專利名稱：多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光通信線路中對光纖進(jìn)行表征和故障定位，尤其是用于長距離、多中繼放大海底通信光纜健康監(jiān)測的相干光時(shí)域反射儀。
背景技術(shù)：
目前，商用的相干光時(shí)域反射(COTDR)儀都使用單頻窄線寬探測光脈沖，相干探測產(chǎn)生的電信號只是單中頻信號，通過檢測該中頻信號的功率隨時(shí)間的變化，可獲得光纖線路的健康狀況。在特定脈寬條件下，其動態(tài)范圍可以通過增加脈沖峰值功率或者增加數(shù)據(jù)的平均次數(shù)來提升，但是峰值功率受到光纖非線性效應(yīng)的限制。由于商用系統(tǒng)的光電信號處理模塊，僅僅是對一個中頻信號進(jìn)行處理，這樣，對于長距離的光纜通信線路的監(jiān)測， 比如12000公里的越洋海纜線，系統(tǒng)測量時(shí)間則會長達(dá)數(shù)小時(shí)。由于COTDR系統(tǒng)探測光使用線寬小于IOkHz的激光光源，這就導(dǎo)致了探測光在被測光纖中的瑞利散射單元之間的信號光具有極強(qiáng)的相干性，從而引起相干瑞利噪聲。相干瑞利噪聲會導(dǎo)致探測曲線的劇烈波動， 從而影響對光通信線路事件點(diǎn)的識別。對于消除相干瑞利噪聲和增加測量的動態(tài)范圍，最常用的辦法就是增加測量和平均的次數(shù)，COTDR的探測曲線一般是216次測量結(jié)果的平均， 有時(shí)會達(dá)次或更高。COTDR的性能評價(jià)有三個重要的參數(shù)動態(tài)范圍、空間分辨率和測量時(shí)間。動態(tài)范圍的提升主要通過提升探測光功率和增加測量及平均的次數(shù)來實(shí)現(xiàn)。但是由于光纖中的非線性效應(yīng)特別是受激布里淵散射的限制，入射到被測光纖中的探測光功率應(yīng)低于受激布里淵閾值，故系統(tǒng)動態(tài)范圍的提升受到制約。測量的空間分辨率主要受探測光脈沖寬度的限制，縮短探測光脈沖寬度以提升空間分辨率，但會降低測量的動態(tài)范圍。通過脈沖編碼的方式，可以使測量同時(shí)具有大的動態(tài)范圍和高的空間分辨率，但這會急劇地增加系統(tǒng)信號處理的時(shí)間。鑒于上述的諸多限制，我們把提升COTDR系統(tǒng)性能的關(guān)鍵放在增加測量及平均的次數(shù)上。很顯然，目前商用的COTDR系統(tǒng)增加測量及平均次數(shù)只能靠增加測量的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。要想不以犧牲測量時(shí)間為代價(jià)來獲得好的測量效果，唯一的辦法是提升系統(tǒng)的測量速度。關(guān)于提升COTDR系統(tǒng)測量速度的研究日本NTT公司Masatoyo Sumida在1996年有實(shí)驗(yàn)報(bào)道。它是利用控制分布布拉格反射式(DBR)激光器的注入電流來改變探測光的頻率，通過時(shí)序控制得到不同頻率的探測光脈沖序列。探測光實(shí)質(zhì)上為頻率脈沖，也就是探測光功率是恒定且時(shí)間連續(xù)的，但其頻率則是時(shí)間離散的。探測光頻率脈沖在被測光纖中的背向散射和/或反射信號與單頻的本振光相干產(chǎn)生多個不同的中頻信號，一個中頻信號對應(yīng)一路測量，多路中頻信號對應(yīng)的曲線最終合成為一路，這樣就可以使測量速度成倍增加。 所以，該方案的光電信號處理模塊，通過多個帶通濾波后，并行處理數(shù)據(jù)，然后再通過累加器合成為一路信號輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能快速地降低探測曲線的衰落噪聲，提升信噪比。但是，該方法探測光每個時(shí)刻只能存在一個頻率，對激光器的控制需要額外的電路設(shè)計(jì)，控制的精度受控制電路硬件和激光器本身性能的影響很大。另外，該方案的本振光出現(xiàn)在一個脈沖序列周期的最后，因此，必然產(chǎn)生因設(shè)計(jì)方案缺陷帶來的盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀方法和裝置，尤其是提出能更快地降低探測曲線的衰落噪聲和提升測量的動態(tài)范圍，而且測量速度大大提高的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法和裝置。所述技術(shù)方案如下多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法，注入到被測光纖中的探測光脈沖為時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖，可以利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖；本振光為單頻激光，多頻探測光脈沖的功率譜相對于本振光的頻率兩邊對稱；利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器產(chǎn)生的時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖的0階頻率與本振光頻率相同；相位調(diào)制器的調(diào)制深度大于1 ；時(shí)分復(fù)用的多頻光脈沖在的背向散射和/或反射信號與本振光在相干探測模塊中混合，二者相干并由光電探測器輸出時(shí)分復(fù)用的中頻信號；中頻信號處理模塊放大相干探測得到的時(shí)分復(fù)用的中頻信號，根據(jù)中頻信號的特征，選擇所需的帶通濾波器，濾出中頻信號，后續(xù)電路對多路中頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，顯示被測光纖信息；或直接使用數(shù)字信號處理的方法提取中頻信號的功率并做時(shí)序?qū)R，顯示顯示被測光纖探測曲線。對時(shí)分復(fù)用的中頻信號的處理，可以通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)；處理步驟包括放大中頻信號，再送至各個濾波單元濾出各個中頻信號，然后在分別對各個中頻進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字下變頻以及提取中頻信號功率，接著對各個中頻信號的功率進(jìn)行時(shí)序?qū)R，再疊加、求平均，最后顯示探測曲線。對時(shí)分復(fù)用的中頻信號的處理，可以通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)；處理步驟包括利用數(shù)據(jù)采集卡采集中頻信號，再對采集的數(shù)據(jù)做數(shù)字帶通濾波濾出各個中頻信號，然后在分別對各個中頻進(jìn)行數(shù)字下變頻和低通濾波以提取各個中頻信號功率，接著對各個中頻信號的功率進(jìn)行時(shí)序?qū)R，再疊加、求平均，最后顯示探測曲線。相位調(diào)制器的驅(qū)動電壓使其調(diào)制深度為2. 405一種多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，所述裝置包括光源模塊，光源設(shè)有兩路輸出，一路至多頻探測光模塊，一路為單頻本振光；多頻探測光模塊，連接光源模塊，利用具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的電信號同時(shí)控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器，從而產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用多頻探測光脈沖；相干探測模塊，多頻探測光模塊輸出到被測光纖的背向散射和/或反射信號與單頻本振光在相干探測模塊中混合，實(shí)現(xiàn)對多頻探測光脈沖在被測光纖中與本振光的相干探測，從而得到時(shí)分復(fù)用的多個中頻信號輸出；中頻信號處理模塊，連接并放大相干探測模塊中頻信號，再根據(jù)相干探測得到的中頻信號的特點(diǎn)，濾出所需的中頻信號，處理中頻信號并顯示與被測光纖有關(guān)的信息。多頻探測光模塊中，具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的電信號按時(shí)序改變相位調(diào)制器的調(diào)制頻率， 并同步控制光脈沖調(diào)制器脈沖的產(chǎn)生，使光脈沖調(diào)制器在同一脈沖周期內(nèi)輸出的時(shí)分復(fù)用探測光脈沖序列是在不同相位調(diào)制器調(diào)制頻率下產(chǎn)生的；光源模塊中，單頻激光經(jīng)耦合器分成兩路，一路進(jìn)入相位調(diào)制器，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生多頻探測光，一路用做單頻本振光；
多頻探測光模塊中，光脈沖調(diào)制器選用電光調(diào)制器，且由具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的脈沖電信號控制；光源模塊中，單頻激光經(jīng)耦合器分成兩路，一路進(jìn)入相位調(diào)制器，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生多頻探測光，一路用做單頻本振光；多頻探測光模塊中，光脈沖調(diào)制器選用聲光調(diào)制器，且由具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的脈沖電信號控制；相干探測模塊中，本振光光路中選用具有相同移頻作用的聲光調(diào)制器，且使其工作在連續(xù)模式；中頻信號處理模塊中，中頻信號處理可以使用軟件方法實(shí)現(xiàn)，具體過程依次包括 數(shù)據(jù)采集、數(shù)字帶通濾波、數(shù)字下變頻和低通濾波，以及信號時(shí)序調(diào)整、信號功率求和及平均，最后顯示探測曲線；中頻信號處理模塊中，中頻信號處理可以使用模擬濾波器組和硬件電路實(shí)現(xiàn)中頻信號功率的提取及時(shí)序?qū)?yīng)，最后顯示探測曲線。本發(fā)明的有益效果是與商用的基于單頻探測光的相干光時(shí)域反射儀相比，本發(fā)明能更快地降低探測曲線的衰落噪聲和提升測量的動態(tài)范圍，而且測量速度大大提高。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的一種方法示意圖。圖2是本發(fā)明涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀時(shí)分復(fù)用多頻探測光脈沖產(chǎn)生的方法示意圖。圖3是本發(fā)明涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀一個脈沖周期內(nèi)的時(shí)分復(fù)用多頻探測光脈沖示意圖。圖4是本發(fā)明涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀相位調(diào)制器某一時(shí)刻輸出的多頻探測光功率譜示意圖。圖5是本發(fā)明涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀裝置一種結(jié)構(gòu)圖。圖6是時(shí)分復(fù)用探測光脈沖在被測光纖中的背向散射和/或反射信號與單頻本振光相干產(chǎn)生中頻信號的示意圖。圖7是本發(fā)明涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀中頻信號處理模塊的基于軟件技術(shù)的一種結(jié)構(gòu)圖。圖8是本發(fā)明所涉及的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀中頻信號處理模塊的基于硬件技術(shù)一種結(jié)構(gòu)圖。圖9是本發(fā)明涉及的時(shí)分復(fù)用的各個中頻信號對應(yīng)的探測曲線及最終所得的探測曲線示意圖。圖10是本發(fā)明的填充光與時(shí)分復(fù)用的探測光脈沖序列形成準(zhǔn)連續(xù)光的示意圖。圖11是本發(fā)明圖5所示結(jié)構(gòu)使用填充光與探測光脈沖互補(bǔ)形成準(zhǔn)連續(xù)光的示意圖。圖12是本發(fā)明圖5所示結(jié)構(gòu)中采用聲光調(diào)制器產(chǎn)生探測光脈沖的一種示意圖。圖中1.單頻激光光源；2.分束器；3.相位調(diào)制器；4.光放大器；5.光脈沖調(diào)制器；6.環(huán)形器；7.擾偏器；8.光接口；9. X型3dB耦合器；10.光電探測器；11.電放大器； 12.多通道帶通濾波器組；13.數(shù)據(jù)采集單元；14.數(shù)字下變頻單元；15.低通濾波單元; 16.中頻信號合成與現(xiàn)實(shí)單元；17.填充光光源；18.聲光調(diào)制器；19.波分復(fù)用器；101.光源模塊；102.時(shí)分復(fù)用探測光模塊；103.相干探測模塊；104.中頻信號處理模塊；200.單頻光源；201.時(shí)分復(fù)用多頻探測光脈沖；202.背向散射和/或反射信號；203.相干探測； 204.中頻信號處理.
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法， 該方法詳細(xì)內(nèi)容如下200:單頻激光光源發(fā)出的激光經(jīng)分束器分成兩路，一路經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生多頻光，另一路用做單頻本振光；201 相位調(diào)制器的調(diào)制深度大于1，利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器，產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用探測光脈沖；時(shí)序電信號的控制過程如圖2所示，相位調(diào)制器的射頻驅(qū)動在時(shí)序電信號的觸發(fā)下產(chǎn)生時(shí)序結(jié)構(gòu)的頻率脈沖，如圖3所示，該頻率脈沖驅(qū)動相位調(diào)制去輸出具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的多頻探測光，同時(shí)，時(shí)序電信號驅(qū)動光脈沖發(fā)生器產(chǎn)生多頻探測光脈沖。多頻探測光脈沖在某個頻率脈沖f"驅(qū)動下產(chǎn)生的多頻探測光脈沖的功率譜如圖4所示。202 收集時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖在被測光纖中的背向散射和/或反射信號；203 時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖在被測光纖中的背向散射和/或反射信號與本振光經(jīng)混合，產(chǎn)生多個相干中頻信號，并由光電探測器接收；204 放大相干中頻信號，再濾出各個中頻信號，中頻信號的特征如圖6所示；實(shí)時(shí)處理這些中頻信號并合成為一路，最后顯示探測曲線，該過程如圖9所示。實(shí)施例2見圖5，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多頻探測光相干光時(shí)域反射儀的方法和裝置，該方法及裝置詳細(xì)內(nèi)容如下單頻激光光源1發(fā)出的光經(jīng)90 10的分束器2分成兩束，高功率輸出的一端接入探測光光路，設(shè)置相位調(diào)制器3的驅(qū)動電壓使其調(diào)制深度為2. 405，這樣從相位調(diào)制器3 輸出多頻光的功率譜中的0階頻率的功率最低，且大部分的功率集中在士 1階和士2階頻率上，其功率譜結(jié)構(gòu)如圖4所示；相位調(diào)制器3輸出的多頻探測光再經(jīng)光放大器4，如摻鉺光纖放大器放大以提升探測光的功率，再經(jīng)電光調(diào)制器5變成探測光脈沖；相位調(diào)制器3和電光調(diào)制器5由時(shí)序電信號控制。如用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)序電信號，脈沖信號發(fā)生器的觸發(fā)接任意波形發(fā)生器，使任意波形發(fā)生器產(chǎn)生如圖3所示的具有時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)頻率脈沖，以驅(qū)動相位調(diào)制器輸出時(shí)分復(fù)用的多頻探測光。相位調(diào)制器在驅(qū)動頻率f"下輸出的多頻探測光的功率譜如圖4所示。另外，脈沖信號發(fā)生器輸出的電脈沖信號驅(qū)動電光調(diào)制器5，以產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖；本振光的頻率與多頻探測光脈沖的0階頻率相同，這樣某一個多頻探測光脈沖在被測光纖中的背向散射和/或反射信號的士1階和士2階頻率與本振光相干僅產(chǎn)生兩個中頻信號，如圖6所示。由于探測光脈沖是時(shí)分復(fù)用的，則它將產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用的多個中頻信號。探測光脈沖經(jīng)擾偏器擾6偏后，再經(jīng)環(huán)形器7和經(jīng)光接口 8注入被測光纖；探測光脈沖在被測光纖中的背向瑞利散射光與單頻本振光在3dB的X型耦合器9 混合，二者相干產(chǎn)生具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的多個中頻信號，并從光電探測器10輸出；對中頻信號的實(shí)時(shí)處理可使用軟件方法，如圖7所示，中頻信號經(jīng)電放大器11放大后，由多通道的帶通濾波器濾出大部分帶外噪聲，濾波器的帶寬不低于探測光脈沖寬度的倒數(shù)，接著由數(shù)據(jù)采集卡采集電信號用做數(shù)字信號處理；數(shù)字信號處理過程包括利用多通道的數(shù)字帶通濾波器組濾出與時(shí)分復(fù)用的各路中頻信號，接著進(jìn)行數(shù)字下變頻和低通濾波以提取中頻信號的功率，最后通過時(shí)序調(diào)整，求和及平均運(yùn)算得到最終的探測曲線，該過程如圖9所示。對中頻信號的實(shí)時(shí)處理可使用硬件方法實(shí)現(xiàn)，如圖8所示，光電探測器10輸出的中頻信號，經(jīng)電放大器11放大后輸送到各個硬件處理單元，通過硬件電路實(shí)現(xiàn)濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字下變頻、低通濾波以及時(shí)序調(diào)制及數(shù)據(jù)求和與平均，最后顯示探測曲線。本發(fā)明光源模塊，為探測光提供初始的光源，也為相干探測模塊提供本振光，光源模塊選用單頻激光器；時(shí)分復(fù)用探測光模塊，連接光源模塊，利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器以產(chǎn)生具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的多頻探測光脈沖，即時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖；相干探測模塊，連接光源模塊和時(shí)分復(fù)用探測光模塊，使時(shí)分復(fù)用的探測光脈沖在被測光纖中的背向散射和/或反射信號與本振光混合，二者相干產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用的中頻信號；中頻信號處理模塊，連接相干探測模塊，放大從相干探測模塊中輸出的時(shí)分復(fù)用的中頻信號，利用多個濾波器實(shí)現(xiàn)對多個中頻信號的分離，然后在并行處理各個中頻信號， 最后得到探測曲線并顯示，也可以利用數(shù)字信號處理即軟件方法實(shí)現(xiàn)該過程。其中，所述的裝置還包括時(shí)分復(fù)用探測光模塊，在時(shí)分復(fù)用探測光脈沖發(fā)送完以后，發(fā)送填充光脈沖，使二者占滿整個脈沖周期，即形成準(zhǔn)連續(xù)光。實(shí)施例3見圖12，本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種多頻探測光相干光時(shí)域反射儀的裝置，該裝置與實(shí)施例2結(jié)構(gòu)基本相同，只是，系統(tǒng)中光脈沖調(diào)制器使用聲光調(diào)制器18。由于聲光調(diào)制器18具有移頻作用，因此，在相干探測模塊本振光光路中也使用一個具有相同頻移特性的聲光調(diào)制器18，但它工作再連續(xù)光模式僅起移頻作用，于是多頻探測光脈沖中的0階頻率與本振光的頻率相同。這樣就可以保證相干中頻信號出現(xiàn)如圖6所示的結(jié)果。實(shí)施例4外腔式半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的單頻激光經(jīng)90 10的分束器2分成兩束，高功率的一束連接相位調(diào)制器3用于產(chǎn)生多頻探測光，低功率的一束用作本振光，接X型的3dB耦合器9的一端。利用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)序電信號。脈沖信號發(fā)生器的觸發(fā)端接任意波形發(fā)生器，設(shè)置任意波形發(fā)生器輸出的射頻信號的時(shí)序，使其在觸發(fā)電平作用下產(chǎn)生具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的頻率脈沖，從而驅(qū)動相位調(diào)制器3。頻率脈沖的脈沖寬度為1微秒，頻率依次為15MHZ、16MHz、17MHz、18MHz、19MHz，共5個.同時(shí)，利用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生脈寬為1微秒的周期為1. 2毫秒的電脈沖，以驅(qū)動電光調(diào)制器5產(chǎn)生脈寬為1微秒周期為1. 2毫秒的光脈沖。相位調(diào)制器3輸出的時(shí)分復(fù)用的多頻探測光由摻鉺光纖放大器4放大。探測光脈沖經(jīng)擾偏器6擾偏后，再經(jīng)環(huán)形器7和經(jīng)光接口 8注入到100公里長的被測光纖中；探測光脈沖在被測光纖中的背向瑞利散射光與單頻本振光在3dB的X型耦合器 9混合，二者相干產(chǎn)生具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的多個中頻信號，并由光電探測器10接收；相干過程產(chǎn)生10個中頻信號，它們的頻率分別為15MHz、30MHz、16MHz、32MHz、17MHz、34MHz、18MHz、 36MHz、19MHz、38MHz。從光電探測器10輸出的這10路中頻信號，經(jīng)電放大器11放大后，再分別送到各個信號處理單元，分別對這10路中頻信號進(jìn)行帶通濾波、數(shù)字下變頻和低通濾波以完成多各路中頻信號功率的提取，從而得到探測曲線，如圖9所示。其中，帶通濾波器12的帶寬應(yīng)不低于探測光脈沖寬度的倒數(shù)，對于1微秒的探測光脈沖寬度，帶通濾波器的帶寬可取為 IMHz0由于中頻信號也是時(shí)分復(fù)用的，因此需要對各路中頻信號對應(yīng)的探測曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序?qū)R后再求和及平均，從而得到最終的探測曲線。
權(quán)利要求
1.多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征是注入到被測光纖中的探測光脈沖為時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖，利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖；本振光為單頻激光，多頻探測光脈沖的功率譜相對于本振光的頻率兩邊對稱；利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器產(chǎn)生的時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖的0階頻率與本振光頻率相同；相位調(diào)制器的調(diào)制深度大于1 ； 時(shí)分復(fù)用的多頻光脈沖在的背向散射和/或反射信號與本振光在相干探測模塊中混合，二者相干并由光電探測器輸出時(shí)分復(fù)用的中頻信號；中頻信號處理模塊放大相干探測得到的時(shí)分復(fù)用的中頻信號，根據(jù)中頻信號的特征，選擇所需的帶通濾波器，濾出中頻信號，后續(xù)電路對多路中頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，顯示被測光纖信息；或直接使用數(shù)字信號處理的方法提取中頻信號的功率并做時(shí)序?qū)R，顯示顯示被測光纖探測曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征是對時(shí)分復(fù)用的中頻信號的處理，可以通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)；處理步驟包括放大中頻信號，再送至各個濾波單元濾出各個中頻信號，然后在分別對各個中頻進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字下變頻以及提取中頻信號功率，接著對各個中頻信號的功率進(jìn)行時(shí)序?qū)R，再疊加、求平均，最后顯示探測曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征是對時(shí)分復(fù)用的中頻信號的處理，通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)；處理步驟包括利用數(shù)據(jù)采集卡采集中頻信號，再對采集的數(shù)據(jù)做數(shù)字帶通濾波濾出各個中頻信號，然后在分別對各個中頻進(jìn)行數(shù)字下變頻和低通濾波以提取各個中頻信號功率，接著對各個中頻信號的功率進(jìn)行時(shí)序?qū)R，再疊加、求平均，最后顯示探測曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法，其特征是相位調(diào)制器的驅(qū)動電壓使其調(diào)制深度為2. 405。
5.一種多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，所述裝置包括 光源模塊，光源設(shè)有兩路輸出，一路至多頻探測光模塊，一路為單頻本振光；多頻探測光模塊，連接光源模塊，利用具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的電信號同時(shí)控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器，從而產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用多頻探測光脈沖；相干探測模塊，多頻探測光模塊輸出到被測光纖的背向散射和/或反射信號與單頻本振光在相干探測模塊中混合，實(shí)現(xiàn)對多頻探測光脈沖在被測光纖中與本振光的相干探測， 從而得到時(shí)分復(fù)用的多個中頻信號輸出；中頻信號處理模塊，連接并放大相干探測模塊中頻信號，再根據(jù)相干探測得到的中頻信號的特點(diǎn)，濾出所需的中頻信號，處理中頻信號并顯示與被測光纖有關(guān)的信息。多頻探測光模塊中，具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的電信號按時(shí)序改變相位調(diào)制器的調(diào)制頻率，并同步控制光脈沖調(diào)制器脈沖的產(chǎn)生，使光脈沖調(diào)制器在同一脈沖周期內(nèi)輸出的時(shí)分復(fù)用探測光脈沖序列是在不同相位調(diào)制器調(diào)制頻率下產(chǎn)生的；光源模塊中，單頻激光經(jīng)耦合器分成兩路，一路進(jìn)入相位調(diào)制器，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生多頻探測光，一路用做單頻本振光；多頻探測光模塊中，光脈沖調(diào)制器選用電光調(diào)制器，且由具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的脈沖電信號控制；光源模塊中，單頻激光經(jīng)耦合器分成兩路，一路進(jìn)入相位調(diào)制器，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生多頻探測光，一路用做單頻本振光；多頻探測光模塊中，光脈沖調(diào)制器選用聲光調(diào)制器，且由具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的脈沖電信號控制；相干探測模塊中，本振光光路中選用具有相同移頻作用的聲光調(diào)制器，且使其工作在連續(xù)模式；中頻信號處理模塊中，中頻信號處理可以使用軟件方法實(shí)現(xiàn)，具體過程依次包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)字帶通濾波、數(shù)字下變頻和低通濾波，以及信號時(shí)序調(diào)整、信號功率求和及平均，最后顯示探測曲線；中頻信號處理模塊或使用模擬濾波器組和硬件電路實(shí)現(xiàn)中頻信號功率的提取及時(shí)序?qū)?yīng)，最后顯示探測曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述多頻探測光模塊中，具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的電信號按時(shí)序改變相位調(diào)制器的調(diào)制頻率，并同步控制光脈沖調(diào)制器脈沖的產(chǎn)生，使光脈沖調(diào)制器在同一脈沖周期內(nèi)輸出的時(shí)分復(fù)用探測光脈沖序列是在不同相位調(diào)制器調(diào)制頻率下產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，多頻探測光模塊中，光脈沖調(diào)制器選用電光調(diào)制器，且由具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的脈沖電信號控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述光源模塊中，單頻激光經(jīng)耦合器分成兩路，一路進(jìn)入相位調(diào)制器，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生多頻探測光，一路用做單頻本振光；多頻探測光模塊中，光脈沖調(diào)制器選用聲光調(diào)制器，且由具有時(shí)序結(jié)構(gòu)的脈沖電信號控制；相干探測模塊中，本振光光路中選用具有相同移頻作用的聲光調(diào)制器，且使其工作在連續(xù)模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述中頻信號處理模塊中，中頻信號處理使用軟件方法實(shí)現(xiàn)，具體過程依次包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)字帶通濾波、數(shù)字下變頻和低通濾波，以及信號時(shí)序調(diào)整、信號功率求和及平均，最后顯示探測曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的裝置，其特征在于，所述中頻信號處理模塊中，中頻信號處理可以使用模擬濾波器組和硬件電路實(shí)現(xiàn)中頻信號功率的提取及時(shí)序?qū)?yīng)，最后顯示探測曲線。
全文摘要
多頻探測光時(shí)分復(fù)用相干光時(shí)域反射儀的方法，注入到被測光纖中的探測光脈沖為利用時(shí)序電信號同步控制相位調(diào)制器和光脈沖調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生時(shí)分復(fù)用的多頻探測光脈沖；本振光為單頻激光，多頻探測光脈沖的功率譜相對于本振光的頻率兩邊對稱；多頻探測光脈沖的0階頻率與本振光頻率相同；相位調(diào)制器的調(diào)制深度大于1；時(shí)分復(fù)用的多頻光脈沖在的背向散射和/或反射信號與本振光在相干探測模塊中混合，二者相干并由光電探測器輸出時(shí)分復(fù)用的中頻信號；中頻信號處理模塊放大相干探測得到的時(shí)分復(fù)用的中頻信號，根據(jù)中頻信號的特征，選擇所需的帶通濾波器，濾出中頻信號，后續(xù)電路對多路中頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，顯示被測光纖信息。
文檔編號H04B10/08GK102412894SQ20111035992
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者呂立冬, 宋躍江, 張旭蘋 申請人:南京大學(xué)