[实用新型]一种基于FMCW技术的光纤故障定位装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤测距领域，具体涉及一种基于FMCW技术的光纤故障定位装置。

背景技术

传统的光纤故障定位的方法主要是利用光时域反射仪OTDR来测量故障点距离，它的基本原理是向待测光纤中发射一短脉冲光，通过检测背向光的时间响应来计算光纤距离，OTDR对光源要求较高，且空间分辨率和动态范围、系统灵敏度之间存在矛盾。调频连续波FMCW是一种在高精度雷达测距中使用的技术，主要优点是测距精度高、设备相对简单、易于实现固态化设计等。目前OFDR技术是利用FMCW技术在光域实现光相干处理，空间分辨率和系统灵敏度高，但是实现难度大、测试距离短、对外界环境非常敏感，主要用于分布式温度传感，很难用在长距离的光纤测距中。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于FMCW技术的光纤故障定位装置，解决了现有基于OFDR技术的光纤故障定位装置中，使用线性扫频光源和耦合器进行光相干处理造成的技术复杂、稳定性差、成本高且不能用于长距离光纤测距的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于FMCW技术的光纤故障定位装置，包括FMCW信号源，FMCW信号源与外调制器和混频器连接，外调制器的两端分别连接光源和三端子器件环形器的a口，环形器的c口与光电探测器连接，光电探测器后连接有混频器。

本实用新型的特点还在于，

光纤故障定位装置还包括低通滤波器、频谱分析仪和计算机，其中，混频器、低通滤波、频谱分析仪和计算机依次连接。

光源为半导体激光器，FMCW信号源的核心芯片采用AD9858，外调制器为M-Z调制器，采用JDSU LiNbO³电光强度调制器，光电探测器采用KG-HSP高灵敏度光探测模块，混频器的核心芯片为AD834。

频谱分析仪采用RIGOL DSA1030A仪表。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的光纤故障定位装置结构简单，可通过光电探测器将光信号转化成电信号，然后在混频器内进行电相干处理，从差频信号中获取光纤距离。由于电相干处理过程简单，使光纤测距更易实现。本实用新型的光纤故障定位装置将复杂的光相干处理替换为简单的电相干处理，并且用普通激光光源代替了现有装置中的线性扫频光源，降低了成本，为光纤故障定位和诊断提供了一种新的装置。

附图说明

图1为本实用新型的基于FMCW技术的光纤故障定位装置结构图。

图中，1.光源，2.FMCW信号源，3.外调制器，4.环形器，5.光探测器，6.混频器，7.低通滤波器，8.频谱分析仪，9.计算机，10.环形器a口，11.环形器c口，12.环形器b口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图1，基于FMCW技术的光纤故障定位装置中包括FMCW信号源2，FMCW信号源2与外调制器3和混频器6连接，外调制器3的两端分别连接光源1和三端子器件环形器4的a口10，环形器4的c口11与光电探测器5连接，光电探测器5后连接有混频器6，混频器6、低通滤波器7、频谱分析仪8和计算机9依次连接。

其中，环形器b口12连接待测光纤，光源1为半导体激光器，FMCW信号源2的核心芯片采用AD9858，外调制器3为M-Z调制器，采用JDSU LiNbO³电光强度调制器，光电探测器5具有高的灵敏度和低的等效噪声功率，采用KG-HSP高灵敏度光探测模块，混频器6的核心芯片为AD834，频谱分析仪8采用RIGOL DSA1030A仪表。

本实用新型的基于FMCW技术的光纤故障定位装置的工作过程为，FMCW信号源2同时产生两路线性调频连续波信号，一路作为参考信号输入混频器6，另一路作为调制信号输入外调制器3，驱动外调制器3对光源1产生的直流光信号进行外调制，调制后的光信号首先通过环形器4的a口进入环形器，再经b口注入待测光纤，环形器4将光纤中的入射光和背向散射光分离，然后由c口将背向散射光输出，背向散射光经光电探测器5转换为电信号，该电信号为反射信号，反射信号从光电探测器5输出后进入混频器6，混频器6将来自FMCW信号源2的参考信号和光电探测器4的反射信号进行混频，混频后用低通滤波器7滤除高频分量，得到包含距离信息的差频信号，差频信号从低通滤波器7输出后输入频谱分析仪8，频谱分析仪8进行频域采样和快速傅利叶变换(FFT)分析数据，计算机9采集分析后的数据并显示图像信息，将频率信息转换成光纤位置信息。

本实用新型利用FMCW技术进行光纤故障定位的基本原理是，FMCW信号源同时产生两路线性调频连续波信号，一路作为参考信号输入混频器，另一路作为调制信号输入M-Z调制器，对光源进行外调制，调制后的光信号通过环形器注入待测光纤中，由于光在光纤的传输过程中存在瑞利散射和菲涅尔反射，光电探测器将背向散射光转换成电信号，称之为反射信号。用宽带模拟乘法器对参考信号和反射信号进行混频，由于反射信号与参考信号有一段时延，从而导致反射信号与参考信号之间有一定的频率差，再用低通滤波器滤除高频分量，得到包含距离信息的差频信号。使用频谱分析仪进行频域采样和FFT，得到频谱信息，最后通过计算机采集频谱分析仪数据，从得到的差频频率信息中获取距离信息，从而计算出光纤故障点的位置。