一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法及系统

摘要

本发明公开了一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法及系统，本发明公开的方法及系统采用两个激光光源与两个光电探测器，其中激光光源1输出脉冲光，最终被光电探测器1接收；激光光源2输出连续光，最终被光电探测器2接收；而光电探测器1接收的数据精确度较高，光电探测器2的数据灵敏度较高，并且只有在两个光电探测器的输出结果均显示有外界扰动时，才根据光电探测器1的数据进行光纤的识别标定，不仅保证定位精度还提高灵敏度，降低了误报率。

权利要求

1.一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法，其特征在于，该方法包括：

激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并依次经过所述环形器与光纤波分复用器WDM2后，传送至光电探测器1；

激光光源2输出的光源依次经过光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中；

当所述光电探测器1与光电探测器2的输出结果均显示有外界扰动时，根据所述光电探测器1的数据来进行光纤的识别标定：当光纤A上未发生扰动时，对应的曲线稳定；当发生扰动时，该曲线的对应位置将发生剧烈的波动，通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定：通过比较比较扰动前后的曲线，获得差分曲线；所述差分曲线的波峰峰值点τ与扰动事件发生点到光纤A前端的距离L有如下关系：τ＝2nL/c；其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述差分曲线的波峰宽度Δz与激光光源输出的光源宽度TP相关，表示为：Δz＝cTp/

2n。

3.一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定系统，其特征在于，该系统包括：激光光源1、激光光源2、声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1、光纤波分复用器WDM2、光纤耦合器1、光纤耦合器2、光纤A、光纤B、光纤C、光电探测器1与光电探测器2；

激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并依次经过所述环形器与光纤波分复用器WDM2后，传送至光电探测器1；

激光光源2输出的光源依次经过光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中；

当所述光电探测器1与光电探测器2的输出结果均显示有外界扰动时，根据所述光电探测器1的数据来进行光纤的识别标定：当光纤A上未发生扰动时，对应的曲线稳定；当发生扰动时，该曲线的对应位置将发生剧烈的波动，通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定：通过比较比较扰动前后的曲线，获得差分曲线；所述差分曲线的波峰峰值点τ与扰动事件发生点到光纤A前端的距离L有如下关系：τ＝2nL/c；其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述差分曲线的波峰宽度Δz与激光光源输出的光源宽度TP相关，表示为：Δz＝cTp/

2n。

说明书

一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤识别与标定技术领域，尤其涉及一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法及系统。

背景技术

[0002] 通信光缆在通信、能源和国防等关系国计民生的重大领域发挥着关键作用。通信光缆的维护需要对光缆进行识别和标定。

[0003] 光缆的查询和识别：现场的光缆分布往往是多根光缆呈现束状混合分布。要在混合后的光缆中准确找出所要求的光缆具有很大的难度。而通信光缆的维修时间是很宝贵的，由于通信光缆维修时间过长引起的不便和损失是很大的。及时对众多光缆进行识别，查找到需要进行维护或测试的光缆过程，即是光缆的查询和识别。

[0004] 光缆的标定：光缆的施工后的长期使用，可能导致光缆实际分布与施工记录存在一定差异。在工程实践中经常需要对光缆的长度进行标定，即通过一定的技术手段精确确定光缆从起点到测试位置处的长度。

[0005] 目前的光缆一般通过OTDR(光时域反射仪)设备和光缆自身的米标来实现。其中，OTDR设备用于测试光缆光纤中的线路情况与光纤的长度。可以通过OTDR设备观察光纤中有无断点以及明显的损耗点，并确定该芯光纤的光学长度。而所测光纤的长度一般为光缆实际长度的1.005倍。根据沿线的竣工资料可以计算出所要路由的光缆的米标。再根据该信息核对众多光缆的米标信息，就可以查找出所要求的光缆，并进行竣工资料的完善或光缆的下一步维修。现有的光缆普查方法需要配备完整的竣工资料，而这是某些早期工程或特殊环境下的光缆施工所不具备的。由于需要结合OTDR的测试结果并通过光缆自身的米标来核查所需的光缆，所以需要光缆表面的米标保留完整，不能严重磨损，但在管道施工的通信光缆中，米标磨损的情况是很常见的。在这种情况下，就会给光缆的路由造成困难，从而耽误光缆的维修时间，引起不必要的经济损失。

[0006] 目前还有基于传统OTDR进行改进的 技术(相位敏感OTDR技术)，其原理如图1所示，激光器(LS)输出的光经声光调制器(AOM)转换成脉冲光，然后用掺铒光纤放大器(EDFA)对脉冲光功率进行放大，再通过环形器与敏感光纤(circulator)连接，敏感光纤(sensing fiber)产生的后向瑞利散射光经环形器到达光电探测器(PD)进行检测；虽然，该方案的相较于传统的OTDR技术提升了精度，但是该方案低灵敏度较低，导致其误报率较高。

[0007] 因此，研发一种可以在保证定位精度的同时提高灵敏度的方案显得尤为重要。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法及系统，其保证定位精度的同时提高灵敏度，降低了误报率。

[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0010] 一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法，该方法包括：

[0011] 激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并经过依次经过所述环形器与WDM2后，传送至光电探测器1；

[0012] 激光光源2输出的光源依次经过WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中；

[0013] 当所述光电探测器1与光电探测器2的输出结果均显示有外界扰动时，根据所述光电探测器1的数据来进行光纤的识别标定。

[0014] 进一步的，所述根据所述光电探测器1的数据来进行光缆的识别标定包括：

[0015] 当光纤A上未发生扰动时，对应的曲线稳定，当发生扰动时，该曲线的对应位置将发生剧烈的波动，通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定。

[0016] 进一步的，所述通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定包括：

[0017] 通过比较比较扰动前后的曲线，获得差分曲线；

[0018] 所述差分曲线的波峰峰值点τ与扰动事件发生点到光纤A前端的距离L有如下关系：τ＝2nL/c；其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速；

[0019] 所述差分曲线的波峰宽度Δz与激光光源输出的光源宽度TP相关，表示为：Δz＝cTp/2n。

[0020] 一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定系统，该系统包括：激光光源1-2、声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1-2、光纤耦合器1-2、光纤A-C与光电探测器1-2；

[0021] 激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并经过依次经过所述环形器与WDM2后，传送至光电探测器1；

[0022] 激光光源2输出的光源依次经过WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中；

[0023] 当所述光电探测器1与光电探测器2的输出结果均显示有外界扰动时，根据所述光电探测器1的数据来进行光纤的识别标定。

[0024] 进一步的，所述根据所述光电探测器1的数据来进行光缆的识别标定包括：

[0025] 当光纤A上未发生扰动时，对应的曲线稳定，当发生扰动时，该曲线的对应位置将发生剧烈的波动，通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定。

[0026] 进一步的，所述通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定包括：

[0027] 通过比较比较扰动前后的曲线，获得差分曲线；

[0028] 所述差分曲线的波峰峰值点τ与扰动事件发生点到光纤A前端的距离L有如下关系：τ＝2nL/c；其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速；

[0029] 所述差分曲线的波峰宽度Δz与激光光源输出的光源宽度TP相关，表示为：Δz＝cTp/2n。

[0030] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本方案的采用两个激光光源与两个光电探测器，其中激光光源1输出脉冲光，最终被光电探测器1接收；激光光源2输出连续光，最终被光电探测器2接收；而光电探测器1接收的数据精确度较高，光电探测器2的数据灵敏度较高，并且只有在两个光电探测器的输出结果均显示有外界扰动时，才根据光电探测器1的数据进行光纤的识别标定，不仅保证定位精度还提高灵敏度，降低了误报率。

附图说明

[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

[0032] 图1为本发明背景技术提供的 技术的原理图；

[0033] 图2为本发明实施例一提供的一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法的示意图；

[0034] 图3为本发明实施例一提供的获得用于光纤识别标定数据的原理图；

[0035] 图4为本发明实施例一提供的发生扰动与未发生扰动时的曲线对比图；

[0036] 图5为本发明实施例一提供的高灵敏度数据的原理图；

[0037] 图6为本发明实施例一提供的激光光源输出的光脉冲示意图；

[0038] 图7为本发明实施例一提供的光电探测器1输出结果的示意图；

[0039] 图8为本发明实施例一提供的发生振动与未发生振动时光电探测器2输出结果的示意图。

具体实施方式

[0040] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

[0041] 实施例一

[0042] 图2为本发明实施例一提供的一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定方法的示意图。如图2所示，该方法可以包括：

[0043] 激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并经过依次经过所述环形器与WDM2后，传送至光电探测器1；

[0044] 激光光源2输出的光源依次经过WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中；

[0045] 当所述光电探测器1与光电探测器2的输出结果均显示有外界扰动时，根据所述光电探测器1的数据来进行光纤的识别标定。

[0046] 图2中还将相关器件分为主机部分、连续盒1与连续盒2，其之间通过光缆相连。

[0047] 具体来说，本发明实施例中方案可以分为两部分：1)激光光源1输出脉冲光，最终获得的数据精度较高可以用于光纤的识别标定；2)激光光源2输出连续光，最终获得的数据灵敏度较高，可以用于降低误报率。

[0048] 如图3所示，其获得的数据精度较高。如前所述，激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并经过依次经过所述环形器与WDM2后，传送至光电探测器1。

[0049] 本发明实施例中，采用窄线宽脉冲激光器作为激光光源，光源相干时间大于输出光脉冲宽度。在光源脉冲宽度范围内，不同散射光波的相干作用导致探测到的后向瑞利散射波形具有类似散斑的形状，通过检测外界扰动引起背向瑞利散射光波干涉光强在振动作用下的突变，可以实现扰动的探测和定位。

[0050] 具体来说，当扰动作用在光纤A上时，由于弹光效应，光纤A上相应位置的折射率将发生变化，并导致光波的相位被调制。由于干涉作用，相位的变化将导致后向散射相干光强的变化。光强变化的时刻与振动的位置相对应，从而可以得到扰动发生的位置信息。

[0051] 如图4所示，当光纤A上未发生扰动时，对应的曲线稳定，当发生扰动时，该曲线的对应位置将发生剧烈的波动，通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定：具体的：通过比较比较扰动前后的曲线，获得差分曲线；所述差分曲线的波峰峰值点τ与扰动事件发生点到光纤A前端的距离L有如下关系：τ＝2nL/c；其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速；所述差分曲线的波峰宽度Δz与激光光源输出的光源宽度TP相关，表示为：Δz＝cTp/2n。

[0052] 如图5所示，其获得的数据灵敏度较高。如前所述，激光光源2输出的光源依次经过WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中。光电探测器2接收到的光强可以表示为：
其中， 为外界振动导致的相位调制,I0为干涉仪输出脉冲光
强。

[0053] 本发明实施例中，根据光电探测器2的结果来判断当前是否发生扰动，即只有当光电探测器1-2均显示有外界扰动时，才认为发生了扰动事件，从而可以降低了误报率。

[0054] 另一方面，还基于本发明的上述方案进行了实验。

[0055] 激光光源1脉冲调制后，中心波长为1550nm，线宽为1kHz，光源输出光脉冲如图2所示，脉冲宽度为0.2μs，输出峰值功率为10mW，重复频率为10kHz。

[0056] 光电探测器1和2采集光强信号后，通过采集卡进行AD转换，将数字信号输入至计算机进行处理。光电探测器1的信号采用移动平均与差分进行处理，10个周期平均后的差值如图7所示，其中，80m和625m处为误报，595m处为真实报警。从图7所示结果中，仅根据光电探测器1的信息并不能完全有效地区分真实扰动(振动)和误报。

[0057] 为了进一步区分外界振动的真实性，应用图5所示的原理在有、无振动条件下定位进行了实验研究，对应的输出信号分别如图8所示。当有振动发生时，干涉仪输出信号峰峰值为4.51V(图8中振幅较大的曲线部分)；而无振动发生时，峰峰差仅为0.59V(图8中振幅较小的曲线部分)。因此，可以将光电探测器2输出信号峰峰值差作为判断有无振动发生的特征变量。

[0058] 为了确定判断振动发生的信号峰峰值差的阈值，将有无振动发生时的光电探测器2输出信号峰峰值进行统计分析，对有、无振动条件下光电探测器2输出信号峰峰值进行了
100次采样，本次实验最终选定振动判断阈值为0.80V，即光电探测器2输出信号峰峰值差>
0.80V时，认为有振动发生，否则，视为误报。

[0059] 本发明实施例中采用两个激光光源与两个光电探测器，其中激光光源1输出脉冲光，最终被光电探测器1接收；激光光源2输出连续光，最终被光电探测器2接收；而光电探测器1接收的数据精确度较高，光电探测器2的数据灵敏度较高，并且只有在两个光电探测器的输出结果均显示有外界扰动时，才根据光电探测器1的数据进行光纤的识别标定，不仅保证定位精度还提高灵敏度，降低了误报率。

[0060] 实施例二

[0061] 本发明实施例二提供一种高灵敏度和高精度的光纤识别标定系统，该方系统包括：激光光源1-2、声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1-2、光纤耦合器1-2、光纤A-C与光电探测器1-2；

[0062] 激光光源1输出的光源依次经过声光调制器AOM、光纤波分复用器WDM1与光纤耦合器1和环形器后射入光纤A中，在所述光纤A中产生背向瑞利散射光，并经过依次经过所述环形器与WDM2后，传送至光电探测器1；

[0063] 激光光源2输出的光源依次经过WDM1与光纤耦合器1后分为两路，一路记为T1光，其通过环形器和光纤A，传送至光纤耦合器2；另一路记为T2光，其通过光纤B，传送至光纤耦合器2；T1光与T2光在光纤耦合器2中汇合产生干涉，并经过光纤C传送至光电探测器2中；

[0064] 当所述光电探测器1与光电探测器2的输出结果均显示有外界扰动时，根据所述光电探测器1的数据来进行光纤的识别标定。

[0065] 进一步的，所述根据所述光电探测器1的数据来进行光缆的识别标定包括：

[0066] 当光纤A上未发生扰动时，对应的曲线稳定，当发生扰动时，该曲线的对应位置将发生剧烈的波动，通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定。

[0067] 进一步的，所述通过比较扰动前后的曲线来进行扰动位置的识别标定包括：

[0068] 通过比较比较扰动前后的曲线，获得差分曲线；

[0069] 所述差分曲线的波峰峰值点τ与扰动事件发生点到光纤A前端的距离L有如下关系：τ＝2nL/c；其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速；

[0070] 所述差分曲线的波峰宽度Δz与激光光源输出的光源宽度TP相关，表示为：Δz＝cTp/2n。

[0071] 本实施例所提供的系统结构可参见图2方式来设置。

[0072] 需要说明的是，上述系统中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

[0073] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

[0074] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。