一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，包括激光電源、光隔離器、第一光纖耦合器和第二光纖耦合器，激光光源連接光隔離器，光隔離器連接第一光纖耦合器，第一光纖耦合器連接第二光纖耦合器，第二光纖耦合器與待測(cè)光纖連接，還包括第一光探測(cè)放大系統(tǒng)和第二光探測(cè)放大系統(tǒng)，第一光探測(cè)放大系統(tǒng)、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)分別與第二光纖耦合器連接，第一光探測(cè)放大系統(tǒng)、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)分別與外接的數(shù)據(jù)采集器連接。采用上述技術(shù)方案制成了一種方便測(cè)量、降低成本的光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法。本裝置能夠快速測(cè)量光纖長(zhǎng)度，光纖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越便于精確測(cè)量，而成本不會(huì)隨之上升，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用普通光無(wú)源器件和半導(dǎo)體光源，成本較低。
【專利說(shuō)明】一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光計(jì)量測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上針對(duì)通信光纖長(zhǎng)度的常規(guī)測(cè)量裝置為光時(shí)域反射儀(OTDR)，OTDR原理類似于雷達(dá)技術(shù)，通過(guò)激光光源發(fā)射光脈沖到待測(cè)光纖內(nèi)，當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，由于瑞利散射的原因會(huì)有部分微弱光返回到OTDR中。計(jì)算從發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)所用的時(shí)間，再確定光在光纖中的速度，從而計(jì)算出光纖長(zhǎng)度。
[0003]OTDR由于測(cè)試中受噪聲的影響,光纖中某一點(diǎn)的瑞利散射功率是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。由于背向散射光信號(hào)極其微弱，要確知該點(diǎn)的一般情況，一般采用多次統(tǒng)計(jì)平均的方法來(lái)提高信噪比，以減少接收器固有的隨機(jī)噪聲的影響。這樣導(dǎo)致測(cè)試時(shí)間偏長(zhǎng)，一般需要數(shù)十秒左右的等待時(shí)間。此外，在測(cè)量長(zhǎng)度較長(zhǎng)的光纖時(shí)，如200公里以上的光纖，則需要使用動(dòng)態(tài)范圍較大的0TDR，目前的情況是30db普通動(dòng)態(tài)范圍的OTDR市場(chǎng)價(jià)格已經(jīng)降至普通用戶能接受的程度，但大動(dòng)態(tài)范圍如40db以上的OTDR設(shè)備價(jià)格仍然較高。
[0004]現(xiàn)在急需一種可以方便測(cè)量、降低成本的光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法，并且成本不會(huì)隨著測(cè)量長(zhǎng)度增長(zhǎng)而增加的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種方便測(cè)量、降低成本的光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法。
[0006]本發(fā)明中的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，包括激光電源、光隔離器、第一光纖耦合器和第二光纖耦合器，所述激光光源連接光隔離器，所述光隔離器連接第一光纖耦合器，所述第一光纖耦合器連接第二光纖耦合器，所述第二光纖耦合器與待測(cè)光纖連接，還包括第一光探測(cè)放大系統(tǒng)和第二光探測(cè)放大系統(tǒng)，所述第一光探測(cè)放大系統(tǒng)、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)分別與第二光纖耦合器連接，所述第一光探測(cè)放大系統(tǒng)、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)分別與外接的數(shù)據(jù)采集器連接。
[0007]上述方案中，所述第一光纖稱合器為2X2光纖稱合器,所述2X2光纖稱合器設(shè)有兩個(gè)輸出端口，分別為輸出端口 a和輸出端口 b ;所述第二光纖I禹合器為3X3光纖f禹合器，所述3X3光纖耦合器設(shè)有六個(gè)端口，分別為端口 C、端口 d、端口 e、端口 f、端口 g和端口 h，所述輸出端口 a連接端口 g，所述端口 c連接待測(cè)光纖，所述待測(cè)光纖連接端口 f，所述輸出端口 b連接端口 d，所述端口 e連接第一光探測(cè)放大系統(tǒng)，所述端口 h連接第二光探測(cè)放大系統(tǒng)。
[0008]上述方案中，所述2X2光纖稱合器為一次拉錐的1550nm寬帶均分型2X2光纖稱合器。
[0009]上述方案中，所述3X3光纖稱合器為一次拉錐的1550nm寬帶均分型3X3光纖稱合器。
[0010]采用上述光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量方法，
[0011]S1:激光光源向光隔離器發(fā)射激光，所述激光經(jīng)過(guò)光隔離器后進(jìn)入2X2光纖耦合器；
[0012]S2:所述激光從2X2光纖耦合器的輸出端口 b發(fā)射到3X3光纖耦合器的端口 d ；
[0013]S3:所述激光從3X3光纖耦合器的端口 f進(jìn)入待測(cè)光纖中，并經(jīng)過(guò)端口 c回到3X3光纖稱合器；
[0014]S4:激光從3X3光纖耦合器的端口 h進(jìn)入第二光探測(cè)放大系統(tǒng)，并通過(guò)外接的數(shù)據(jù)采集器采集光脈沖電壓信號(hào)；
[0015]S5:循環(huán)S3、S4m次，取m次循環(huán)時(shí)間的平均值為τ I ；
[0016]S6:激光光源再次向光隔離器發(fā)射如SI所述的激光，所述激光經(jīng)過(guò)光隔離器后進(jìn)Λ 2X2光纖稱合器；
[0017]S7:所述激光從2X2光纖稱合器的輸出端口 a發(fā)射到3X3光纖稱合器的端口 g;
[0018]S8:所述激光從3X3光纖耦合器的端口 c進(jìn)入待測(cè)光纖中，并經(jīng)過(guò)端口 f回到3X3光纖稱合器；
[0019]S9:激光從3X3光纖耦合器的端口 e進(jìn)入第一光探測(cè)放大系統(tǒng)，并通過(guò)外接的數(shù)據(jù)采集器采集信息；
[0020]SlO:S8、S9循環(huán)m次，取m次循環(huán)時(shí)間的平均值為τ 2 ；
[0021]Sll:將S5得到的時(shí)間值τ:和SlO得到的時(shí)間值τ 2計(jì)算出平均值τ ；
[0022]S12:由于τ = nL/c，可以得到L = c.τ /n，由此可以計(jì)算出被測(cè)光纖的長(zhǎng)度L，其中η為光纖折射率，c為真空中的光速。
[0023]上述方案中，所述m的取值范圍為3〈m〈10。
[0024]上述方案中，所述η = 1.468。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:本發(fā)明提供一種方便測(cè)量、降低成本的光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置及方法。本裝置能夠快速測(cè)量光纖長(zhǎng)度，尤其適合測(cè)量長(zhǎng)度較長(zhǎng)的光纖，光纖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則得到的脈沖信號(hào)間隔越大，越便于精確測(cè)量，而成本不會(huì)隨之上升，由于不存在OTDR那樣的多次統(tǒng)計(jì)平均算法，故實(shí)現(xiàn)了光纖長(zhǎng)度的即時(shí)測(cè)量；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用普通光無(wú)源器件和半導(dǎo)體光源，成本較低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的流程示意圖。
[0029]圖中:1、激光電源2、光隔離器3、第一光纖f禹合器4、第二光纖f禹合器5、待測(cè)光纖6、第一光探測(cè)放大系統(tǒng)7、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明是一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，包括激光電源1、光隔離器2、第一光纖耦合器3和第二光纖耦合器4，激光光源I連接光隔離器2，光隔離器2連接第一光纖耦合器3，第一光纖耦合器3連接第二光纖耦合器4，第二光纖耦合器4與待測(cè)光纖5連接，還包括第一光探測(cè)放大系統(tǒng)6和第二光探測(cè)放大系統(tǒng)7,第一光探測(cè)放大系統(tǒng)6、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)7分別與第二光纖耦合器4連接，第一光探測(cè)放大系統(tǒng)6、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)7分別與外接的數(shù)據(jù)采集器連接。
[0032]第一光纖稱合器3為2X2光纖稱合器,2X2光纖稱合器設(shè)有兩個(gè)輸出端口，分別為輸出端口 a和輸出端口 b ;第二光纖I禹合器4為3X3光纖I禹合器,3X3光纖I禹合器設(shè)有六個(gè)端口，分別為端口 C、端口 d、端口 e、端口 f、端口 g和端口 h，輸出端口 a連接端口 g，端口 c連接待測(cè)光纖，待測(cè)光纖5連接端口 f，輸出端口 b連接端口 d，端口 e連接第一光探測(cè)放大系統(tǒng)6，端口 h連接第二光探測(cè)放大系統(tǒng)7。
[0033]2X2光纖稱合器為一次拉錐的1550nm寬帶均分型2X2光纖稱合器，3X3光纖率禹合器為一次拉錐的1550nm寬帶均分型3X3光纖稱合器。
[0034]采用上述光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量方法，如圖2所示，
[0035]S1:激光光源向光隔離器發(fā)射激光，激光經(jīng)過(guò)光隔離器后進(jìn)入2X2光纖耦合器；
[0036]S2:激光從2X2光纖I禹合器的輸出端口 b發(fā)射到3X3光纖I禹合器的端口 d ；
[0037]S3:激光從3X3光纖耦合器的端口 f進(jìn)入待測(cè)光纖中，并經(jīng)過(guò)端口 c回到3 X 3光纖率禹合器；
[0038]S4:激光從3X3光纖耦合器的端口 h進(jìn)入第二光探測(cè)放大系統(tǒng)，并通過(guò)外接的數(shù)據(jù)采集器采集光脈沖電壓信號(hào)；
[0039]S5:循環(huán)S3、S4m次，取m次循環(huán)時(shí)間的平均值為τ I ；
[0040]S6:激光光源再次向光隔離器發(fā)射如SI所述的激光，激光經(jīng)過(guò)光隔離器后進(jìn)入2X2光纖稱合器；
[0041]S7:激光從2X2光纖f禹合器的輸出端口 a發(fā)射到3X3光纖f禹合器的端口 g;
[0042]S8:激光從3X3光纖耦合器的端口 c進(jìn)入待測(cè)光纖中，并經(jīng)過(guò)端口 f回到3 X 3光纖率禹合器；
[0043]S9:激光從3X3光纖耦合器的端口 e進(jìn)入第一光探測(cè)放大系統(tǒng)，并通過(guò)外接的數(shù)據(jù)采集器采集信息；
[0044]SlO:S8、S9循環(huán)m次，取m次循環(huán)時(shí)間的平均值為τ 2 ；
[0045]Sll:將S5得到的時(shí)間值τ:和SlO得到的時(shí)間值τ 2計(jì)算出平均值τ ；
[0046]S12:由于τ = nL/c，可以得到L = c.τ /n，由此可以計(jì)算出被測(cè)光纖的長(zhǎng)度L，其中η為光纖折射率，η = 1.468，c為真空中的光速，m的取值范圍為3〈m〈10，m太小數(shù)據(jù)會(huì)不準(zhǔn)確，m太大后面的數(shù)據(jù)已經(jīng)失去了意義，3〈m〈10這個(gè)范圍是最為合適的。
[0047]SI?S5為途徑1，S6?SlO為途徑2，假設(shè)激光光源發(fā)射單脈沖光束，按照以上途徑1，將在光探測(cè)放大系統(tǒng)得到一系列等間隔時(shí)間長(zhǎng)度的電脈沖序列，由于3X3光纖耦合器和待測(cè)光纖的存在，插入損耗至少在5dB以上，則電脈沖信號(hào)依次明顯衰減。
[0048]同理，按照途徑2，在光探測(cè)放大系統(tǒng)也將得到一系列等間隔時(shí)間長(zhǎng)度依次衰減的電脈沖序列。途徑I和途徑2得到的電脈沖序列波形應(yīng)相同，多次測(cè)量求平均值可以提高精度。
[0049]眾所周知，光在光纖中的傳播速度極快，光走完I公里光纖所需時(shí)間僅約為5 μ S，故要求激光光源的脈沖寬度要足夠小不至于發(fā)生混疊現(xiàn)象。由于激光器技術(shù)的發(fā)展，目前即使是普通半導(dǎo)體激光器的脈沖寬度即能做到10ns，因而使得此測(cè)量技術(shù)成為可能。
[0050]在光探測(cè)放大系統(tǒng)得到的電脈沖序列的時(shí)間間隔即為光走完待測(cè)光纖路程所需的時(shí)間
[0051]τ = nL/c
[0052]式中，η為光纖折射率,一般取值為1.468 ;L為待測(cè)光纖長(zhǎng)度；c為真空中的光速。
[0053]故待測(cè)光纖長(zhǎng)度
[0054]L = C* τ /n
[0055]顯然，光纖長(zhǎng)度的測(cè)量誤差由電脈沖序列的時(shí)間間隔的測(cè)量誤差決定，
[0056]AL = C* Δ τ /n
[0057]以100公里光纖來(lái)計(jì)算，如電脈沖序列的時(shí)間間隔的測(cè)量誤差為0.1 μ S，則光纖長(zhǎng)度的測(cè)量誤差約為0.02%，通過(guò)測(cè)量途徑I和途徑2的電脈沖序列的時(shí)間間隔求平均值，此誤差進(jìn)一步減小，完全能夠滿足正常的使用需求。
[0058]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，包括激光電源、光隔離器、第一光纖耦合器和第二光纖耦合器，所述激光光源連接光隔離器，所述光隔離器連接第一光纖耦合器，所述第一光纖耦合器連接第二光纖耦合器，所述第二光纖耦合器與待測(cè)光纖連接，還包括第一光探測(cè)放大系統(tǒng)和第二光探測(cè)放大系統(tǒng)，所述第一光探測(cè)放大系統(tǒng)、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)分別與第二光纖耦合器連接，所述第一光探測(cè)放大系統(tǒng)、第二光探測(cè)放大系統(tǒng)分別與外接的數(shù)據(jù)采集器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一光纖耦合器為2X2光纖f禹合器,所述2X2光纖f禹合器設(shè)有兩個(gè)輸出端口，分別為輸出端口 a和輸出端口 b ;所述第二光纖稱合器為3X3光纖稱合器,所述3X3光纖稱合器設(shè)有六個(gè)端口，分別為端口 C、端口 d、端口 e、端口 f、端口 g和端口 h,所述輸出端口 a連接端口 g,所述端口 c連接待測(cè)光纖，所述待測(cè)光纖連接端口 f，所述輸出端口 b連接端口 d，所述端口 e連接第一光探測(cè)放大系統(tǒng)，所述端口 h連接第二光探測(cè)放大系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，所述2X2光纖耦合器為一次拉錐的1550nm寬帶均分型2X 2光纖耦合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，所述3X3光纖耦合器為一次拉錐的1550nm寬帶均分型3X 3光纖耦合器。
5.采用權(quán)利要求2所述光纖長(zhǎng)度測(cè)量裝置的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于， 51:激光光源向光隔離器發(fā)射激光，所述激光經(jīng)過(guò)光隔離器后進(jìn)入2X2光纖耦合器； 52:所述激光從2X2光纖稱合器的輸出端口 b發(fā)射到3X3光纖稱合器的端口 d ； 53:所述激光從3X3光纖耦合器的端口 f進(jìn)入待測(cè)光纖中，并經(jīng)過(guò)端口 c回到3 X 3光纖率禹合器； 54:激光從3X3光纖耦合器的端口 h進(jìn)入第二光探測(cè)放大系統(tǒng)，并通過(guò)外接的數(shù)據(jù)采集器米集光脈沖電壓信號(hào)； 55:循環(huán)S3、S4m次，取m次循環(huán)時(shí)間的平均值為τ:； 56:激光光源再次向光隔離器發(fā)射如SI所述的激光，所述激光經(jīng)過(guò)光隔離器后進(jìn)入2X2光纖稱合器； 57:所述激光從2X2光纖稱合器的輸出端口 a發(fā)射到3X3光纖稱合器的端口 g ； 58:所述激光從3X3光纖耦合器的端口 c進(jìn)入待測(cè)光纖中，并經(jīng)過(guò)端口 f回到3 X 3光纖率禹合器； 59:激光從3X3光纖耦合器的端口 e進(jìn)入第一光探測(cè)放大系統(tǒng)，并通過(guò)外接的數(shù)據(jù)采集器采集信息； 510:S8、S9循環(huán)m次，取m次循環(huán)時(shí)間的平均值為τ 2 ； 511:將S5得到的時(shí)間值、和SlO得到的時(shí)間值τ2計(jì)算出平均值τ ； S12:由于τ =nL/c，可以得到L = c.τ/η，由此可以計(jì)算出被測(cè)光纖的長(zhǎng)度L，其中η為光纖折射率，c為真空中的光速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，所述m的取值范圍為3〈m〈10。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光纖長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，所述η= 1.468。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK104457583SQ201410682347
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】吳東方 申請(qǐng)人:上海光亮光電科技有限公司