双重复频率OTDR的快速测量方法

摘要

本发明提供了一种双重复频率OTDR的快速测量方法，其包括以下步骤：首先利用双重复频率的脉冲激光信号进行探测，即检测不同频率下基于菲涅尔反射的回返脉冲激光信号在单光子探测器延时扫描的时间信息，再通过利用所得的时间信息能够知道光在光纤中的往返时间进而能够快速求的光纤的断点信息。光脉冲经过可调光衰减器的衰减后，利用环行器的方向传输性将脉冲激光信号传输进所测的光纤内，同时再次利用环行器将光纤内的因菲涅尔反射的回返脉冲激光信号传输至单光子探测器等。本发明能够采样更多的计数样本，减少了测量时间，能够在更短的时间内扫描完一个断点的时间信息，能够快速的改变测量长度的量程，提高了信噪比，提高了系统的工作效率。

权利要求

1.一种双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述双重复频率OTDR的快速测量方法包括以下步骤：首先利用双重复频率的脉冲激光信号进行探测，即检测不同频率下基于菲涅尔反射的回返脉冲激光信号在单光子探测器延时扫描的时间信息，再通过利用所得的时间信息能够知道光在光纤中的往返时间进而能够快速求的光纤的断点信息，光脉冲经过可调光衰减器的衰减后，利用环行器的方向传输性将脉冲激光信号传输进所测的光纤内，同时再次利用环行器将光纤内的因菲涅尔反射的回返脉冲激光信号传输至单光子探测器，进而扫描光纤断点处的时间信息，即可得到脉冲激光信号在光纤内的往返时间信息，即通过采用两个不同的频率脉冲光fa和fb，其中fb＜fa，其中当选择某频率作为脉冲激光器的重复频率时，SPD的门控模式的重复频率跟脉冲激光器的重复频率保持一致，从上可得这两个频率的单位脉冲的时间差为Δt＝1/fb-1/fa，在系统接收端通过单光子探测器调节时钟信号延时得到地两个频率下最大光子计数值时的延时值分别记为tdelaya和tdelayb，然而并不知道起始点到断点是经过多少个脉冲光到达的，因两频率下单个光脉冲的时域周期差为Δt，其中可得两频率光脉冲走到断点的总延时差ΔT＝tdelayb-tdelaya；从而可知N＝ΔT/Δt，其中N是出发到回返到SPD总的光脉冲个数，其中N是一个正整数，因此可以求得离光纤最近的是第n＝N/2个脉冲光，总的往返的时间是t＝N/fa+tdelaya，所以可知断点处的距离L＝t*c1/2，其中c1为光纤中的光速。

2.根据权利要求1所述的双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述双重复频率OTDR的快速测量方法利用窄脉冲激光信号。

3.根据权利要求1所述的双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述双重复频率OTDR的快速测量方法采用单光子探测器作为接收系统。

4.根据权利要求1所述的双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述双重复频率OTDR的快速测量方法采用重复频率光脉冲进行测量。

5.根据权利要求1所述的双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述单光子探测器设有InGaAs/InP雪崩光电二极管。

6.根据权利要求1所述的双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述单光子探测器同时与第一时钟、环行器、计算机连接。

说明书

双重复频率OTDR的快速测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种OTDR的快速测量方法，具体地，涉及一种双重复频率OTDR的快速测量方法。

背景技术

[0002] 光时域反射仪(OpticalTimeDomainReflectometer，简称OTDR)是Barnoski博士在1977年发明的，主要将其用于检验光纤损耗特性，是光纤故障检测的得力工具，同时OTDR也是分布式光纤传感的基础。这一方法的实质是：激光发射系统输出的信号反映了内测参数(如裂缝)在空间上的变化情况，输出的激光信号主要沿光纤前向传输，但还有部分光信号被后向散射，并且与所经历的传输时间相关，再考虑光波的传输速度，即可确定光源到被测点距离的信息。

[0003] 传统OTDR的测试方法正是利用测试光纤平均损耗与长度的关系曲线来测量光纤接头损耗和障碍点位置的。基本原理是利用分析光纤中后向散射光或前向散射光的方法，测量因散射、吸收等原因产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗。当一个不连续的反射光脉冲通过光纤接头时，接头处附近的连续背向散射光功率轨迹突然降低一个台阶，台阶上下两点间平均损耗即为光纤接头损耗。OTDR可测量整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，具体表现为探测、定位和测量光纤链路上任何位置的事件(事件是指因光纤链路中熔接、连接器、弯曲或断裂等形成的缺陷，其光传输特性的变化可以被测量)。OTDR测试是一种非常简便、实用的测量方法，它不但测量方便而且具有非破坏性，因而广泛地应用于光纤、光缆的生产、现场铺设中。

[0004] 传统的OTDR测试的具体做法是通过发射脉冲激光信号至光纤内，然后在OTDR端口接收返回的多次信息来进行分析处理，虽然能得到需要测试测量的信息，但是需测试的结果过长导致效率过低。

[0005] 目前，解决这一问题的常用方案是多次测量，对多个数据重新进行分析，以得到最佳的数据。此方案弊端在于光源的脉冲间隔大于一个光脉冲走完整个被测路径的时间，降低系统的工作效率，并且为了增大测量距离，需要提高光脉宽以此来提高脉冲能量，提高脉宽的同时也导致盲区增大。

发明内容

[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双重复频率OTDR的快速测量方法，其能够采样更多的计数样本，减少了测量时间，能够在更短的时间内扫描完一个断点的时间信息，能够快速的改变测量长度的量程，提高了信噪比，提高了系统的工作效率。

[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种双重复频率OTDR的快速测量方法，其特征在于，所述双重复频率OTDR的快速测量方法包括以下步骤：首先利用双重复频率的脉冲激光信号进行探测，即检测不同频率下基于菲涅尔反射的回返脉冲激光信号在单光子探测器延时扫描的时间信息，再通过利用所得的时间信息能够知道光在光纤中的往返时间进而能够快速求的光纤的断点信息，光脉冲经过可调光衰减器的衰减后，利用环行器的方向传输性将脉冲激光信号传输进所测的光纤内，同时再次利用环行器将光纤内的因菲涅尔反射的回返脉冲激光信号传输至单光子探测器，进而扫描光纤断点处的时间信息，即可得到脉冲激光信号在光纤内的往返时间信息。

[0008] 优选地，所述双重复频率OTDR的快速测量方法利用窄脉冲激光信号。

[0009] 优选地，所述双重复频率OTDR的快速测量方法采用单光子探测器作为接收系统。

[0010] 优选地，所述双重复频率OTDR的快速测量方法采用较高的重复频率光脉冲进行测量。

[0011] 优选地，所述单光子探测器设有InGaAs/InP雪崩光电二极管。

[0012] 优选地，所述单光子探测器同时与第一时钟、环行器、计算机连接。

[0013] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明双重复频率OTDR的快速测量方法能够采样更多的计数样本，减少了测量时间，能够在更短的时间内扫描完一个断点的时间信息，能够快速的改变测量长度的量程，提高了信噪比，提高了系统的工作效率。

附图说明

[0014] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0015] 图1(a)为本发明双重复频率OTDR的快速测量方法的原理图；

[0016] 图1(b)为本发明双重复频率OTDR的快速测量方法的原理图；

[0017] 图2为本发明双重复频率OTDR的快速测量方法的流程图。

具体实施方式

[0018] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0019] 如图1至图2所示，本发明提供一种双重复频率OTDR的快速测量方法，其包括以下步骤：

[0020] 首先利用双重复频率的脉冲激光信号进行探测，即检测不同频率下基于菲涅尔反射的回返脉冲激光信号在单光子探测器延时扫描的时间信息，再通过利用所得的时间信息能够知道光在光纤中的往返时间进而能够快速求的光纤的断点信息，光脉冲经过可调光衰减器的衰减后，利用环行器的方向传输性将脉冲激光信号传输进所测的光纤内，同时再次利用环行器将光纤内的因菲涅尔反射的回返脉冲激光信号传输至SPD(单光子探测器)，进而扫描光纤断点处的时间信息，即可得到脉冲激光信号在光纤内的往返时间信息。

[0021] 本方案的具体设计思路与游标卡尺的原理类似，游标卡尺有主尺和副尺，单位长度有个微小差，我们也进行两次测量分别作为主尺和副尺，第一次fa，第二次fb，即相当于主尺和副尺。因此本发明采用两个不同的频率脉冲光fa和fb，其中fb＜fa，其中当选择某频率作为脉冲激光器的重复频率时，SPD的门控模式的重复频率跟脉冲激光器的重复频率保持一致，从上可得这两个频率的单位脉冲的时间差为Δt＝1/fb-1/fa，在系统接收端通过单光子探测器调节时钟信号延时得到地两个频率下最大光子计数值时的延时值分别记为tdelay a和tdelay b，然而并不知道起始点到断点是经过多少个脉冲光到达的，因两频率下单个光脉冲的时域周期差为Δt，其中可得两频率光脉冲走到断点的总延时差ΔT＝tdelay b-tdelay a；从而可知N＝ΔT/Δt，其中N是出发到回返到SPD总的光脉冲个数，其中N是一个正整数，因此可以求得离光纤最近的是第n＝N/2个脉冲光，总的往返的时间是t＝N/fa+tdelay a，所以可知断点处的距离L＝t*c1/2，其中c1为光纤中的光速。

[0022] 举个例子：对于10km的光纤，传统做法是用10kHz的脉冲光，那么一秒钟就有10k次的采样。而用10MHz的脉冲光，一秒钟就有10M次采样。而这一秒钟采到的10M次样本主要由于菲涅尔反射产生的回返的脉冲激光信号，从这些采样回来的脉冲激光信号中并不知道回返的脉冲光中哪个是起始点以及停止点，通过发送另一频率如9.999MHz的脉冲光，并记下两个频率下通过调节单光子探测器的延时所得到的最大计数时的延时时间tdelay a和tdelay b，由于知道两个脉冲光的频率，则能求得两频率的脉冲光单个周期的时间差Δt，因为较低频率的脉冲光每走的一个周期时间内都比高频的脉冲光多一个Δt，所以可以通过总的两个频率下的延时时间作差得到ΔT再除单位时间差Δt即可得出脉冲光往返一共走了多少个周期的脉冲光。在上面的例子中，通过接收端的SPD延时扫描找到一个计数峰值意味着该延时点对应断点反射回来的脉冲激光信号，接下来就需要测量出这个点距起点的距离，采用的方法便是我们构想的关键。这个方法与游标卡尺的原理类似，游标卡尺有主尺和副尺，单位长度有个微小差，我们也进行两次测量分别作为主尺和副尺，第一次fa＝10MHz，第二次fb＝9.999MHz，假设换算成周期是1/fa＝100ns、1/fb＝100.01ns，单位脉冲的时间差Δt＝0.O1ns，下面用图1来阐明原理。断点在不同重复频率下的延时不同，有个总的延时差ΔT＝tdelay b-tdeley a，通过接收系统SPD延时扫描得到两个具体的延时值分别为tdelay a＝27.39ns，tdelay b＝17.43ns，所以ΔT＝tdelay b-tdelay a＝9.96ns，其中Δt＝0.01ns，则总的往返脉冲数N＝ΔT/Δt＝996，光到达断点在返回到单光子探测器门脉冲的总时间t＝(100N+tdelay a)ns＝99627.39ns，由时间即可得断点距离L＝t*c1/2＝9.962739km。由两个频率可知最大的测试距离Lmax，其中Nmax＝(1/fa)/(1/fb-1/fa)所以Lmax＝C*(Nmax/fa)/2，通过上面给的两个频率fa＝10MHz和fb＝9.999MHz，可以算出最大能测距离达到Lmax＝100km，并且通过切换频率的精度能够快速改变测量距离的量程。

[0023] 所述双重复频率OTDR的快速测量方法利用窄脉冲激光信号，这样能够提高测量精度，通过更改光脉冲的频率能够快速的改变测量量程。

[0024] 所述双重复频率OTDR的快速测量方法采用单光子探测器作为接收系统，这样能够在相同脉冲能量的情况下极大的提高测量距离。

[0025] 所述双重复频率OTDR的快速测量方法采用较高的重复频率光脉冲进行测量，这样能够在更短的时间内扫描完成所需测量的光纤断点的时间或位置信息。

[0026] 所述单光子探测器设有InGaAs/InP雪崩光电二极管，这样单光子探测器产生的噪声小，运行速度快。

[0027] 所述单光子探测器同时与第一时钟、环行器、计算机连接，这样方便在第一时间在计算机上获取单光子探测器与环行器的信息。

[0028] 综上所述，本发明双重复频率OTDR的快速测量方法能够采样更多的计数样本，减少了测量时间，能够在更短的时间内扫描完一个断点的时间信息，能够快速的改变测量长度的量程，提高了信噪比，提高了系统的工作效率。

[0029] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。