[发明专利]一种单纤单向光纤长度测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种单纤单向光纤长度测量方法及系统，所述系统包括：频率源、第一激光器、第二激光器、第一波分复用器、光纤链路、EDFA、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、鉴相器和运算控制单元。本发明提升了测量范围及测量精度、保证了操作便捷性，降低了系统成本，简化了结构并集成装置，利于在实际工程广泛应用；其中，采用鉴相器对相位差进行检测，可提高光纤长度的测量精度。

技术领域

本发明属于光纤长度测量技术领域，特别涉及一种单纤单向光纤长度测量方法及系统。

背景技术

光纤以通信容量大、传输距离远、信号串扰小、保密性能好、抗电磁干扰、传输质量佳等优点逐渐成为信息化时代的最佳传输介质之一。随着光纤通信和光纤传感技术的不断发展，长距离、高精度的光纤长度测量在通信、授时、军事、航天、航空、安全等领域内越来越具有重要的应用价值，对光纤长度测量精度的要求也日益提高。

目前，光纤长度测量的方法主要有：光时域反射法、光频域反射法、光脉冲延时法、光纤干涉法、激光相位法和激光锁模法等等。现有的这些方法各有其优势，也存在相对不足之处；例如，基于瑞利散射原理的光时域反射法，成本较高，测量精度为m量级；基于相干检测原理的光频域反射法，测量精度虽为mm量级，但光源相干条件较为苛刻，受温度影响较大；基于被动锁模原理的激光锁模法可实现长距离测量，但测量精度仅为cm量级。

综上，现有光纤长度测量方法难以在测量精度、测量范围、测量时间、操作便捷性和系统成本等方面做到兼顾，亟需一种新的单纤单向高精度长距离光纤长度测量方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单纤单向光纤长度测量方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明可在提升测量范围的同时，提升测量精度，保证操作便捷性，降低系统成本。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种单纤单向光纤长度测量方法，包括以下步骤：

步骤1：发射端的频率源输出频率为f的频率信号；将频率为f的频率信号同时调制在第一激光器与第二激光器上；其中，第一激光器发射的光的波长为λ₁，第二激光器发射的光的波长为λ₂，λ₁≠λ₂；

步骤2：在发射端，将第一激光器和第二激光器发射的两束光输入第一波分复用器，进行波分合束；由光纤链路进行传输，光纤链路长度为L；

步骤3：在接收端，通过第二波分复用器进行波分分束，将两种光信号分别送入第一光电探测器和第二光电探测器进行光电探测，得到频率为f的第一频率信号和频率为f的第二频率信号；

步骤4：将频率为f的第一频率信号与频率为f的第二频率信号送入鉴相器，获取两个频率为f的频率信号的相位差Δρ；

步骤5：根据步骤4获得的相位差Δρ进行计算获得光纤长度，计算表达式为，

式中，Δρ为相位差数据；λ₁为第一激光器发射的光的波长，λ₂为第二激光器发射的光的波长，λ₁≠λ₂；18为比例常数，为比例常数的单位。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，对第一激光器和第二激光器采用双层控温，用于稳定输出波长。

本发明的进一步改进在于，光纤链路中设置有EDFA，用于对光纤链路中的信号光进行功率补偿。

本发明的一种单纤单向光纤长度测量系统，包括：