一种光纤长度测量装置及方法.pdf

《一种光纤长度测量装置及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种光纤长度测量装置及方法.pdf（8页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410682347.9 (22)申请日 2014.11.24 G01B 11/02(2006.01) (71)申请人 上海光亮光电科技有限公司 地址 201109 上海市闵行区虹梅南路 4999 弄 23 号 205 室 (72)发明人 吴东方 (74)专利代理机构 北京联瑞联丰知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11411 代理人 曾少丽 (54) 发明名称 一种光纤长度测量装置及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种光纤长度测量装置， 包括 激光电源、 光隔离器、 第一光纤耦合器和第二光纤 耦合器， 激光光源连接光隔离器， 。

2、光隔离器连接第 一光纤耦合器， 第一光纤耦合器连接第二光纤耦 合器， 第二光纤耦合器与待测光纤连接， 还包括第 一光探测放大系统和第二光探测放大系统， 第一 光探测放大系统、 第二光探测放大系统分别与第 二光纤耦合器连接， 第一光探测放大系统、 第二光 探测放大系统分别与外接的数据采集器连接。采 用上述技术方案制成了一种方便测量、 降低成本 的光纤长度测量装置及方法。本装置能够快速测 量光纤长度， 光纤长度越长， 越便于精确测量， 而 成本不会随之上升， 结构简单， 采用普通光无源器 件和半导体光源， 成本较低。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申。

3、请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104457583 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104457583 A 1/1 页 2 1. 一种光纤长度测量装置， 其特征在于， 包括激光电源、 光隔离器、 第一光纤耦合器和 第二光纤耦合器， 所述激光光源连接光隔离器， 所述光隔离器连接第一光纤耦合器， 所述第 一光纤耦合器连接第二光纤耦合器， 所述第二光纤耦合器与待测光纤连接， 还包括第一光 探测放大系统和第二光探测放大系统， 所述第一光探测放大系统、 第二光探测放大系统分 别与第二光纤耦合器连接， 所述第一光探测放大系统、 第二光探测放大系统分别。

4、与外接的 数据采集器连接。 2. 根据权利要求 1 所述的一种光纤长度测量装置， 其特征在于， 所述第一光纤耦合器 为 22 光纤耦合器， 所述 22 光纤耦合器设有两个输出端口， 分别为输出端口 a 和输出端 口 b ； 所述第二光纤耦合器为 33 光纤耦合器， 所述 33 光纤耦合器设有六个端口， 分别 为端口 c、 端口 d、 端口 e、 端口 f、 端口 g 和端口 h， 所述输出端口 a 连接端口 g， 所述端口 c 连接待测光纤， 所述待测光纤连接端口 f， 所述输出端口 b 连接端口 d， 所述端口 e 连接第一 光探测放大系统， 所述端口 h 连接第二光探测放大系统。 3. 根。

5、据权利要求 2 所述的一种光纤长度测量装置， 其特征在于， 所述 22 光纤耦合器 为一次拉锥的 1550nm 宽带均分型 22 光纤耦合器。 4. 根据权利要求 2 所述的一种光纤长度测量装置， 其特征在于， 所述 33 光纤耦合器 为一次拉锥的 1550nm 宽带均分型 33 光纤耦合器。 5. 采用权利要求 2 所述光纤长度测量装置的一种光纤长度测量方法， 其特征在于， S1 ： 激光光源向光隔离器发射激光， 所述激光经过光隔离器后进入 22 光纤耦合器 ； S2 ： 所述激光从 22 光纤耦合器的输出端口 b 发射到 33 光纤耦合器的端口 d ； S3 ： 所述激光从 33 光纤耦合。

6、器的端口 f 进入待测光纤中， 并经过端口 c 回到 33 光 纤耦合器 ； S4 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 h 进入第二光探测放大系统， 并通过外接的数据采 集器采集光脉冲电压信号 ； S5 ： 循环 S3、 S4m 次， 取 m 次循环时间的平均值为 1； S6 ： 激光光源再次向光隔离器发射如 S1 所述的激光， 所述激光经过光隔离器后进入 22 光纤耦合器 ； S7 ： 所述激光从 22 光纤耦合器的输出端口 a 发射到 33 光纤耦合器的端口 g ； S8 ： 所述激光从 33 光纤耦合器的端口 c 进入待测光纤中， 并经过端口 f 回到 33 光 纤耦合器 ； S9 ： 。

7、激光从 33 光纤耦合器的端口 e 进入第一光探测放大系统， 并通过外接的数据采 集器采集信息 ； S10 ： S8、 S9 循环 m 次， 取 m 次循环时间的平均值为 2； S11 ： 将 S5 得到的时间值 1和 S10 得到的时间值 2计算出平均值 ； S12 ： 由于 nL/c， 可以得到 L c/n， 由此可以计算出被测光纤的长度 L， 其中 n 为光纤折射率， c 为真空中的光速。 6. 根据权利要求 5 所述的一种光纤长度测量方法， 其特征在于， 所述 m 的取值范围为 3m10。 7. 根据权利要求 6 所述的一种光纤长度测量方法， 其特征在于， 所述 n 1.468。 权 。

8、利 要 求 书 CN 104457583 A 2 1/4 页 3 一种光纤长度测量装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及激光计量测试技术领域， 特别涉及一种光纤长度测量装置及方法。 背景技术 0002 目前市面上针对通信光纤长度的常规测量装置为光时域反射仪 (OTDR)， OTDR 原 理类似于雷达技术， 通过激光光源发射光脉冲到待测光纤内， 当光脉冲在光纤内传输时， 由 于瑞利散射的原因会有部分微弱光返回到 OTDR 中。计算从发射信号到返回信号所用的时 间， 再确定光在光纤中的速度， 从而计算出光纤长度。 0003 OTDR 由于测试中受噪声的影响， 光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随。

9、机过程。 由于背向散射光信号极其微弱， 要确知该点的一般情况， 一般采用多次统计平均的方法来 提高信噪比， 以减少接收器固有的随机噪声的影响。 这样导致测试时间偏长， 一般需要数十 秒左右的等待时间。此外， 在测量长度较长的光纤时， 如 200 公里以上的光纤， 则需要使用 动态范围较大的 OTDR， 目前的情况是 30db 普通动态范围的 OTDR 市场价格已经降至普通用 户能接受的程度， 但大动态范围如 40db 以上的 OTDR 设备价格仍然较高。 0004 现在急需一种可以方便测量、 降低成本的光纤长度测量装置及方法， 并且成本不 会随着测量长度增长而增加的。 发明内容 0005 为了。

10、解决上述问题， 本发明提供一种方便测量、 降低成本的光纤长度测量装置及 方法。 0006 本发明中的一种光纤长度测量装置， 包括激光电源、 光隔离器、 第一光纤耦合器和 第二光纤耦合器， 所述激光光源连接光隔离器， 所述光隔离器连接第一光纤耦合器， 所述第 一光纤耦合器连接第二光纤耦合器， 所述第二光纤耦合器与待测光纤连接， 还包括第一光 探测放大系统和第二光探测放大系统， 所述第一光探测放大系统、 第二光探测放大系统分 别与第二光纤耦合器连接， 所述第一光探测放大系统、 第二光探测放大系统分别与外接的 数据采集器连接。 0007 上述方案中， 所述第一光纤耦合器为22光纤耦合器， 所述22光。

11、纤耦合器设有 两个输出端口， 分别为输出端口 a 和输出端口 b ； 所述第二光纤耦合器为 33 光纤耦合器， 所述33光纤耦合器设有六个端口， 分别为端口c、 端口d、 端口e、 端口f、 端口g和端口h， 所述输出端口 a 连接端口 g， 所述端口 c 连接待测光纤， 所述待测光纤连接端口 f， 所述输出 端口 b 连接端口 d， 所述端口 e 连接第一光探测放大系统， 所述端口 h 连接第二光探测放大 系统。 0008 上述方案中， 所述 22 光纤耦合器为一次拉锥的 1550nm 宽带均分型 22 光纤耦 合器。 0009 上述方案中， 所述 33 光纤耦合器为一次拉锥的 1550nm。

12、 宽带均分型 33 光纤耦 合器。 说 明 书 CN 104457583 A 3 2/4 页 4 0010 采用上述光纤长度测量装置的一种光纤长度测量方法， 0011 S1 ： 激光光源向光隔离器发射激光， 所述激光经过光隔离器后进入 22 光纤耦合 器 ； 0012 S2 ： 所述激光从 22 光纤耦合器的输出端口 b 发射到 33 光纤耦合器的端口 d ； 0013 S3 ： 所述激光从 33 光纤耦合器的端口 f 进入待测光纤中， 并经过端口 c 回到 33 光纤耦合器 ； 0014 S4 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 h 进入第二光探测放大系统， 并通过外接的数 据采集器采集光脉。

13、冲电压信号 ； 0015 S5 ： 循环 S3、 S4m 次， 取 m 次循环时间的平均值为 1 ； 0016 S6 ： 激光光源再次向光隔离器发射如 S1 所述的激光， 所述激光经过光隔离器后进 入 22 光纤耦合器 ； 0017 S7 ： 所述激光从 22 光纤耦合器的输出端口 a 发射到 33 光纤耦合器的端口 g ； 0018 S8 ： 所述激光从 33 光纤耦合器的端口 c 进入待测光纤中， 并经过端口 f 回到 33 光纤耦合器 ； 0019 S9 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 e 进入第一光探测放大系统， 并通过外接的数 据采集器采集信息 ； 0020 S10 ： S8、 。

14、S9 循环 m 次， 取 m 次循环时间的平均值为 2； 0021 S11 ： 将 S5 得到的时间值 1和 S10 得到的时间值 2计算出平均值 ； 0022 S12 ： 由于 nL/c， 可以得到 L c/n， 由此可以计算出被测光纤的长度 L， 其中 n 为光纤折射率， c 为真空中的光速。 0023 上述方案中， 所述 m 的取值范围为 3m10。 0024 上述方案中， 所述 n 1.468。 0025 本发明的优点和有益效果在于 ： 本发明提供一种方便测量、 降低成本的光纤长度 测量装置及方法。本装置能够快速测量光纤长度， 尤其适合测量长度较长的光纤， 光纤长 度越长， 则得到的脉。

15、冲信号间隔越大， 越便于精确测量， 而成本不会随之上升， 由于不存在 OTDR 那样的多次统计平均算法， 故实现了光纤长度的即时测量 ； 结构简单， 采用普通光无 源器件和半导体光源， 成本较低。 附图说明 0026 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可 以根据这些附图获得其他的附图。 0027 图 1 为本发明的结构示意图 ； 0028 图 2 为本发明的流程示意图。 0029 图中 ：。

16、 1、 激光电源 2、 光隔离器 3、 第一光纤耦合器 4、 第二光纤耦合器 5、 待测光 纤 6、 第一光探测放大系统 7、 第二光探测放大系统 具体实施方式 说 明 书 CN 104457583 A 4 3/4 页 5 0030 下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅 用于更加清楚地说明本发明的技术方案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0031 如图 1 所示， 本发明是一种光纤长度测量装置， 包括激光电源 1、 光隔离器 2、 第一 光纤耦合器 3 和第二光纤耦合器 4， 激光光源 1 连接光隔离器 2， 光隔离器 2 连接第一光纤 耦合器 3， 。

17、第一光纤耦合器 3 连接第二光纤耦合器 4， 第二光纤耦合器 4 与待测光纤 5 连接， 还包括第一光探测放大系统 6 和第二光探测放大系统 7， 第一光探测放大系统 6、 第二光探 测放大系统 7 分别与第二光纤耦合器 4 连接， 第一光探测放大系统 6、 第二光探测放大系统 7 分别与外接的数据采集器连接。 0032 第一光纤耦合器 3 为 22 光纤耦合器， 22 光纤耦合器设有两个输出端口， 分别 为输出端口 a 和输出端口 b ； 第二光纤耦合器 4 为 33 光纤耦合器， 33 光纤耦合器设有 六个端口， 分别为端口 c、 端口 d、 端口 e、 端口 f、 端口 g 和端口 h，。

18、 输出端口 a 连接端口 g， 端 口 c 连接待测光纤， 待测光纤 5 连接端口 f， 输出端口 b 连接端口 d， 端口 e 连接第一光探测 放大系统 6， 端口 h 连接第二光探测放大系统 7。 0033 22 光纤耦合器为一次拉锥的 1550nm 宽带均分型 22 光纤耦合器， 33 光纤耦 合器为一次拉锥的 1550nm 宽带均分型 33 光纤耦合器。 0034 采用上述光纤长度测量装置的一种光纤长度测量方法， 如图 2 所示， 0035 S1 ： 激光光源向光隔离器发射激光， 激光经过光隔离器后进入 22 光纤耦合器 ； 0036 S2 ： 激光从 22 光纤耦合器的输出端口 b 。

19、发射到 33 光纤耦合器的端口 d ； 0037 S3 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 f 进入待测光纤中， 并经过端口 c 回到 33 光 纤耦合器 ； 0038 S4 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 h 进入第二光探测放大系统， 并通过外接的数 据采集器采集光脉冲电压信号 ； 0039 S5 ： 循环 S3、 S4m 次， 取 m 次循环时间的平均值为 1 ； 0040 S6 ： 激光光源再次向光隔离器发射如 S1 所述的激光， 激光经过光隔离器后进入 22 光纤耦合器 ； 0041 S7 ： 激光从 22 光纤耦合器的输出端口 a 发射到 33 光纤耦合器的端口 g ； 0042。

20、 S8 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 c 进入待测光纤中， 并经过端口 f 回到 33 光 纤耦合器 ； 0043 S9 ： 激光从 33 光纤耦合器的端口 e 进入第一光探测放大系统， 并通过外接的数 据采集器采集信息 ； 0044 S10 ： S8、 S9 循环 m 次， 取 m 次循环时间的平均值为 2； 0045 S11 ： 将 S5 得到的时间值 1和 S10 得到的时间值 2计算出平均值 ； 0046 S12 ： 由于 nL/c， 可以得到 L c/n， 由此可以计算出被测光纤的长度 L， 其中 n 为光纤折射率， n 1.468， c 为真空中的光速， m 的取值范围为 3。

21、m10， m 太小数据 会不准确， m 太大后面的数据已经失去了意义， 3m10 这个范围是最为合适的。 0047 S1 S5 为途径 1， S6 S10 为途径 2， 假设激光光源发射单脉冲光束， 按照以上途 径 1， 将在光探测放大系统得到一系列等间隔时间长度的电脉冲序列， 由于 33 光纤耦合 器和待测光纤的存在， 插入损耗至少在 5dB 以上， 则电脉冲信号依次明显衰减。 0048 同理， 按照途径 2， 在光探测放大系统也将得到一系列等间隔时间长度依次衰减的 说 明 书 CN 104457583 A 5 4/4 页 6 电脉冲序列。途径 1 和途径 2 得到的电脉冲序列波形应相同， 。

22、多次测量求平均值可以提高 精度。 0049 众所周知， 光在光纤中的传播速度极快， 光走完 1 公里光纤所需时间仅约为 5s， 故要求激光光源的脉冲宽度要足够小不至于发生混叠现象。由于激光器技术的发展， 目前 即使是普通半导体激光器的脉冲宽度即能做到 10ns， 因而使得此测量技术成为可能。 0050 在光探测放大系统得到的电脉冲序列的时间间隔即为光走完待测光纤路程所需 的时间 0051 nL/c 0052 式中， n 为光纤折射率， 一般取值为 1.468 ； L 为待测光纤长度 ； c 为真空中的光速。 0053 故待测光纤长度 0054 L c/n 0055 显然， 光纤长度的测量误差由。

23、电脉冲序列的时间间隔的测量误差决定， 0056 L c/n 0057 以 100 公里光纤来计算， 如电脉冲序列的时间间隔的测量误差为 0.1s， 则光纤 长度的测量误差约为0.02， 通过测量途径1和途径2的电脉冲序列的时间间隔求平均值， 此误差进一步减小， 完全能够满足正常的使用需求。 0058 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 104457583 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104457583 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 104457583 A 8 。