專利名稱：一種探測(cè)脈沖的產(chǎn)生方法和相干光時(shí)域反射儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種探測(cè)脈沖的產(chǎn)生方法和相干光時(shí)域反射 儀。
背景技術(shù)：
COTDR(Coherent Optical Time Domain Reflectometer，相干光時(shí)域反射儀)和 OTDR通常用于對(duì)光纖光纜線路故障(比如，斷纖)進(jìn)行定位。OTDR和COTDR均是通過(guò)周期 性地向光纖中發(fā)送探測(cè)脈沖，探測(cè)脈沖在光纖中各點(diǎn)會(huì)發(fā)生瑞利散射，COTDR和OTDR再接 收從光纖中散射回來(lái)的光信號(hào)中提取瑞利散射信號(hào)，然后根據(jù)瑞利散射信號(hào)進(jìn)行分析實(shí)現(xiàn) 光纖故障定位。COTDR相比于普通的0TDR，具有定位距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于是采用相干 技術(shù)對(duì)瑞利散射信號(hào)進(jìn)行接收處理，因此，要求COTDR的光源線寬很窄，通常要求其線寬在 IOKHz IOOKHz的范圍內(nèi)。由于探測(cè)脈沖的光波頻率成分單一，光纖中各點(diǎn)散射回來(lái)的瑞利散射信號(hào)的頻率 相同，也就會(huì)導(dǎo)致某些點(diǎn)散射回來(lái)的瑞利散射信號(hào)在到達(dá)OTDR或者COTDR時(shí)會(huì)發(fā)生相消 干涉或者相長(zhǎng)干涉，也就使得瑞利散射信號(hào)會(huì)體現(xiàn)出類噪聲特性，即具有一定的隨機(jī)性，這 種噪聲稱之為相干衰落噪聲。相干衰落噪聲會(huì)造成COTDR和OTDR無(wú)法分辨光纖故障，從而 就不能對(duì)光纖故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。因此，需要通過(guò)某種手段以減弱這種類噪聲特性，以提高 COTDR和OTDR對(duì)光纖故障分辨率和定位準(zhǔn)確度。現(xiàn)有技術(shù)中提供了一種直接利用改變激光器驅(qū)動(dòng)脈沖形狀的技術(shù)降低OTDR系統(tǒng) 的相干衰落噪聲的方案，其具體為通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生一個(gè)緩變調(diào)制脈沖去驅(qū)動(dòng)脈 沖調(diào)制器對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制控制，使得激光器輸出的探測(cè)脈沖包含各種不同頻率成份的光 波，達(dá)到減小相干衰落噪聲的目的。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)會(huì)導(dǎo)致光源輸出光波的頻譜展寬，不符合COTDR對(duì)光源窄線 寬的要求，當(dāng)其應(yīng)用于COTDR時(shí)，不僅不能提高COTDR對(duì)光纖故障的分辨率和定位準(zhǔn)確度， 還會(huì)劣化COTDR的工作性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種相干光時(shí)域反射儀，其包括控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、連續(xù)光激光器 和探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元；所述控制單元，用于產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，所述 第二脈沖信號(hào)滯后于所述第一脈沖信號(hào)，且所述第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期 T ^ t+2L/C，t為所述連續(xù)光激光器的光源調(diào)整時(shí)間，L為待探測(cè)光纖的長(zhǎng)度，C為光波在光 纖中的傳播速度；所述驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述連續(xù)光激光器，用于在所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生頻率變化頻譜 寬度不變的連續(xù)光；
所述探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述第二脈沖信號(hào)對(duì)所述連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生 探測(cè)脈沖。本發(fā)明還提供一種探測(cè)脈沖的產(chǎn)生方法，包括產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，所述第二脈沖信號(hào)滯后于所述 第一脈沖信號(hào)，且所述第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期τ ^ t+2L/C，t為連續(xù)光激光器 的光源調(diào)整時(shí)間，L為待探測(cè)光纖的長(zhǎng)度，C為光波在光纖中的傳播速度；根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)；用所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述連續(xù)光激光器，使得所述連續(xù)光激光器產(chǎn)生頻 率變化頻譜寬度不變的連續(xù)光；根據(jù)所述第二脈沖信號(hào)對(duì)所述連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制，得到探測(cè)脈沖。本發(fā)明實(shí)施例提供的相干光時(shí)域反射儀由于是對(duì)連續(xù)光激光器輸出連續(xù)光的頻 率進(jìn)行控制，使得每一個(gè)探測(cè)脈沖包含單一頻率成份的光波，而不同探測(cè)脈沖包含的光波 的頻率不相同，而不是使得連續(xù)光激光器輸出的探測(cè)脈沖包含不同頻率成份的光波，通過(guò) 控制第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期T > t+2L/C，使得一個(gè)探測(cè)脈沖對(duì)應(yīng)的光纖各點(diǎn) 的散射和/或反射的光信號(hào)回到相干光時(shí)域儀后才發(fā)送下一個(gè)探測(cè)脈沖，從而避免了不同 探測(cè)脈沖對(duì)應(yīng)的散射和/或光信號(hào)之間發(fā)生疊加，因此，不僅能有效的降低相干衰落噪聲， 同時(shí)又不會(huì)導(dǎo)致連續(xù)光激光器輸出的光波的頻譜展寬，極大地提高了相干光時(shí)域反射儀對(duì) 光纖故障的分辨率和定位準(zhǔn)確度。


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，下面將實(shí)施例中所需 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)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得 其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的相干光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中探測(cè)脈沖產(chǎn)生原理示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的相干光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的相干光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例四提供的相干光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中連續(xù)光頻率變化示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例五提供的相干光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種探測(cè)脈沖的產(chǎn)生方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性老童前提下所獲得的所有其它 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供一種相干光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖1所述，該裝置包括控制單元10，驅(qū)動(dòng)單元11，連續(xù)光激光器12，探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元13。控制單元10，用于產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，第二脈沖信 號(hào)滯后于第一脈沖信號(hào)。控制單元10產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)時(shí)，還可以具體控制第一脈沖信 號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期τ ^ t+2L/C。其中，L為待探測(cè)光纖的長(zhǎng)度，C為光波在光纖中的 傳播速度，t為連續(xù)光激光器的光源調(diào)整時(shí)間。光源調(diào)整時(shí)間為激光器從穩(wěn)定輸出一種頻 率的光到穩(wěn)定輸出另一種頻率的光所經(jīng)歷的時(shí)間，是每個(gè)激光器固有的描述參數(shù)。其中，控制單元10在產(chǎn)生這兩個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，還可以具體控制第二脈沖信號(hào)滯后 于第一脈沖信號(hào)至少一個(gè)t。驅(qū)動(dòng)單元11，用于根據(jù)第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于頻率變化驅(qū)動(dòng) 信號(hào)是施加在激光器上控制激光器輸出的連續(xù)光的頻率的，所以只要頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)不 同，就能使得激光器輸出的連續(xù)光的頻率不同。因此，驅(qū)動(dòng)單元11在第一脈沖信號(hào)的觸發(fā) 下，可以有規(guī)律地改變其輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)，例如，可以線性遞增或者線性遞減地改 變其輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)然，驅(qū)動(dòng)單元11在第一脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，也可以隨機(jī) 地改變其輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。連續(xù)光激光器12，在驅(qū)動(dòng)單元11產(chǎn)生的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下，輸出頻率變 化頻譜寬度不變的連續(xù)光。由于頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)是在第一脈沖信號(hào)的觸發(fā)下進(jìn)行改變的，即檢測(cè)到一個(gè)第 一脈沖信號(hào)的脈沖，就改變上一個(gè)脈沖觸發(fā)下產(chǎn)生的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并保持改變后的 頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)不變直到第一脈沖信號(hào)的下一個(gè)脈沖到來(lái)。因此，在第一脈沖信號(hào)的一 個(gè)周期內(nèi)，連續(xù)光激光器12在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出的連續(xù)光的頻率是單一的且頻譜寬度不變， 而對(duì)應(yīng)第一脈沖信號(hào)的不同周期，連續(xù)光激光器輸出的連續(xù)光的頻率又是不一樣的。其中，頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)改變連續(xù)光激光器12的溫度、連續(xù)光激光器12的驅(qū) 動(dòng)電路的電流/電壓、諧振腔長(zhǎng)度等方式，使得連續(xù)光激光器12輸出的連續(xù)光的頻率發(fā)生 變化。探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元13，根據(jù)控制單元10產(chǎn)生的第二脈沖信號(hào)對(duì)連續(xù)光激光器12 輸出的連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生探測(cè)脈沖。探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元13對(duì)連續(xù)光即進(jìn)行調(diào)制時(shí)，可以 采取簡(jiǎn)單的00K(0N-0FF Keying，通斷鍵控)調(diào)制方式，由第二脈沖信號(hào)決定一個(gè)調(diào)制周期 內(nèi)有光和無(wú)光的時(shí)間，或者高光功率和低光功率的時(shí)間。參照?qǐng)D2，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的相干光時(shí)域儀產(chǎn)生探測(cè)脈沖的過(guò)程作進(jìn)一步的 說(shuō)明?？刂茊卧?0產(chǎn)生的第一脈沖信號(hào)是和第二脈沖信號(hào)的時(shí)序關(guān)系如圖2所示。在 圖2中，第二脈沖信號(hào)是剛好滯后于第一脈沖信號(hào)一個(gè)t的時(shí)間，在其它的實(shí)施例中第二脈 沖信號(hào)滯后于第一脈沖信號(hào)的時(shí)間可以大于一個(gè)t。第一脈沖信號(hào)的每個(gè)脈沖到來(lái)的時(shí)刻，連續(xù)光激光器12就根據(jù)驅(qū)動(dòng)單元11產(chǎn)生 的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)改變其輸出連續(xù)光的頻率。由于頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到連續(xù)光激光 器12上時(shí)，并不能使得連續(xù)光激光器12立刻達(dá)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，需要經(jīng)過(guò)光源調(diào)整時(shí)間t 才能穩(wěn)定地輸出在某一特定頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)下所對(duì)應(yīng)頻率的連續(xù)光。在光源調(diào)整時(shí)間t 內(nèi)，連續(xù)光激光器12處于不穩(wěn)定輸出狀態(tài)，其各個(gè)時(shí)刻輸出的連續(xù)光的頻率是不確定的，且輸出的連續(xù)光包含多種頻率成份，如圖2中條紋格表示連續(xù)光激光器12輸出的連續(xù)光包 含多種頻率成份；經(jīng)過(guò)光源調(diào)整時(shí)間t后，連續(xù)光激光器12就已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定輸出狀態(tài)，此 時(shí)輸出的連續(xù)光是單一頻率成份的且頻率穩(wěn)定，直到有一個(gè)不同的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加 到連續(xù)光激光器12上時(shí)連續(xù)光激光器12才又進(jìn)入不穩(wěn)定輸出狀態(tài)。如圖2所示，第一脈 沖信號(hào)的第一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，連續(xù)光激光器12就開始改變其輸出連續(xù)光的頻率，經(jīng)過(guò)一個(gè) 光源調(diào)整時(shí)間t后，其輸出的連續(xù)光的頻率一直穩(wěn)定在fl上直到第一脈沖信號(hào)的第二個(gè)脈 沖到來(lái)。需要說(shuō)明的是，連續(xù)光的頻率fl是由施加在連續(xù)光激光器12上的頻率變化驅(qū)動(dòng) 信號(hào)確定的，頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的值大小決定了連續(xù)光激光器在穩(wěn)定輸出狀態(tài)下的連續(xù)光 的頻率。第二脈沖信號(hào)具體是用來(lái)控制探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元13對(duì)連續(xù)光激光器12輸出的連 續(xù)光進(jìn)行OOK調(diào)制，探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元13產(chǎn)生的探測(cè)脈沖的波形就和第二脈沖信號(hào)的波形 相同。由于第二脈沖信號(hào)滯后于第一脈沖信號(hào)一個(gè)光源調(diào)整時(shí)間t，所以剛好避開了連續(xù)光 激光器12不穩(wěn)定輸出時(shí)期，此時(shí)得到的探測(cè)脈沖是單一頻率成份的光波，如圖2中所示，第 二脈沖信號(hào)的第一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)得到的是頻率為Π的探測(cè)脈沖，第二個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)得到的是 頻率為f2的探測(cè)脈沖，第三個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)得到的是頻率為f3的探測(cè)脈沖。本發(fā)明實(shí)施例提供了又一種相干光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，與圖1所示結(jié) 構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀相比，不同之處在于控制單元10包括第一脈沖產(chǎn)生子單元101和 第二脈沖產(chǎn)生子單元102。第一脈沖產(chǎn)生子單元101產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)，并將該第一脈沖信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)單 元11中；第二脈沖產(chǎn)生子單元102產(chǎn)生第二脈沖信號(hào)，并將該第二脈沖信號(hào)提供給探測(cè)脈 沖產(chǎn)生單元13。本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種相干光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，與圖1所示結(jié) 構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀相比，不同之處在于控制單元10包括脈沖產(chǎn)生子單元103、分路子 單元104和延時(shí)子單元105。脈沖產(chǎn)生子單元103產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)并將其輸入到分路子單元104，分路子單 元104將該第一脈沖信號(hào)分成兩路，一路直接輸入到驅(qū)動(dòng)單元11，另一路輸入到延時(shí)子單 元105，延時(shí)子單元105該第一脈沖信號(hào)進(jìn)行延時(shí)得到第二脈沖信號(hào)并將其提供給探測(cè)脈 沖產(chǎn)生單元13。本發(fā)明實(shí)施例提供的再一種相干光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，與圖1所示結(jié) 構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀相比，其不同之處在于驅(qū)動(dòng)單元11包括計(jì)數(shù)單元111和數(shù)模轉(zhuǎn)換 器 112。計(jì)數(shù)單元111對(duì)第一脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器112對(duì)計(jì)數(shù)單元111的 計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，即頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。計(jì)數(shù)單元111可以采用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如4進(jìn)制計(jì)數(shù)器、8進(jìn)制計(jì)數(shù)器，16進(jìn)制 計(jì)數(shù)器等，本申請(qǐng)不做具體限定。例如在一實(shí)施例中，計(jì)數(shù)單元111采用16進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí) 現(xiàn)，計(jì)數(shù)單元111輸出0、1、2. . . 15共16種結(jié)果。數(shù)模轉(zhuǎn)換器112對(duì)將上述16種數(shù)值轉(zhuǎn)換 為模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換時(shí)可以采取線性轉(zhuǎn)換，例如將每種結(jié)果乘以一個(gè)固定的模擬量，此種情況 下數(shù)模轉(zhuǎn)換器112輸出的信號(hào)就呈線性變化；數(shù)模轉(zhuǎn)換器112在進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)還可以采 取非線性轉(zhuǎn)換，例如，可以將計(jì)數(shù)單元輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為呈正弦狀或者余弦狀變化的模擬信號(hào)。當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器112輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)呈線性變化或者正弦狀變化或者余 弦狀變化時(shí)，在頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制下連續(xù)光激光器12輸出連續(xù)光的頻率也相應(yīng)的呈 線性變化或者正弦狀變化或者余弦狀變化。需要說(shuō)明的是，上述諸實(shí)施例中探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元13是對(duì)連續(xù)光激光器12輸出 的連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生探測(cè)脈沖，該探測(cè)脈沖需要耦合進(jìn)待探測(cè)光纖，以實(shí)現(xiàn)故障探測(cè)，因 此，當(dāng)待探測(cè)光纖路徑上包含有濾波器時(shí)，需要考慮連續(xù)光的頻率是否位于待探測(cè)光纖路 徑上濾波器的帶寬范圍之內(nèi)，如果連續(xù)光的頻率位于待探測(cè)光纖路徑上線路濾波器的帶寬 范圍之外，探測(cè)脈沖就會(huì)作為噪聲被線路濾波器所濾除而無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障探測(cè)。故驅(qū)動(dòng)單元 11輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)號(hào)需要控制連續(xù)光激光器12，使得其輸出的連續(xù)光的頻率是在線 路濾波器的帶寬范圍之內(nèi)變化，如圖6所示，其中B為待探測(cè)光纖所在路徑的線路濾波器帶 寬，f為連續(xù)光激光器13的固有中心頻率，也就是連續(xù)光激光器在不做任何調(diào)制時(shí)輸出的 連續(xù)光的中心頻率。線路濾波器帶寬B是依據(jù)待探測(cè)光纖所在路徑上的濾波器規(guī)格來(lái)確定 的，例如待探測(cè)光纖所在路徑上有多個(gè)濾波器，取這多個(gè)濾波器帶寬的交集為線路濾波器 的帶寬B。圖3和圖4所示結(jié)構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀的驅(qū)動(dòng)單元11也可以采取圖5所示結(jié) 構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀中的驅(qū)動(dòng)單元的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種相干光時(shí)域反射儀，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，與圖1所示結(jié) 構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀相比，其不同之處在于還包括相干接收機(jī)14和信號(hào)處理單元15。在 該相干光時(shí)域反射儀中，連續(xù)光激光器12輸出的連續(xù)光還作為本振光提供給相干接收機(jī) 14，相干接收機(jī)14接收所探測(cè)光纖中散射和/或反射回來(lái)的光信號(hào)，并將該反射或散射回 來(lái)的光信號(hào)和連續(xù)光激光器12輸出的連續(xù)光進(jìn)行相干接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)處理單元 15對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以獲取瑞利散射信號(hào)和/或端面反射信號(hào)。探測(cè)脈沖期間，相 干光時(shí)域反射儀發(fā)送的光信號(hào)在途徑光纖各點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生瑞利散射形成瑞利散射信號(hào)，在光 纖熔接處、連接處、斷纖處等會(huì)發(fā)生端面反射形成端面反射信號(hào)。瑞利散射信號(hào)和端面反射 信號(hào)在沿光纖向相干時(shí)域反射儀傳播的過(guò)程中，由于各種噪聲的影響，相干光時(shí)域反射儀 接收到的光信號(hào)中不僅包含了瑞利散射信號(hào)和/或端面反射信號(hào)，還包括了各種噪聲。因 此，需要在利用信號(hào)處理單元15對(duì)相干接收機(jī)14得到的電信號(hào)進(jìn)行處理，從中提取瑞利散 射信號(hào)和/或端面反射信號(hào)，以便后續(xù)根據(jù)提取的瑞利散射信號(hào)和/或端面反射信號(hào)對(duì)光 纖狀態(tài)進(jìn)行分析。其中，相干接收機(jī)14和信號(hào)處理單元15的詳細(xì)工作過(guò)程均是現(xiàn)有現(xiàn)有 技術(shù)，本申請(qǐng)中不做贅述。需要說(shuō)明的是，圖3、圖4和圖5所示結(jié)構(gòu)相干光時(shí)域反射儀還可以包括相干接收 機(jī)114和信號(hào)處理單元15。在圖1、圖3、圖4、圖5和圖7所示結(jié)構(gòu)的相干光時(shí)域反射儀中，控制單元可以 通過(guò) FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或者 CPLD(Complex Programmable Logic Device,復(fù)雜可編程邏輯器件)或者 DSP(Digital Signal ft~OCeSSOr，數(shù)字信號(hào)處理器)以數(shù)字邏輯的方式來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，當(dāng)然控制單元也可以 通過(guò)模擬器件組成的電路來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。在圖5中所涉及到的計(jì)數(shù)單元同樣可以通過(guò) FPGA、CPLD、DSP等以數(shù)字邏輯的方式實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，也可以通過(guò)模擬器件來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。
本發(fā)明實(shí)施例提供的相干光時(shí)域反射儀由于是對(duì)連續(xù)光激光器輸出連續(xù)光的頻 率進(jìn)行控制，使得每一個(gè)探測(cè)脈沖包含單一頻率成份的光波，而不同探測(cè)脈沖包含的光波 的頻率不相同，而不是使得連續(xù)光激光器輸出的探測(cè)脈沖包含不同頻率成份的光波，通過(guò) 控制第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期T ^ t+2L/C，使得一個(gè)探測(cè)脈沖對(duì)應(yīng)的散射和/ 或反射的光信號(hào)回到相干光時(shí)域儀后才發(fā)送下一個(gè)探測(cè)脈沖，從而避免了不同探測(cè)脈沖對(duì) 應(yīng)的散射和/或光信號(hào)之間發(fā)生疊加，因此，不僅能有效的降低相干衰落噪聲，同時(shí)又不會(huì) 導(dǎo)致連續(xù)光激光器輸出的光波的頻譜展寬，極大地提高了相干光時(shí)域反射儀對(duì)光纖故障的 分辨率和定位準(zhǔn)確度。當(dāng)本實(shí)施例提供的相干光時(shí)域反射儀中的控制單元產(chǎn)生的第二脈沖 信號(hào)滯后于第一脈沖信號(hào)至少一個(gè)光源調(diào)整時(shí)間t時(shí)，從而使得探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元是對(duì)連 續(xù)光激光器處于穩(wěn)定輸出狀態(tài)下輸出的連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生探測(cè)脈沖，就進(jìn)一步降低了相 干衰落噪聲，提高了相干光時(shí)域儀的性能。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種產(chǎn)生探測(cè)脈沖的方法，其流程如圖8所示，包括步驟S601 產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，第二脈沖信號(hào)滯后 于第一脈沖信號(hào)，且第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期T > t+2L/C。其中，L為待探測(cè)光 纖的長(zhǎng)度，C為光波在光纖中的傳播速度，t為連續(xù)光激光器的光源調(diào)整時(shí)間。光源調(diào)整時(shí) 間為激光器從穩(wěn)定輸出一種頻率的光到穩(wěn)定輸出另一種頻率的光所經(jīng)歷的時(shí)間，是每個(gè)激 光器固有的描述參數(shù)。在本步驟中，產(chǎn)生的第一脈沖信號(hào)是對(duì)相干光時(shí)域反射儀中的連續(xù)光激光器輸出 連續(xù)光的頻率進(jìn)行控制的源頭，產(chǎn)生的第二脈沖信號(hào)是用來(lái)對(duì)相干光時(shí)域反射儀中連續(xù)光 激光器輸出的連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制控制以產(chǎn)生探測(cè)脈沖。在本步驟中，可以由兩個(gè)獨(dú)立的脈沖源分別產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)， 也可以由一個(gè)脈沖源先產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)，然后再將該第一脈沖信號(hào)分成兩路，其中一路 經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)定的延時(shí)后就可以得到第二脈沖信號(hào)。由于當(dāng)一個(gè)信號(hào)施加到連續(xù)光激光器上對(duì)其輸出連續(xù)光的頻率進(jìn)行調(diào)整控制時(shí)， 連續(xù)光激光器需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)。因此，在該步驟中還可以具體控 制具體控制第二脈沖信號(hào)滯后于第一脈沖信號(hào)至少一個(gè)t。步驟S602 根據(jù)第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本步驟中產(chǎn)生的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)是施加連續(xù)光激光器上對(duì)其輸出連續(xù)光的頻 率進(jìn)行控制的，只要頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同，就能使得激光器輸出的連續(xù)光的頻率不同。因 此，每收到第一脈沖信號(hào)的一個(gè)脈沖，就改變當(dāng)前輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以有規(guī)律地 改變輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)，例如，可以使得頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)呈線性或者正弦狀變化 或者線性鋸齒狀變化；也可以隨機(jī)地改變輸出的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在一種具體實(shí)施例中，本步驟還可以具體包括對(duì)第一脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)；對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到頻率變化驅(qū)
動(dòng)信號(hào)。在對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)，可以將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換成呈規(guī)律性變化的頻 率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)，也可以將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換成隨機(jī)變化的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)頻率變化驅(qū) 動(dòng)信號(hào)呈規(guī)律性變化時(shí)，相應(yīng)的在該頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下連續(xù)光激光器輸出的連續(xù) 光的頻率也將呈現(xiàn)規(guī)律性變化；當(dāng)頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)隨機(jī)變化時(shí)，相應(yīng)的在該頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下連續(xù)光激光器輸出的連續(xù)光的頻率也將隨機(jī)變化。步驟S603 根據(jù)頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)連續(xù)光激光器，使得連續(xù)光激光器產(chǎn)生頻 率變化頻譜寬度保持不變的連續(xù)光。由于頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)是在第一脈沖信號(hào)的觸發(fā)下進(jìn)行改變的，即檢測(cè)到一個(gè)第 一脈沖信號(hào)的脈沖，就改變上一個(gè)脈沖觸發(fā)下產(chǎn)生的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并保持改變后的 頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)不變直到第一脈沖信號(hào)的下一個(gè)脈沖到來(lái)。因此，在第一脈沖信號(hào)的一 個(gè)周期內(nèi)，連續(xù)光激光器在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出的連續(xù)光的頻率是單一的且頻譜寬度不變，而 對(duì)應(yīng)第一脈沖信號(hào)的不同周期，連續(xù)光激光器輸出的連續(xù)光的頻率又是不一樣的。在本步驟中，頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)改變激光器的溫度、激光器的驅(qū)動(dòng)電路的電 流/電壓、諧振腔長(zhǎng)度等方式，使得激光器輸出的連續(xù)光的頻率發(fā)生變化。在一具體的實(shí)施例中，連續(xù)光激光器輸出在一具體的頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng) 下，連續(xù)光激光器輸出的連續(xù)光的頻率呈線性鋸齒狀或者正弦狀變化，如圖6所示。步驟S604 根據(jù)所述第二脈沖信號(hào)對(duì)所述連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制，得到探測(cè)脈沖。在本步驟中，根據(jù)第二脈沖信號(hào)對(duì)連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制時(shí)，可以采取簡(jiǎn)單的OOK調(diào)制 方式，又第二脈沖信號(hào)決定一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)有光和無(wú)光的時(shí)間，或者高光功率和低光功率 的時(shí)間。本發(fā)明實(shí)施例中產(chǎn)生的探測(cè)脈沖耦合進(jìn)待探測(cè)光纖實(shí)現(xiàn)故障探測(cè)，因此，當(dāng)待探 測(cè)光纖路徑上有濾波器時(shí)，需要考慮連續(xù)光激光器產(chǎn)生的連續(xù)光的頻率是否位于待探測(cè)光 纖路徑上線路濾波器的帶寬范圍之內(nèi)，如果連續(xù)光的頻率位于待探測(cè)光纖路徑上線路濾波 器的帶寬范圍之外，探測(cè)脈沖就會(huì)作為噪聲被線路濾波器所濾除而無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障探測(cè)。故 步驟603在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)還可以通過(guò)頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)在驅(qū)動(dòng)連續(xù)光激光器時(shí)，具體控制連 續(xù)光激光器輸出連續(xù)光的頻率位于區(qū)間[f+B/2，f_B/2]，如圖6所示，其中B為待探測(cè)光纖 所在路徑的線路濾波器帶寬，f為連續(xù)光激光器的固有中心頻率，也就是連續(xù)光激光器在不 做任何調(diào)制時(shí)輸出的連續(xù)光的中心頻率。線路濾波器帶寬B是依據(jù)待探測(cè)光纖所在路徑上 的濾波器規(guī)格來(lái)確定的，例如待探測(cè)光纖所在路徑上有多個(gè)濾波器，取這多個(gè)濾波器帶寬 的交集為線路濾波器的帶寬B。本發(fā)明實(shí)施例中提供的探測(cè)脈沖信號(hào)的產(chǎn)生方法，還可以進(jìn)一步包括從步驟 S603中產(chǎn)生的連續(xù)光分出一部分，將分出的該部分連續(xù)光和從光纖中散射或反射回來(lái)的光 信號(hào)進(jìn)行相干接收，得到電信號(hào)；對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，獲取瑞利散射信號(hào)和/或端面 反射信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例產(chǎn)生探測(cè)脈沖時(shí)，由于是對(duì)連續(xù)光激光器輸出連續(xù)光的頻率進(jìn)行控 制，使得每一個(gè)探測(cè)脈沖包含單一頻率成份的光波，而不同探測(cè)脈沖包含的光波的頻率不 相同，而不是使得連續(xù)光激光器輸出的探測(cè)脈沖包含不同頻率成份的光波，通過(guò)控制第一 脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期T ^ t+2L/C，使得一個(gè)探測(cè)脈沖對(duì)應(yīng)的散射和/或反射的 光信號(hào)回到相干光時(shí)域儀后才發(fā)送下一個(gè)探測(cè)脈沖，從而避免了不同探測(cè)脈沖對(duì)應(yīng)的散射 和/或光信號(hào)之間發(fā)生疊加，因此，不僅能有效的降低相干衰落噪聲，同時(shí)又不會(huì)導(dǎo)致連續(xù) 光激光器輸出的光波的頻譜展寬。當(dāng)本實(shí)施例提供的的第二脈沖信號(hào)滯后于第一脈沖信號(hào) 至少一個(gè)光源調(diào)整時(shí)間t時(shí)，從而使得是對(duì)連續(xù)光激光器處于穩(wěn)定輸出狀態(tài)下輸出的連續(xù) 光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生探測(cè)脈沖，就進(jìn)一步降低了相干衰落噪聲。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種相干光時(shí)域反射儀，其特征在于，包括控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、連續(xù)光激光器和 探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元；所述控制單元，用于產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，所述第二脈沖 信號(hào)滯后于所述第一脈沖信號(hào)，且所述第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期τ ^ t+2L/C，t 為所述連續(xù)光激光器的光源調(diào)整時(shí)間，L為待探測(cè)光纖的長(zhǎng)度，C為光波在光纖中的傳播速 度；所述驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 所述連續(xù)光激光器，用于在所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生頻率變化頻譜寬度 不變的連續(xù)光；所述探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述第二脈沖信號(hào)對(duì)所述連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生探測(cè) 脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的相干光時(shí)域反射儀，其特征在于，所述第二脈沖信號(hào)滯后于所 述第一脈沖信號(hào)至少一個(gè)t。
3.如權(quán)利要求1所述的相干光時(shí)域反射儀，其特征在于，所述控制單元具體包括 第一脈沖產(chǎn)生子單元，用于產(chǎn)生所述第一脈沖信號(hào)；第二脈沖產(chǎn)生子單元，用于產(chǎn)生所述第二脈沖信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的相干光時(shí)域反射儀，其特征在于，所述控制單元具體包括 脈沖產(chǎn)生子單元，用于產(chǎn)生所述第一脈沖信號(hào)；分路子單元，用于將所述第一脈沖信號(hào)分成兩路；延時(shí)子單元，用于對(duì)所述分路子單元得到的所述兩路中的一路進(jìn)行延時(shí)，得到所述第 二脈沖信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的相干光時(shí)域反射儀，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元包括計(jì)數(shù)單元，用于對(duì)所述第一脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)將所述計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的相干光時(shí)域反射儀，其特征在于，還進(jìn)一步包括相干接收機(jī)，用于接收光纖中散射和/或反射回來(lái)的光信號(hào)，并將其與所述連續(xù)光器 產(chǎn)生的所述連續(xù)光進(jìn)行相干得到電信號(hào)；信號(hào)處理單元，用于對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，獲取瑞利散射信號(hào)和/或端面反射 信號(hào)。
7.一種探測(cè)脈沖的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述方法包括產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，所述第二脈沖信號(hào)滯后于所述第一 脈沖信號(hào)，且所述第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期T ^ t+2L/C，t為連續(xù)光激光器的光 源調(diào)整時(shí)間，L為待探測(cè)光纖的長(zhǎng)度，C為光波在光纖中的傳播速度； 根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)；用所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述連續(xù)光激光器，使得所述連續(xù)光激光器產(chǎn)生頻率變 化頻譜寬度不變的連續(xù)光；根據(jù)所述第二脈沖信號(hào)對(duì)所述連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制，得到探測(cè)脈沖。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二脈沖信號(hào)具體滯后于所述第一脈 沖信號(hào)至少一個(gè)t。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述 連續(xù)光激光器，使得所述連續(xù)光激光器產(chǎn)生頻率變化頻譜寬度保持不變的連續(xù)光具體包 括根據(jù)所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)連續(xù)光激光器，使得所述連續(xù)光激光器產(chǎn)生頻率呈線 性鋸齒狀或者正弦狀變化，且頻譜寬度保持不變的連續(xù)光。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)光激光器產(chǎn)生的所述連續(xù)光的頻 率為位于區(qū)間[f+B/2，f-B/2]，所述f為所述連續(xù)光激光器的固有中心頻率，所述B為待探 測(cè)光纖路徑中的線路濾波器帶寬。
11.如權(quán)利要求7至10任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn) 生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)具體包括對(duì)所述第一脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)；對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還進(jìn)一步包括接收光纖中散射和/或反射回來(lái)的光信號(hào)；從所述連續(xù)光激光器產(chǎn)生的連續(xù)光中分出一部分和所述光纖中散射回來(lái)的散射和/ 或反射回來(lái)的光信號(hào)進(jìn)行相干，得到電信號(hào)；對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，獲取瑞利散射信號(hào)和/或端面反射信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種探測(cè)脈沖的產(chǎn)生方法和相干光時(shí)域反射儀。所述相干光時(shí)域反射儀包括控制單元，用于產(chǎn)生周期T相同的第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)，所述第二脈沖信號(hào)滯后于所述第一脈沖信號(hào)，且所述第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的周期T≥t+2L/C；驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述第一脈沖信號(hào)產(chǎn)生頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)；連續(xù)光激光器，用于在所述頻率變化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生頻率變化頻譜寬度不變的連續(xù)光；探測(cè)脈沖產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述第二脈沖信號(hào)對(duì)所述連續(xù)光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生探測(cè)脈沖。本發(fā)明實(shí)施例提供的相干光時(shí)域反射儀具有較高的光纖故障分辨率和定位準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)H04B10/071GK102142892SQ20101021914
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者馮志勇, 邱少峰, 韋逸嘉 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司