一种测量弱反射光栅阵列反射率的方法及系统技术方案

一种弱反射光栅阵列反射率的测量方法，使用光时域反射仪OTDR，包括直流光源、调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光电探测器、数据采集卡、数据分析处理模块和显示模块；1)将弱反射光栅阵列接入上述测量系统，将待测的弱反射光栅阵列接入到环形器的第2端口；2)激光器的输出端口接调制器输入端口；激光器输出直流光信号经调制器调制成探测光脉冲，被掺铒光纤放大器放大后，经环形器进入待测弱反射光栅阵列形成探测信号；3)环形器的第3端口接光电探测器的输入端口；光电探测器的输出端口接数据采集卡的输入端口；通过光电探测器输出端口送至数据采集卡；4)数据采集卡的输出端口连接数据分析处理模块。析处理模块。析处理模块。

【技术实现步骤摘要】
一种测量弱反射光栅阵列反射率的方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感测量的
，尤其是涉及一种测量弱反射光栅阵列反射率的方法及系统。

技术介绍

[0002]分布式光纤传感技术是一种基于后向散射的分布式光纤传感器，通过向光纤发送光信号，继而测量后向散射来反映传感光纤沿线的物理特征，所基于的后向散射包括拉曼散射、布里渊散射和瑞利散射等。其中瑞利散射所提供的信号，信噪比明显大于基于拉曼散射和布里渊散射的信号，因此在测量应变、温度和形状等物理量方面发挥着重要的作用。随着技术的不断发展，光时域反射仪(OTDR)也逐渐从测量光纤衰减、接头损耗和检测光纤故障点的功能发展成具有测量温度、应力和声波等功能的多功能型传感器。
[0003]CN201510213700.3公开了一种测量弱光纤光栅反射率的方法，包括以下步骤：将被测光纤光栅放置在低反射率光纤光栅反射率测试系统中；再将被测光纤光栅的UPC型光纤接头端清洁干净，并将它置于介质1中，获得被测光纤光栅的反射谱；然后保持系统固定，迅速再将UPC型光纤接头清洁干净后置于介质2中，再次获得被测光纤光栅的反射谱；最后利用两个反射光谱的峰值计算被测弱光纤光栅的反射率。通过获取双反射光谱来计算测量弱光纤光栅反射率，消除了光纤端面及光纤接头连接对测量的影响。测量方法工作量大比较繁琐。
[0004]CN2016107019489公开了一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置，包括宽带光源、单模环形器、模场匹配器、第一法兰盘、第二法兰盘、绕线柱、光谱仪和低反射率光纤光栅，所述宽带光源的输出端通过第一法兰盘与单模环形器的端口连接，单模环形器的端口与光谱仪连接，单模环形器的端口通过第二法兰盘与模场匹配器的单模端连接，模场匹配器的多模端与低反射率光纤光栅的一端熔接，低反射率光纤光栅另一端盘绕在绕线柱上。这种测量方式亦工作量大。
[0005]由于光纤衰减的存在，在光纤内部传播的信号强度以指数级别降低，达到一定的传播距离，信噪比会降低到一个使测量结果不再准确和可信的程度。信噪比是指传播信号的功率与传播信号的过程中的噪声的功率的比值，目前传播信号的过程中的噪声的功率已经小到一定程度了，主要通过增强传播信号的功率来提高信噪比。散射发生在各个方向，但光纤芯所收集收到的光的比例受到光纤数值孔径的限制，因此80％的传播信号的总衰减是由于瑞利散射产生的。为了增加光纤传感过程中的信噪比，更好的利用瑞利散射进行光纤传感，一些刻制弱反射光栅的增强型背反射光纤诞生了。对于弱反射光栅阵列，反射率是其最为重要的一个物理参数，精确测量弱反射光栅阵列反射率对设计和应用弱反射光栅阵列光学仪器具有重要作用，对进一步发展光纤传感具有重要意义。
[0006]近年来，随着光纤传感技术的不断发展，OTDR作为光纤传感设备被广泛使用，它可以测量光纤损耗、和光反射率等，光时域反射仪(optical time
‑
domain reflectometer，OTDR)是通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪
器。利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及光纤长度、连接器与接头损耗，了解光纤沿长度的损耗分布情况，未见到利用OTDR来测量弱反射光栅阵列反射率。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的是，得出一种利用OTDR测量弱反射光栅阵列反射率的方法与装置。主要基于OTDR系统对待测弱反射光栅阵列进行测量。
[0008]本专利技术的技术方案是，弱反射光栅阵列反射率的测量方法，基于如下测量系统，使用光时域反射仪OTDR，包括直流光源、调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光电探测器、数据采集卡、数据分析处理模块和显示模块；光路连接方式如下：激光器的输出端口接调制器输入端口；调制器的输出端口接掺铒光纤放大器的输入端口；掺铒光纤放大器的输出端口接环形器的第1端口；环形器的第2端口接被测弱反射光栅阵列；环形器的第3端口接光电探测器的输入端口；光电探测器的输出端口接数据采集卡的输入端口；数据采集卡的输出端口连接数据分析处理模块；数据分析处理模块的输出端口连接显示模块。具体示意图见图1。
[0009]本专利技术通过光电探测器将环形器第3端口输出的光信号转化为电压数据，通过数据采集卡对光电探测器输出的数据进行采集，通过数据分析处理模块将采集的电压数据转换为电流数据，再由光电转换效率，得到反射的光功率数据，并在显示模块上进行显示。具体反射光功率数据如图2所示。再由光纤光栅的反射率公式计算反射率，具体为反射率＝反射脉冲功率(考虑光纤长度引入的损耗)/入射脉冲功率(考虑光纤长度引入的损耗)。
[0010]具体包括以下步骤：
[0011]步骤1、将弱反射光栅阵列接入OTDR系统，将待测的弱反射光栅阵列接入到环形器的第2端口；
[0012]步骤2、激光器的输出端口接调制器输入端口；调制器的输出端口接掺铒光纤放大器的输入端口；掺铒光纤放大器的输出端口接环形器的第1端口；激光器输出直流光信号经调制器调制成探测光脉冲，被掺铒光纤放大器放大后，经环形器进入待测弱反射光栅阵列形成探测信号。
[0013]步骤3、环形器的第3端口接光电探测器的输入端口；光电探测器的输出端口接数据采集卡的输入端口；探测信号经弱反射光栅阵列中的反射点反射后，经环形器被送至光电探测器；光电探测器将环形器输出光信号转换为电压数据，并通过光电探测器输出端口送至数据采集卡，进行数据采集。
[0014]步骤4、数据采集卡的输出端口连接数据分析处理模块；数据分析处理模块的输出端口连接显示装置。通过数据采集卡的输出端口送至数据分析处理模块进行数据分析处理，将采集的电压数据转换为电流数据，再由光电转换效率，得到反射的光功率数据，并通过数据分析处理模块的输出端口送至显示装置，给出反射的光功率数据。再由光纤光栅的反射率公式计算反射率。
[0015]进一步的，光纤光栅的反射率可由公式计算得出，其中R
i
为从环形器第2端口起第一个光纤光栅开始计数，第i个光纤光栅的反射率，为第i个光纤光栅的反射脉冲功率(考虑光纤长度引入的损耗)，P
x
为第i个光纤光栅所处位置x
处的入射脉冲功率(考虑光纤长度引入的损耗)，β(y)为光纤的损耗系数，单位为km
‑1。其中为α光纤损耗，单位为dB/km。
[0016]进一步的，反射脉冲功率由光电探测器、数据采集卡和数据分析处理模块得出，具体处理流程为光电探测器将环形器输出光信号转换为电压数据，并通过光电探测器输出端口送至数据采集卡，进行数据采集。通过数据采集卡的输出端口送至数据分析处理模块进行数据分析处理，将采集的电压数据转换为电流数据，再由光电转换效率，得到反射的光功率数据
[0017]进一步的，入射脉冲功率其中P0为入射光功率，β(y)为光纤的损耗系数，单位为km
‑1。其中为α光纤损耗，单位为dB/km。
[0018]本专利技术弱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弱反射光栅阵列反射率的测量方法，其特征是，基于如下测量系统，使用光时域反射仪OTDR，包括直流光源、调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光电探测器、数据采集卡、数据分析处理模块和显示模块；光路连接方式如下：激光器的输出端口接调制器输入端口；调制器的输出端口接掺铒光纤放大器的输入端口；掺铒光纤放大器的输出端口接环形器的第1端口；环形器的第2端口接被测弱反射光栅阵列；环形器的第3端口接光电探测器的输入端口；光电探测器的输出端口接数据采集卡的输入端口；数据采集卡的输出端口连接数据分析处理模块；数据分析处理模块的输出端口连接显示模块；由光纤光栅的反射率公式计算反射率，具体为反射率＝反射脉冲功率/入射脉冲功率；具体包括以下步骤：步骤1、将弱反射光栅阵列接入上述测量系统，将待测的弱反射光栅阵列接入到环形器的第2端口；步骤2、激光器的输出端口接调制器输入端口；激光器输出直流光信号经调制器调制成探测光脉冲，被掺铒光纤放大器放大后，经环形器进入待测弱反射光栅阵列形成探测信号；步骤3、环形器的第3端口接光电探测器的输入端口；光电探测器的输出端口接数据采集卡的输入端口；探测信号经弱反射光栅阵列中的反射点反射后，经环形器被送至光电探测器；光电探测器将环形器输出光信号转换为电压数据，并通过光电探测器输出端口送至数据采集卡，进行数据采集；步骤4、数据采集卡的输出端口连接数据分析处理模块；数据分析处理模块的输出端口连接显示装置；将采集的电压数据转换为电流数据，再由光电转换效率，得到反射的光功率数据，并通过数据分析处理模块的输出端口送至显示装置，给出反射的光功率数据；由光纤光栅的反射率公式计算反射率。2.根据权利要求1所述的弱反射光栅阵列反射率的测量方法，其特征是，光纤光栅的反射率可由公式计算得出，其中R
i
为从环形器第2端口起第一个光纤光栅开始计数，第i个光纤光栅的反射率，为第i个光纤光栅的反射脉冲功率(考虑光纤长度引入的损耗)，P
x
为第i个光纤光栅所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐权，徐子昂，陈勐勐，戚凤华，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：