, consequently, the time of registration of the reflectogram.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области оптических измерений, в частности, к оптико-электронным устройствам для измерения и контроля параметров волоконных световодов (оптическим рефлектометрам).The proposed invention relates to the field of optical measurements, in particular, to optoelectronic devices for measuring and monitoring the parameters of optical fibers (optical reflectometers).

В настоящее время при измерении параметров оптического тракта наиболее распространенными являются методы импульсной рефлектометрии (OTDR), в которых с помощью импульсного генератора формируют зондирующий оптический сигнал, который через оптический направленный ответвитель вводят в исследуемое волокно. Сигнал обратного рассеяния и отражения от неоднородностей волокна, поступает на фотоприемник рефлектометра. Временной анализ отраженного сигнала обеспечивает фиксацию изменений зондирующего сигнала вдоль волоконного световода (регистрацию рефлектограммы) и последующее определение его параметров (см. 1. А.Г. Свинцов, Н.А. Слуцкий «Системы мониторинга волоконно-оптических сетей связи», Вестник связи, №12, 2000 г.). Для улучшения отношения сигнал/шум используется накопление отраженных импульсов, однако ограничение числа накоплений при заданном времени измерений ограничивает возможности снижения шумов.At present, when measuring the parameters of the optical path, the most common methods are pulse reflectometry (OTDR), in which a probing optical signal is formed using a pulse generator, which is introduced into the fiber under study through an optical directional coupler. The signal of backscattering and reflection from fiber inhomogeneities is fed to the reflectometer's photodetector. Time analysis of the reflected signal provides fixation of changes in the probing signal along the optical fiber (registration of the reflectogram) and subsequent determination of its parameters (see 1. A.G. Svintsov, N.A. Slutskiy "Monitoring systems for fiber-optic communication networks", Bulletin of Communications, No. 12, 2000). To improve the signal-to-noise ratio, the accumulation of reflected pulses is used, however, limiting the number of accumulations for a given measurement time limits the possibilities of noise reduction.

Эти ограничения в значительной степени удается преодолеть в методах корреляционной рефлектометрии, основной идеей которых является посылка зондирующих импульсов не дожидаясь прихода отраженного сигнала от дальнего конца тракта, либо посылка длинной пачки импульсов, что позволяет обеспечить улучшение пространственного разрешения и снижение шумов. При этом накопление отраженного сигнала происходит значительно быстрее, и при использовании зондирующего сигнала с автокорреляционной функцией, имеющей узкий пик, путем корреляционной обработки удается получить высокое разрешение рефлектометра при большом динамическом диапазоне (см. 2. Вторая Всероссийская конференция «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений СТЛКС-2003», С. Петербург, 2003 г., стр. 65).These limitations can be largely overcome in the methods of correlation reflectometry, the main idea of which is to send probe pulses without waiting for the arrival of the reflected signal from the far end of the path, or to send a long burst of pulses, which makes it possible to improve the spatial resolution and reduce noise. At the same time, the accumulation of the reflected signal occurs much faster, and when using a probing signal with an autocorrelation function having a narrow peak, by means of correlation processing it is possible to obtain a high resolution of the reflectometer with a large dynamic range (see 2. Second All-Russian Conference "Modern technologies of design, construction and operation line-cable structures STLKS-2003 ", St. Petersburg, 2003, p. 65).

Известны оптические рефлектометры использующие метод корреляционной рефлектометрии, обладающие улучшенным отношением сигнал/шум, (см. 3-6 патенты-аналоги: США №5000568, М. кл. G01N 21/88, опубл. 19.031991 г.; Европейский патент ЕР №0269448, М. кл. G01M 11/00, опубл. 01.06.1988 г., патент СССР №1811599, М. кл. G01M 11/02, опубл. 23.04.1993 г., а также патент на полезную модель RU №37209 М. кл. G01M 11/02 опубл. 10.04.2004 г.).Known optical reflectometers using the method of correlation reflectometry, having an improved signal-to-noise ratio, (see 3-6 patents-analogues: US No. 5000568, M. CL G01N 21/88, publ. 19.031991; European patent EP No. 0269448, M. class G01M 11/00, publ. 01.06.1988, USSR patent No. 1811599, M. class G01M 11/02, publ. 23.04.1993, as well as utility model patent RU No. 37209 M. class G01M 11/02 publ. 10.04.2004).

В указанных выше патентах в качестве зондирующих импульсных последовательностей используются дополняющие (комплиментарные) кодовые последовательности Голея (см. 7-8. Healey Р. « Optical orthogonal pulse compression codes by hopping», Electron Lett. v. 17, 1981, p. 970-971; Sischka F., Newton S.A., Nazarathy M. « Complementary correlation optical time-domain reflectometry», Hewlett-Packard Journal, 1988, p. 14-21). При этом для измерения распределения затухания и мест неоднородностей в волоконных световодах в указанных выше патентах параллельно формируют две биполярные дополняющие кодовые импульсные последовательности, используя генератор дополняющих кодов, из биполярных дополняющих кодовых электрических сигналов формируют комбинационный кодовый электрический сигнал, который с помощью преобразователя кодов преобразуют в два униполярных кодовых электрических сигнала, осуществляют модуляцию этими сигналами излучения лазера, и модулированное излучение лазера вводят через направленный ответвитель в волоконный световод, осуществляя его последовательное зондирование. Затем производят прием и усиление сигналов обратного рассеяния, либо отраженных сигналов с помощью фотоприемника и усилителя, их аналого-цифровое преобразование с помощью АЦП, а затем - цифровую обработку путем вычитания и корреляции, используя вычитающее устройство и коррелятор. Результаты зондирования после указанных преобразований и обработки отражаются на дисплее.In the above patents, complementary (complementary) Golay code sequences are used as probing pulse sequences (see 7-8. Healey R. "Optical orthogonal pulse compression codes by hopping", Electron Lett. V. 17, 1981, p. 970- 971; Sischka F., Newton SA, Nazarathy M. "Complementary correlation optical time-domain reflectometry", Hewlett-Packard Journal, 1988, pp. 14-21). At the same time, to measure the distribution of attenuation and the locations of inhomogeneities in the optical fibers in the above patents, two bipolar complementary code pulse sequences are formed in parallel using a complementary code generator, a combinational code electrical signal is formed from the bipolar complementary code electrical signals, which is converted into two unipolar code electrical signals are modulated by these signals of laser radiation, and the modulated laser radiation is introduced through a directional coupler into the optical fiber, carrying out its sequential probing. Then, backscattered signals or reflected signals are received and amplified using a photodetector and an amplifier, their analog-to-digital conversion using an ADC, and then digital processing by subtraction and correlation using a subtractor and a correlator. The sounding results after the specified transformations and processing are reflected on the display.

Однако при реализации этого метода возникает ряд проблем.However, when implementing this method, a number of problems arise.

Для уменьшения отношения сигнал/шум и сокращения времени измерения необходимо увеличивать длину пачки импульсов, но необходимость начинать прием отраженного сигнала только после окончания зондирующей последовательности (для снижения перегрузки мощным сигналом чувствительных фотоприемника и усилителя фототока) исключает возможность приема полной пачки импульсов отраженного сигнала (в частности, импульсов, отраженных от участка волокна, близкого к его входному концу). В результате, при корреляционной обработке сигнала, отраженного от начального участка волокна, возникает «мертвая зона», в которой отражения от участка волокна не регистрируются.To reduce the signal-to-noise ratio and shorten the measurement time, it is necessary to increase the length of the burst of pulses, but the need to start receiving the reflected signal only after the end of the probing sequence (to reduce the overload by a powerful signal of the sensitive photodetector and the photocurrent amplifier) excludes the possibility of receiving a full burst of reflected signal pulses (in particular , pulses reflected from the fiber section close to its input end). As a result, during the correlation processing of the signal reflected from the initial section of the fiber, a "dead zone" appears, in which reflections from the section of the fiber are not recorded.

Для уменьшения этой погрешности можно применять не две биполярные дополняющие кодовые импульсные последовательности, а набор, состоящий из 2, 4, 8,... пар дополняющих последовательностей, при этом каждое удвоение числа пар дополняющих последовательностей вдвое сокращает мертвую зону. Однако при использовании набора дополняющих последовательностей пропорционально увеличивается объем вычислений коррелятора, так как необходимо вычислять корреляционную функцию от каждой последовательности, что значительно увеличивает время обработки зарегистрированного сигнала обратного рассеивания.To reduce this error, it is possible to use not two bipolar complementary code pulse sequences, but a set consisting of 2, 4, 8, ... pairs of complementary sequences, with each doubling of the number of pairs of complementary sequences halving the dead zone. However, when using a set of complementary sequences, the amount of correlator computations proportionally increases, since it is necessary to calculate the correlation function from each sequence, which significantly increases the processing time of the registered backscatter signal.

За прототип выбрано устройство по патенту РФ на полезную модель №37209.A device according to the RF patent for a useful model No. 37209 was chosen for the prototype.

Проблемой, которую необходимо решить, является наличие «мертвой зоны» при корреляционной обработке сигнала, отраженного от начального участка волоконного световода, в которой не регистрируется отраженный от этого участка сигнал, а увеличение пар биполярных дополняющих импульсных последовательностей для сокращения «мертвой зоны» значительно увеличивает объем вычислений и время обработки зарегистрированного сигнала обратного рассеяния.The problem that needs to be solved is the presence of a "dead zone" in the correlation processing of the signal reflected from the initial section of the fiber, in which the signal reflected from this section is not recorded, and an increase in pairs of bipolar complementary pulse sequences to reduce the "dead zone" significantly increases the volume calculations and processing time of the registered backscatter signal.

Техническим результатом изобретения является уменьшение объема и времени вычислений коррелятора, и, следовательно, времени регистрации рефлектограммы.The technical result of the invention is to reduce the volume and time of calculating the correlator, and, consequently, the time of registration of the reflectogram.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в оптическом корреляционном рефлектометре, содержащем тактовый генератор, источник оптического излучения, оптически связанный через направленный ответвитель с входным концом исследуемого оптического волоконного световода и с первым входом фотоприемника, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, коррелятор, выходом подключенный ко входу индикатора, согласно изобретению введены генератор непрерывной М-последовательности импульсов, делитель частоты, кольцевой регистр памяти, коммутатор и одновибратор, при этом выход тактового генератора соединен со входами генератора непрерывной М-последовательности импульсов, делителя частоты, управляющим входом кольцевого регистра памяти, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - со вторым входом коррелятора, выход делителя частоты подключен ко входу одновибратора, выход которого соединен с первым входом коммутатора и вторым входом фотоприемника, второй вход коммутатора соединен с выходом генератора непрерывной М-последовательности импульсов и первым входом коррелятора, а выход коммутатора подключен ко входу источника оптического излучения.Achievement of the specified technical result is provided in an optical correlation reflectometer containing a clock generator, an optical radiation source optically connected through a directional coupler to the input end of the optical fiber under study and to the first input of the photodetector, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, a correlator, output connected to the input of the indicator, according to the invention, a generator of a continuous M-sequence of pulses, a frequency divider, a ring memory register, a switch and a one-shot are introduced, while the output of the clock generator is connected to the inputs of the generator of a continuous M-sequence of pulses, a frequency divider, a control input of the ring memory register, an input which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output to the second input of the correlator, the output of the frequency divider is connected to the input of the one-shot, the output of which is connected to the first input of the switch and the second input photodetector, the second input of the switch is connected to the output of the generator of continuous M-sequence of pulses and the first input of the correlator, and the output of the switch is connected to the input of the optical radiation source.

При этом формирование пачек непрерывной М-последовательности импульсов, представляющей собой полный набор фрагментов произвольной длины М-последовательности с изменяющейся начальной фазой, осуществляется с помощью введенных генератора непрерывной М-последовательности импульсов, делителя частоты, одновибратора и коммутатора. Одновибратор по импульсу делителя частоты формирует интервал заданной длительности, а коммутатор вырезает из непрерывной М-последовательности импульсов с выхода генератора непрерывной М-последовательности импульсов пачку импульсов с заданной длительностью. Период повторения этих импульсов на единицу больше чем период повторения М-последовательности на выходе генератора М-последовательности импульсов, поэтому фронт импульсов делителя частоты сдвигается относительно импульсов М-последовательности на один импульс за период М-последовательности. Так как фронт импульсов делителя частоты сдвигается, то начальная фаза каждого следующего фрагмента изменяется на единицу. При этом сигнал обратного рассеяния накапливается в одном кольцевом регистре памяти и один раз вычисляется в корреляторе корреляционная функция накопленного сигнала, что значительно уменьшает объем вычислений и время обработки сигнала обратного рассеяния.In this case, the formation of packets of a continuous M-sequence of pulses, which is a complete set of fragments of an arbitrary length of the M-sequence with a changing initial phase, is carried out using the introduced continuous M-sequence of pulses generator, a frequency divider, a one-shot and a switch. The one-vibrator on the pulse of the frequency divider forms an interval of a given duration, and the switch cuts out from the continuous M-sequence of pulses from the output of the generator of the continuous M-sequence of pulses a burst of pulses with a given duration. The repetition period of these pulses is one more than the repetition period of the M-sequence at the output of the generator of the M-sequence of pulses, therefore the front of the pulses of the frequency divider is shifted relative to the pulses of the M-sequence by one pulse per period of the M-sequence. Since the front of the pulses of the frequency divider is shifted, the initial phase of each next fragment changes by one. In this case, the backscatter signal is accumulated in one ring memory register and the correlation function of the accumulated signal is calculated once in the correlator, which significantly reduces the amount of computations and the processing time of the backscatter signal.

Структурная схема предлагаемого оптического корреляционного рефлектометра приведена на фиг. 1, в соответствии с которым он содержит тактовый генератор 1, источник 2 оптического излучения, оптически связанный через направленный ответвитель 3 с входным концом исследуемого оптического волоконного световода 4 и со входом фотоприемника 5, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, коррелятор 7, выходом подключенный ко входу индикатора 8, генератор 9 непрерывной М-последовательности импульсов, делитель 10 частоты, кольцевой регистр 11 памяти, коммутатор 12 и одновибратор 13, при этом вход генератора 9 непрерывной М-последовательности импульсов соединен с выходом тактового генератора 1, входом делителя 10 частоты, управляющим входом кольцевого регистра 11 памяти, а выход генератора 9 непрерывной М-последовательности импульсов соединен со вторым входом коммутатора 12 и первым входом коррелятора 7, выход делителя 10 частоты подключен ко входу одновибратора 13, выход которого соединен с первым входом коммутатора 12 и вторым входом фотоприемника 5, а выход коммутатора 12 подключен ко входу источник 2 оптического излучения.The block diagram of the proposed optical correlation reflectometer is shown in Fig. 1, in accordance with which it contains a clock generator 1, a source 2 of optical radiation, optically coupled through a directional coupler 3 with the input end of the optical fiber 4 under study and with the input of the photodetector 5, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter (ADC) 6 , correlator 7, output connected to the input of indicator 8, generator 9 of continuous M-sequence of pulses, frequency divider 10, ring register 11 of memory, switch 12 and one-shot 13, while the input of generator 9 of continuous M-sequence of pulses is connected to the output of clock generator 1 , the input of the frequency divider 10, which controls the input of the ring memory register 11, and the output of the generator 9 of the continuous M-sequence of pulses is connected to the second input of the switch 12 and the first input of the correlator 7, the output of the frequency divider 10 is connected to the input of the one-shot 13, the output of which is connected to the first input switch 12 and the second input of the photodetector 5, and you the stroke of the switch 12 is connected to the input of the optical radiation source 2.

На фиг. 2, прилагаемой к Приложению, показано формирование фрагментов М-последовательности и изменяющимися начальными фазами.FIG. 2, attached to the Appendix, shows the formation of fragments of the M-sequence and changing initial phases.

Предлагаемый оптический корреляционный рефлектометр работает следующим образом. Тактовый генератор 1 вырабатывает импульсы, следующие с периодом (τ, равным заданной длительности зондирующих импульсов. Генератор 9 непрерывной М-последовательности импульсов формирует непрерывную последовательность псевдослучайных импульсов длительностью (τ) с периодом повторения (T=2γ-1), превышающем время прохождения света по исследуемому волоконному световоду 4 до его конца и обратно. Делитель 10 частоты делит частоту тактового генератора 1 на (2γ+1),следовательно, вырабатывает импульсы, следующие с периодом (Т=2γ). Одновибратор 13 по импульсу делителя 10 частоты формирует интервал заданной длительности, а коммутатор 12 вырезает из непрерывной М-последовательности пачку импульсов с заданной длительностью. Так как период повторения М-последовательности (T=2γ-1) и период повторения импульсов делителя 10 частоты (T=2γ) отличаются на длительность одного импульса М-последовательности (τ), то каждая следующая пачка импульсов, вырезанная из М-последовательности, будет сдвинута относительно предыдущей на один импульс. Источник 2 излучения преобразует пачки импульсов в оптические зондирующие сигналы. Эти сигналы через направленный ответвитель 3 вводятся в исследуемый оптический волоконный световод 4, а сигнал обратного рассеяния и отражения от неоднородностей волокна, через этот же направленный ответвитель 3 поступают на фотоприемник 5, который преобразует рассеянное и отраженное излучение в электрический сигнал и при необходимости усиливает его. Этот сигнал преобразуется аналогово-цифровым преобразователем 6 в цифровой сигнал и поступает на кольцевой регистр 11 памяти, который управляется тактовым генератором 1 и состоит из (Т=2γ-1) ячеек памяти соединенных в кольцо. После окончания первого зондирующего сигнала (первой пачки) мгновенные значения оцифрованного сигнала обратного рассеяния заносятся в ячейки кольцевого регистра 11 памяти последовательно, начиная с 1-го номера. После окончания второго зондирующего сигнала (второй пачки) мгновенные значения оцифрованного сигнала обратного рассеяния заносится в ячейки кольцевого регистра 11 памяти последовательно, начиная со 2-го номера, где суммируются с ранее занесенными значениями. После окончания третьего зондирующего сигнала (третьей пачки) мгновенные значения оцифрованного сигнала обратного рассеяния заносятся в ячейки кольцевого регистра 11 памяти последовательно, начиная с 3-го номера, где суммируются с ранее занесенными значениями и так далее. Процесс накопления сигнала обратного рассеяния в кольцевом регистре 11 заканчивается после перебора всех зондирующих сигналов с разными изменяющимися начальными фазами. При необходимости процесс занесения может повториться целое число (L) раз. В результате занесенные в кольцевой регистр 11 памяти значения аналогичны значениям, занесенным при непрерывном зондирующем сигнале в виде непрерывной М-последовательности при накоплении [N=L(2γ-1)] раз (Приложение 1). Для получения рефлектограммы исследуемого волоконного световода 4 коррелятору 7 достаточно вычислить взаимную корреляционную функцию накопленного в кольцевом регистре 11 сигнала обратного рассеяния и полного периода М-последовательности генератора 9, которая является его опорным сигналом. Выходной сигнал коррелятора 7 отображается на индикаторе 8.The proposed optical correlation reflectometer operates as follows. The clock generator 1 generates pulses following with a period (τ equal to the specified duration of the probing pulses. The generator 9 of a continuous M-sequence of pulses generates a continuous sequence of pseudo-random pulses with a duration (τ) with a repetition period (T = 2 γ -1) exceeding the transit time of light through the investigated fiber 4 to its end and back. The frequency divider 10 divides the frequency of the clock generator 1 by (2 γ + 1 ), therefore, generates pulses that follow with a period (T = 2 γ ). interval of a given duration, and the switch 12 cuts out a burst of pulses with a given duration from the continuous M-sequence, since the repetition period of the M-sequence (T = 2 γ -1) and the repetition period of the pulses of the frequency divider 10 (T = 2 γ ) differ by the duration one pulse of the M-sequence (τ), then each next burst of pulses cut from the M-sequence will be shifted relative to the previous one by one impulse. The radiation source 2 converts the bursts of pulses into optical sounding signals. These signals are introduced through a directional coupler 3 into the optical fiber 4 under study, and the signal of backscattering and reflection from fiber inhomogeneities, through the same directional coupler 3, are fed to a photodetector 5, which converts the scattered and reflected radiation into an electrical signal and, if necessary, amplifies it. This signal is converted by an analog-to-digital converter 6 into a digital signal and fed to the ring memory register 11, which is controlled by the clock generator 1 and consists of (T = 2 γ -1) memory cells connected in a ring. After the end of the first probing signal (first burst), the instantaneous values of the digitized backscatter signal are entered into the cells of the ring memory register 11 sequentially, starting from the 1st number. After the end of the second probing signal (second burst), the instantaneous values of the digitized backscatter signal are entered into the cells of the ring memory register 11 sequentially, starting from the 2nd number, where they are added to the previously entered values. After the end of the third probing signal (third burst), the instantaneous values of the digitized backscatter signal are entered into the cells of the ring memory register 11 sequentially, starting from the 3rd number, where they are added to the previously entered values, and so on. The process of accumulating the backscattered signal in the ring register 11 ends after going through all the probing signals with different changing initial phases. If necessary, the process of entering can be repeated an integer number (L) times. As a result, the values entered into the memory ring register 11 are similar to the values entered with a continuous probing signal in the form of a continuous M-sequence during the accumulation of [N = L (2 γ -1)] times (Appendix 1). To obtain a reflectogram of the investigated optical fiber 4, the correlator 7 only needs to calculate the mutual correlation function of the backscatter signal accumulated in the ring register 11 and the total period of the M-sequence of the generator 9, which is its reference signal. The output signal of the correlator 7 is displayed on indicator 8.

При реализации корреляционного рефлектометра источниками излучения служат полупроводниковые лазеры (Shengshi Optical LD650P20 и Laserscom LDS-1550-DFB-2.5G-15/50-U-2-SMT-N-P-0.5), направленные ответвители изготовлены фирмой Shengshi Optical, в качестве фотоприемника использовался лавинный фотодиод (Shengshi Optical SAP-WS905AD2), а аналогово-цифровым преобразователем выбран (Analog Devices AD9266). Остальные элементы рефлектометра могут быть выполнены программно на персональном компьютере.When implementing the correlation reflectometer, semiconductor lasers (Shengshi Optical LD650P20 and Laserscom LDS-1550-DFB-2.5G-15/50-U-2-SMT-NP-0.5) serve as radiation sources, directional couplers were manufactured by Shengshi Optical; avalanche photodiode (Shengshi Optical SAP-WS905AD2), and an analog-to-digital converter (Analog Devices AD9266) is selected. The rest of the OTDR elements can be performed programmatically on a personal computer.

ПриложениеApplication

Выражение для апериодической М-последовательностиExpression for aperiodic M-sequence

Figure 00000001
Figure 00000001

где M=(2γ-1) - число символов в М-последовательности, γ - любое целое число.where M = (2 γ -1) is the number of symbols in the M-sequence, γ is any integer.

Фрагмент, вырезанный из этой М-последовательностиA fragment cut from this M-sequence

Figure 00000002
Figure 00000002

где K - число символов в фрагменте М-последовательности, (m-1) - фазовый сдвиг m-ного фрагмента относительно первого зондирующего сигнала. Такая запись выражения для фрагмента означает, что после последнего символа М-последовательности следует ее первый символ.where K is the number of symbols in a fragment of the M-sequence, (m-1) is the phase shift of the mth fragment relative to the first sounding signal. Such a notation of an expression for a fragment means that after the last character of the M-sequence, its first character follows.

Полный зондирующий сигнал представляет собой полный набор фрагментов М-последовательности одинаковой длины, с последовательно изменяющейся начальной фазой от m=1 до m=М.The complete probe signal is a complete set of fragments of the M-sequence of the same length, with a sequentially changing initial phase from m = 1 to m = M.

Figure 00000003
Figure 00000003

Истинная рефлектограмма волоконно-оптического тракта по своей форме близка экспоненте и может быть представлена в дискретной форме в виде последовательности значений коэффициентов х(r) обратного рассеяния r-ных элементов тракта, которые учитывают затухание оптического излучения и отражения от неоднородностей при распространение света до этих элементов оптического тракта и обратно.The true reflectogram of a fiber-optic path is close to an exponential in its shape and can be represented in discrete form as a sequence of values of the coefficients x (r) of the backscattering of the r-th elements of the path, which take into account the attenuation of optical radiation and reflection from inhomogeneities during the propagation of light to these elements optical path and back.

Figure 00000004
Figure 00000004

где R - число элементов последовательности, которая зависит от тактового интервала τ зондирующего сигнала, коэффициента преломления сердцевины оптического волокна n, скорости света с и длины L оптического трактаwhere R is the number of elements of the sequence, which depends on the clock interval τ of the probe signal, the refractive index of the core of the optical fiber n, the speed of light c and the length L of the optical path

Figure 00000005
Figure 00000005

Сигнал обратного рассеяния для любого фрагмента М-последовательностиBackscatter signal for any fragment of the M-sequence

Figure 00000006
Figure 00000006

Это выражение позволяет представить сигнал обратного рассеяния в виде последовательно, появляющихся с интервалом τ, мгновенных значений ym(j) сигнала обратного рассеяния.This expression makes it possible to represent the backscatter signal in the form of sequentially appearing with an interval τ, instantaneous values y m (j) of the backscatter signal.

Источник излучения 2 преобразует пачки импульсов в оптические зондирующие сигналы, поэтому для исключения перегрузки фотоприемника 6 он во время излучения блокируется. Далее мгновенные значения сигнала обратного рассеяния оцифровываются и записываются в ячейки кольцевого регистра памяти 11, с последовательно нарастающими номерами, начиная с=(1+K). Кольцевой регистр 11 насчитывает М ячеек памяти, включенных в кольцо, то есть при нарастании номеров после записи в ячейку… (М-1), M следует запись в ячейку 1, 2,….The radiation source 2 converts the bursts of pulses into optical probing signals, therefore, to avoid overloading the photodetector 6, it is blocked during radiation. Further, the instantaneous values of the backscatter signal are digitized and written into the cells of the ring memory register 11, with sequentially increasing numbers, starting with = (1 + K). The ring register 11 has M memory cells included in the ring, that is, when numbers increase after writing to a cell ... (M-1), M, an entry into cell 1, 2, ... follows.

Figure 00000007
Figure 00000007

После преобразованияAfter conversion

Figure 00000008
Figure 00000008

В каждой ячейке содержится сумма сигналов от K точек. Например, в ячейке с номером i содержится информация о точках с номерами от i до (i-K).Each cell contains the sum of signals from K points. For example, cell i contains information about points numbered from i to (i-K).

После записи мгновенных значений сигнала обратного рассеяния от очередного фрагмента записывается мгновенные значения от следующего фрагмента, при этом новые значения суммируются с записанными.After recording the instantaneous values of the backscatter signal from the next fragment, the instantaneous values from the next fragment are recorded, while the new values are summed up with the recorded ones.

Зарегистрированный сигнал обратного рассеяния от полного набора фрагментов М-последовательностиRecorded backscattered signal from the complete set of fragments of the M-sequence

Figure 00000009
Figure 00000009

Опорным сигналом коррелятора является М-последовательность с изменяющейся начальной фазой от i=1 до i=M.The reference signal of the correlator is an M-sequence with a varying initial phase from i = 1 to i = M.

Figure 00000010
Figure 00000010

Взаимная корреляционная функция зарегистрированного сигнала обратного рассеяния и опорного сигналаCross-correlation function of the recorded backscatter signal and the reference signal

Figure 00000011
Figure 00000011

Первый и третий члены выражения при любом к представляют собой М-последовательности. Если выполняется неравенствоThe first and third terms of the expression for any k are M-sequences. If the inequality

Figure 00000012
Figure 00000012

то произведение этих М-последовательностей равно нулю. Если равенство выполняется, имеемthen the product of these M-sequences is equal to zero. If the equality holds, we have

Figure 00000013
Figure 00000013

илиor

Figure 00000014
Figure 00000014

Эта функция повторяет истинную рефлектограмму, сдвинутую на (K).This function repeats the true trace, shifted by (K).

Claims (1)

Оптический корреляционный рефлектометр, содержащий тактовый генератор, источник оптического излучения, оптически связанный через направленный ответвитель с входным концом исследуемого оптического волоконного световода и с первым входом фотоприемника, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, коррелятор, выходом подключенный ко входу индикатора, отличающийся тем, что введены генератор непрерывной М-последовательности импульсов, делитель частоты, кольцевой регистр памяти, коммутатор и одновибратор, при этом выход тактового генератора соединен со входами генератора непрерывной М-последовательности импульсов, делителя частоты, управляющим входом кольцевого регистра памяти, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - со вторым входом коррелятора, выход делителя частоты подключен ко входу одновибратора, выход которого соединен с первым входом коммутатора и вторым входом фотоприемника, второй вход коммутатора соединен с выходом генератора непрерывной М-последовательности импульсов и первым входом коррелятора, а выход коммутатора подключен ко входу источника оптического излучения.An optical correlation reflectometer containing a clock generator, a source of optical radiation, optically coupled through a directional coupler with the input end of the optical fiber under study and with the first input of the photodetector, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, a correlator, output connected to the input of the indicator, characterized in that that a generator of continuous M-sequence of pulses, a frequency divider, a ring memory register, a switch and a one-shot are introduced, while the output of the clock generator is connected to the inputs of the generator of a continuous M-sequence of pulses, a frequency divider, a control input of the ring memory register, the input of which is connected to the output analog-to-digital converter, and the output is connected to the second input of the correlator, the output of the frequency divider is connected to the input of the one-shot, the output of which is connected to the first input of the switch and the second input of the photodetector, the second input of the switch is connected to the output of the gene the generator of continuous M-sequence of pulses and the first input of the correlator, and the output of the switch is connected to the input of the optical radiation source.
RU2021106103A 2021-03-09 2021-03-09 Optical correlation reflectometer RU2759785C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106103A RU2759785C1 (en) 2021-03-09 2021-03-09 Optical correlation reflectometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106103A RU2759785C1 (en) 2021-03-09 2021-03-09 Optical correlation reflectometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759785C1 true RU2759785C1 (en) 2021-11-17

Family

ID=78607389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106103A RU2759785C1 (en) 2021-03-09 2021-03-09 Optical correlation reflectometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759785C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0269448A2 (en) * 1986-11-26 1988-06-01 Hewlett-Packard Company Optical time domain reflectometer
US5000568A (en) * 1986-11-26 1991-03-19 Hewlett-Packard Company Spread spectrum optical time domain reflectometer
RU37209U1 (en) * 2003-12-18 2004-04-10 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича OPTICAL CORRELATION REFLECTOMETER
RU44389U1 (en) * 2004-10-14 2005-03-10 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER
RU2487478C2 (en) * 2011-10-07 2013-07-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Optical reflectometer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0269448A2 (en) * 1986-11-26 1988-06-01 Hewlett-Packard Company Optical time domain reflectometer
US5000568A (en) * 1986-11-26 1991-03-19 Hewlett-Packard Company Spread spectrum optical time domain reflectometer
RU37209U1 (en) * 2003-12-18 2004-04-10 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича OPTICAL CORRELATION REFLECTOMETER
RU44389U1 (en) * 2004-10-14 2005-03-10 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER
RU2487478C2 (en) * 2011-10-07 2013-07-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Optical reflectometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6338153B2 (en) Mode coupling ratio distribution measuring method and mode coupling ratio distribution measuring apparatus
JP2018146371A (en) Temperature-strain sensing device and temperature-strain sensing method
CN111879436B (en) Distributed optical fiber Raman temperature demodulation device and method based on double-pulse modulation
JP7040391B2 (en) Backscattered light amplification device, optical pulse test device, backscattered light amplification method, and light pulse test method
JP2021156822A (en) Optical fiber vibration detection device and vibration detection method
Shiloh et al. Highly-sensitive distributed dynamic strain sensing via perfect periodic coherent codes
JP2017110953A (en) Inter-propagation-mode group delay difference measurement method and inter-propagation-mode group delay difference measurement system
RU2759785C1 (en) Optical correlation reflectometer
CN112880866B (en) Long-distance high-spatial-resolution Raman fiber multi-parameter sensing system and method
EP4206624A1 (en) Vibration distribution measuring device and method of same
JP5993818B2 (en) Optical line characteristic analyzing apparatus and optical line characteristic analyzing method
JP2015132562A (en) Characteristics analysis apparatus for branched light beam path, and branched light beam path characteristics analysis method
JP2769185B2 (en) Backscattered light measurement device
JP2584478B2 (en) Method for processing received signal of optical fiber backscattered light
JP6602689B2 (en) Optical line characteristic analyzer and signal processing method
CN112697303B (en) Distributed optical fiber sensing system and detection method for smart grid
RU2655046C1 (en) Optical reflectometer
JPS63145938A (en) Time area reflectometer
JP2895624B2 (en) Optical time domain reflectometer
RU2695058C1 (en) Multichannel fiber-optic device for recording vibration effects with one receiving registration module
RU2400783C1 (en) Method of identifying multimode optical fibre with high differential modal delay
JP6706192B2 (en) Propagation delay time difference measuring method between spatial channels and propagation delay time difference measuring apparatus between spatial channels
RU2325037C2 (en) Method of determining optic fibre beat length at transmission line section
RU2407167C2 (en) Method of determining length of beats of optical fibre on section of transmission line
Arkhangelsky et al. POSSIBILITIES OF USING FRAGMENTS OF M-SEQUENCES WITH A CHANGING INITIAL PHASE FOR CORRELATION OPTICAL REFLECTOMETERS