[发明专利]混沌光时域反射仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光时域反射仪及其测量方法，具体来讲是一种混沌光时域反射仪及其测量方法，属于光纤线路测量技术领域。

技术背景

光时域反射仪(0ptical Time Domain Reflectometer，简称OTDR)是基于背向散射或反射信号的测量仪器，该仪器可以方便的对光纤进行非破坏性测量，并能够连续显示整个光纤线路损耗的相对位置变化和故障点位置，成为光纤研究、生产、铺设以及维护整个产业中应用最广的测量仪器，在整个光纤产业中占有重要的地位。OTDR主要由光发射部分、光接收部分、数据处理部分及显示部分组成。其中光发射、光接受及数据处理部分是OTDR的最关键部分，代表着OTDR的核心技术。传统的OTDR采用脉冲激光器作为光源，脉冲激光发射器向待测光纤链路发射光脉冲，通过测量回射光的功率及飞行时间得到损耗与距离的关系。对于使用脉冲激光器作为光源的传统OTDR来说，存在的问题是分辨率低，其分辨率受限制于光脉冲的宽度，如要达到100m的分辨率，脉冲宽度要小于1μs，且由于OTDR发射的峰值功率受限于激光器，动态范围的提高主要通过提高光脉冲能量实现，提高动态范围就会降低OTDR分辨率，而提高分辨率就会降低动态范围，这是传统脉冲式OTDR无法解决的问题。

在先技术EP0269448、JP9026376提出改进的相关法OTDR采用了伪随机码调制的光脉冲，利用相关技术进行信号处理，能较好的解决分辨率与动态范围无法同时提高的矛盾，可大大提高光时域反射的动态范围及分辨率。然而由于受限于伪随机码信号的频谱带宽，其分辨率的提高非常有限，没有完全发挥出相关法OTDR测量的优势，并且这种OTDR装置需要昂贵的伪随机码发生装置及复杂的编码、调制电路。

发明内容

本发明的目的是提供一种分辨率高、结构简单、成本低廉的光时域反射仪及其测量方法，以克服传统OTDR分辨率低及分辨率与动态范围无法同时提高的问题，解决相关法OTDR中由于信号带宽较小导致分辨率较低的问题。

为实现上述目的，本发明利用混沌激光信号代替相关法OTDR中的伪随机码调制的光脉冲作为探测信号，混沌激光信号为真正的随机信号，较伪随机码信号具有更高的带宽，可以大大提高OTDR的分辨率和减小测量盲区，且混沌光发射装置结构简单，成本低廉。其测量原理是将混沌光分为探测光I和参考光II，设参考光II满足的函数关系式为f(t)，探测光I经过待测光纤线路回射后满足的函数关系式g(t)＝Kf(t-τ₀)，则其互相关函数I(τ)=K∫-∞+∞f(t-τ)f(t-τ0)dt.]]>当τ＝τ₀时，互相关函数存在峰值。互相关函数的峰值与回射光强度有关。基于此原理，通过互相关仪或计算机进行处理就可以获得探测光回射的强度与往返时间τ₀，从而实现故障定位与光纤传输特性的检测。

本发明混沌光时域反射仪包括混沌光发射装置、光纤耦合器、光电探测器、A/D转换器、信号处理装置及显示装置，其结构特点在于混沌光发射装置发射的混沌光信号通过光纤耦合器I分为探测光I和参考光II；探测光I经光环形器发射到待测光纤线路中，利用光电探测器I接收从待测光纤线路中回射的探测光I，经A/D转换器I转换成数字信号输入信号处理装置中；参考光II由光电探测器II接收，由光信号转化为电信号，再经A/D转换器II转换成数字信号输入到信号处理装置中，信号处理装置对输入的两路数字信号进行互相关后输入到显示装置中。

本发明混沌光时域反射仪的探测光I也可以经光放大器放大后再经光环形器发射到待测光纤线路中。