用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置，其首先在OFDR的辅助干涉仪中接入一个声光调制器(AOM)，用于对光波进行移频，增大拍频信号频率；然后用平衡探测器将该拍频信号转换为电信号，再用电耦合器分为两路，一路用高采样率的数据采集卡进行采集，另一路作为主干涉仪信号采集的外部时钟；最后以辅助干涉仪信号过零点为参考，通过简单的数据处理校正主干涉仪信号。本装置可以以较低的成本获得高精度的测量数据，并减小冗余的数据量，能够同时提高OFDR中激光器非线性扫频的校正准确度和数据处理的运算速度。的校正准确度和数据处理的运算速度。的校正准确度和数据处理的运算速度。

【技术实现步骤摘要】
用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感
，尤其涉及一种用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置。

技术介绍

[0002]光频域反射计(Optical Frequency Domain Reflectometer,OFDR)是一种基于光外差探测原理的光纤传感技术，于1981年由W.Eickhoff等人借鉴微波领域中的调频连续波技术后首次提出。与传统的光时域反射计相比，该技术具有更高的空间分辨率、传感精度和灵敏度，在建筑结构的安全监测、通信器件的性能检测和医学成像等领域有着重要的应用价值。
[0003]在典型的OFDR系统中，可调谐激光器发出的线性扫频光分为两路，一路作为参考光入射并由末端的反射镜反射回来，另一路进入待测光纤，由于光纤中存在折射率不均匀或突变的情况，将在对应位置处发生背向瑞利散射或菲涅尔反射，同时返回的参考光和测量光将在耦合器中发生拍频干涉，被光电探测器检测后由数据采集卡采集，根据拍频信号的特性可检测光纤的特性。然而实际上，所有激光器都无法做到严格线性扫频，即存在非线性调谐效应，这会导致相邻采样点之间的光频间隔不再相等，傅里叶变换后会发生反射峰明显展宽的现象，显著降低OFDR系统的空间分辨率。因此，要想提升系统的传感性能，必须对该效应进行补偿。
[0004]目前，主流的补偿方法是通过添加一个辅助干涉仪采集光源信息，然后采用硬件或者软件方法对主干涉仪信号进行校正。硬件方法是由B.Feng等人最先提出的，其补偿思想是利用辅助干涉仪拍频信号的过零点作为外部时钟，触发数据采集卡对主干涉仪信号进行采样，这样得到的信号便是等光频间隔的；该方法结构简单，数据处理量小，但由于Nyquist采样定理的限制，最大测量长度只有第一延迟光纤长度的一半。软件方法的光路结构与硬件方法完全相同，唯一不同的是该方法是在信号被采集后，再利用算法处理数据校正非线性，主要分为去斜滤波器法和重采样法。去斜滤波器法由Y.Du等人首次提出，通过估算光源的非线性相位信息，校正主干涉仪的拍频信号信息；该方法在短距离测试时补偿效果极佳，但要求对光源的非线性相位有很准确的估计，否则容易出错，并且，当光源非线性波动较大时，其补偿效果不佳。重采样法是先提取光源的瞬时光频信息，然后对主干涉仪拍频信号重采样得到等光频间隔的数据点，主要有一维插值法、非均匀快速傅里叶变换法和基于时间尺度因子的过零点重采样法。J.Song等人提出的一维插值法，原理简单易懂，但对采样率的要求较高，数据处理量大，运算效率很低；Z.Ding等人提出的非均匀快速傅里叶变换法，数据处理过程简便，但有效测试距离较短，待测光纤稍长时补偿效果会急剧下降；J.Xing等人提出的基于时间尺度因子的过零点重采样法是对过零点采样法的改进，该方法减轻了第一延迟光纤长度对最大测量范围的影响，并降低了对采样率的要求，缺点是难以准确获取辅助干涉仪拍频信号的过零点。因此目前的补偿方法均在测量距离、运算效率、补偿效果等方面受到不同程度的限制。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提出一种用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置，通过基于过零点的分段校正方法，实现对待测信号的快速准确校正，从而提高OFDR系统的处理速度和空间分辨率，其中提出的补偿方法可以很好地平衡测量距离、运算效率、补偿效果等方面的关系。
[0006]为实现本专利技术的目的，提供一种用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置，包括：可调谐激光器、第一耦合器、主干涉仪、辅助干涉仪、第二耦合器、第一数据采集卡、时钟调理电路、第二数据采集卡和计算机；所述主干涉仪包括第三耦合器、第一环形器、第四耦合器和第一平衡探测器；
[0007]所述第一耦合器的输入端连接可调谐激光器，所述第一耦合器的第一输出端连接辅助干涉仪的输入端，第一耦合器的第二输出端连接主干涉仪的输入端，辅助干涉仪的输出端通过第二耦合器分别连接第一数据采集卡的输入端和时钟调理电路的输入端，第二数据采集卡的输入端分别连接主干涉仪的输出端和时钟调理电路的输出端，计算机分别连接第一数据采集卡的输出端和第二数据采集卡的输出端；所述第三耦合器的输入端为主干涉仪的输入端，第三耦合器的输出端分别连接第四耦合器的输入端和第一环形器的第一端，第一环形器的第二端连接待测光纤，第一环形器的第三端连接第四耦合器的输入端，第四耦合器的输出端连接第一平衡探测器的输入端，第一平衡探测器的输出端为主干涉仪的输出端；
[0008]第一耦合器将可调谐激光器输出的连续光分为第一路光和第二路光，将第一路光输入辅助干涉仪，并将第二路光输入主干涉仪；辅助干涉仪获取第一路光对应的第一干涉光信号，将第一干涉光信号转换为交流电信号，将交流电信号输入第二耦合器；主干涉仪中，第三耦合器将第二路光分为参考光和测量光，将参考光传输至第四耦合器，将测量光经第一环形器输入待测光纤，由于待测光纤中存在折射率不均匀或突变的情况，将在相应位置处发生背向瑞利散射或菲涅尔反射，同时散射或反射回来的测量光与参考光在第四耦合器中发生拍频干涉，得到第二干涉光信号，第二干涉光信号经第一平衡探测器输入第二数据采集卡；第二耦合器将交流电信号分为第一信号和第二信号，将第一信号输入第一数据采集卡，将第二信号输入时钟调理电路；第一数据采集卡采集第一信号得到信号A，将信号A输入计算机；时钟调理电路将第二信号转化为时钟信号，作为第二数据采集卡的外部时钟信号，以对主干涉仪的拍频信号进行采集，得到信号M，第二数据采集卡将信号M输入计算机；计算机对信号A和信号M同步进行数据处理，以得到主干涉仪内设置的待测光纤各位置处散射点或反射点的强度信息，实现对待测光纤的光纤参数的测量。
[0009]在一个实施例中，所述辅助干涉仪包括第五耦合器、第一延迟光纤、第一声光调制器、第一法拉第反射镜、第六耦合器和第二平衡探测器；
[0010]进入辅助干涉仪的第一路光经过第五耦合器以50：50的功率比进入参考路和延迟路，得到参考光和延迟光，延迟光经过第一延迟光纤并被固定在末端的法拉第反射镜反射回去，先穿过第一延迟光纤再回到第五耦合器，接下来第五耦合器等分成两路光，一路光沿原路返回到可调激光器中，另一路光首先经过第一声光调制器产生频移，然后与直接通过的参考光在第六耦合器中发生拍频干涉，得到第一干涉光信号，第一干涉光信号进入第二平衡探测器后转换为交流电信号输出。
[0011]在另一个实施例中，所述辅助干涉仪包括第七耦合器、第二环形器、第二延迟光纤、第二声光调制器、第二法拉第反射镜、第八耦合器和第三平衡探测器；
[0012]进入辅助干涉仪的第一路光经过第七耦合器以50：50的功率比进入参考路和延迟路，得到参考光和延迟光，延迟光首先经过第二环形器进入第二延迟光纤，然后被固定在其末端的第二法拉第反射镜反射回去，经过第二环形器进入第二声光调制器产生移频，然后与直接通过的参考光在第八耦合器中发生拍频干涉，得到第一干涉光信号，第一干涉光信号进入第三平衡探测器后转换为交流电信号输出。
[0013]在其他实施例中，所述辅助干涉仪包括第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置，其特征在于，包括：可调谐激光器、第一耦合器、主干涉仪、辅助干涉仪、第二耦合器、第一数据采集卡、时钟调理电路、第二数据采集卡和计算机；所述主干涉仪包括第三耦合器、第一环形器、第四耦合器和第一平衡探测器；所述第一耦合器的输入端连接可调谐激光器，所述第一耦合器的第一输出端连接辅助干涉仪的输入端，第一耦合器的第二输出端连接主干涉仪的输入端，辅助干涉仪的输出端通过第二耦合器分别连接第一数据采集卡的输入端和时钟调理电路的输入端，第二数据采集卡的输入端分别连接主干涉仪的输出端和时钟调理电路的输出端，计算机分别连接第一数据采集卡的输出端和第二数据采集卡的输出端；所述第三耦合器的输入端为主干涉仪的输入端，第三耦合器的输出端分别连接第四耦合器的输入端和第一环形器的第一端，第一环形器的第二端连接待测光纤，第一环形器的第三端连接第四耦合器的输入端，第四耦合器的输出端连接第一平衡探测器的输入端，第一平衡探测器的输出端为主干涉仪的输出端；第一耦合器将可调谐激光器输出的连续光分为第一路光和第二路光，将第一路光输入辅助干涉仪，并将第二路光输入主干涉仪；辅助干涉仪获取第一路光对应的第一干涉光信号，将第一干涉光信号转换为交流电信号，将交流电信号输入第二耦合器；主干涉仪中，第三耦合器将第二路光分为参考光和测量光，将参考光传输至第四耦合器，将测量光经第一环形器输入待测光纤，由于待测光纤中存在折射率不均匀或突变的情况，将在相应位置处发生背向瑞利散射或菲涅尔反射，同时散射或反射回来的测量光与参考光在第四耦合器中发生拍频干涉，得到第二干涉光信号，第二干涉光信号经第一平衡探测器输入第二数据采集卡；第二耦合器将交流电信号分为第一信号和第二信号，将第一信号输入第一数据采集卡，将第二信号输入时钟调理电路；第一数据采集卡采集第一信号得到信号A，将信号A输入计算机；时钟调理电路将第二信号转化为时钟信号，作为第二数据采集卡的外部时钟信号，以对主干涉仪的拍频信号进行采集，得到信号M，第二数据采集卡将信号M输入计算机；计算机对信号A和信号M同步进行数据处理，以得到主干涉仪内设置的待测光纤各位置处散射点或反射点的强度信息，实现对待测光纤的光纤参数的测量。2.根据权利要求1所述的用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置，其特征在于，所述辅助干涉仪包括第五耦合器、第一延迟光纤、第一声光调制器、第一法拉第反射镜、第六耦合器和第二平衡探测器；进入辅助干涉仪的第一路光经过第五耦合器以50：50的功率比进入参考路和延迟路，得到参考光和延迟光，延迟光经过第一延迟光纤并被固定在末端的法拉第反射镜反射回去，先穿过第一延迟光纤再回到第五耦合器，接下来被第五耦合器等分成两路光，一路光沿原路返回到可调激光器中，另一路光首先经过第一声光调制器产生频移，然后与直接通过的参考光在第六耦合器中发生拍频干涉，得到第一干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，夏益华，孙莹，陈强，张旭苹，张益昕，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：