一種采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確測量光纖長度的新方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確測量光纖長度的新方法，通過引入矢量網(wǎng)絡分析儀并結(jié)合相位歸零技術，克服了后向散射法測量精度差，脈沖法干擾因素多、測量距離短等缺點，彌補了傳統(tǒng)相移法中相位計頻率測量范圍低，相位測量穩(wěn)定性差的不足。光纖長距離傳輸時由于光纖色散會引起光脈沖的展寬，因此本方法通過測量光信號在光纖中傳輸時產(chǎn)生的相位變化量取代光脈沖延遲的時間量，計算得到光纖長度的準確值，從而降低了光纖色散給光纖長度測量結(jié)果帶來的影響。
【專利說明】一種采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確測量光纖長度的新方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量光纖長度【技術領域】，尤其涉及的是一種采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確 測量光纖長度的新方法。

【背景技術】
[0002] 常用的光纖長度測量方法主要有后向散射法、脈沖法和相移法三種，后向散射法 是利用光在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射光測量光纖長度，利 用這種原理研制的光時域反射計已廣泛應用于光纖通信鏈路的施工和維護中。這種方法存 在著許多不可避免的引起誤差的因素，如儀器分辨力誤差、光纖群折射率以及后向散射損 耗系數(shù)等。因此光時域反射計的測量精度只是在米量級，且隨著光纖長度的增加，測量誤差 也隨著變大；脈沖法需要人眼觀測參考光纖與被測光纖中傳輸光的脈沖疊加過程，然后利 用兩個脈沖的時間差計算出被測光纖的長度，這種方法在自動測量【技術領域】具有一定的局 限性，且不適合對長光纖進行精確測量；而傳統(tǒng)的相移法由于受到相位計頻率測量范圍和 相位測量精度的影響，在測量短光纖時測量重復性比較差，測量精度只能到分米量級。因 此，這三種方法都無法滿足實驗室對光纖長度準確測量的需求。
[0003] 隨著光纖通信和光纖傳感技術的不斷發(fā)展，大動態(tài)范圍、高精度的光纖長度測量 系統(tǒng)具有極為重要的應用價值，在對光纖長度準確定標，解決光時域反射計量值溯源問題 中顯得尤為重要。目前常用的光纖長度測量技術主要是光時域反射計（0TDR)，它的基本原 理是光纖入射端面探測后向散射光和菲涅爾反射光，得到的電信號再進行信號處理，從而 得到斷點位置。該方法盡管測量距離可以達到上百公里，但是測量精度受到很大限制，只能 達到米級。光相干域反射測量儀（0CDR)的精度可以達到10微米，并且測量動態(tài)范圍可以達 到幾千米，但是它對光源的穩(wěn)定性和相干性有很高的要求。2005年Bing Qi等人提出了基 于頻移不對稱Sagnac干涉儀，該方法測量精度可達微米級，測量單模光纖動態(tài)范圍可達幾 十千米。但是其干涉信號極小值點的頻率不易讀取，所以軟件算法不易實現(xiàn)。2012年梁健 等人提出的高精度光纖長度測量系統(tǒng)，通過對DFB光源進行外調(diào)制，調(diào)制后的光經(jīng)過光分 束器后分別進入環(huán)形器及被測光纖和參考光路，然后通過在示波器上讀取兩路信號的延遲 時間得到被測光纖的長度。由于測量長距離光纖時，光纖色散引起的脈沖展寬不能忽略不 計，因此調(diào)制光經(jīng)過上百公里的光纖傳輸后再通過脈沖延遲的方法讀取延遲時間，因為脈 沖展寬引起的測量不確定度就會很大。2013年本人提出過一種光纖長度測量系統(tǒng)，是通過 頻率計與圖形分析結(jié)合的方法讀取調(diào)制脈沖的時間差來得到被測光纖的長度。該方法測量 精度可以達到厘米級，由于光纖色散引起脈沖展寬的原因，因此測量距離達不到上百公里， 一般是用來定標多模光纖的長度和短距離單模光纖的長度。
[0004] 現(xiàn)有技術存在以下缺點：
[0005] (1)光時域反射計（0TDR)的測量精度不高，只能達到米級；而光相干域反射測量 儀（0CDR)的測量范圍太小，無法進行長距離光纖測量，且對光源的要求很高。
[0006] (2)梁健等人提出的高精度光纖長度測量系統(tǒng)是通過加入了法拉第旋轉(zhuǎn)鏡來測量 在被測光纖中的往返時間差，這樣就降低了系統(tǒng)的測量動態(tài)范圍，此外該系統(tǒng)需要在外調(diào) 制器前加入偏振控制器對光信號的偏振態(tài)進行控制，大大影響了系統(tǒng)的測量重復性和穩(wěn)定 性。
[0007] 因此，現(xiàn)有技術存在缺陷，需要改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種采用矢量網(wǎng)絡分析 儀精確測量光纖長度的新方法。
[0009] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0010] 一種采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確測量光纖長度的新方法，其中，包括以下步驟：
[0011] 步驟1 :設置光路連接，DFB激光器發(fā)出的光，經(jīng)偏振控制器與電光調(diào)制器后，再經(jīng) 過光衰減器衰減后的光被光纖耦合器分為兩路光，一路光通過直接通過光纖耦合器的一個 分支作為參考光路，另一路光通過被測光纖作為測試光路，再將兩路光信號分別接入兩個 光電探測器上，最后將經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)換的兩路電信號分別接入四端口矢量網(wǎng)絡分析儀 的兩個端口；
[0012] 步驟2 :首先在不接被測光纖的情況下，通過矢量網(wǎng)絡分析儀將兩路光信號相位 差歸零，并選擇合適的調(diào)制信號頻率范圍和采樣頻率點數(shù)；再將被測光纖接入被測光路中， 矢量網(wǎng)絡分析儀選擇同樣的調(diào)制頻率范圍和采樣頻率點數(shù)并進行測試，將調(diào)制頻率以及每 個頻率點對應的因接入被測光纖而引起的相位差保存，通過公式

【權利要求】
1. 一種采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確測量光纖長度的新方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :設置光路連接，DFB激光器發(fā)出的光，經(jīng)偏振控制器與電光調(diào)制器后，再經(jīng)過光 衰減器衰減后的光被光纖耦合器分為兩路光，一路光通過直接通過光纖耦合器的一個分支 作為參考光路，另一路光通過被測光纖作為測試光路，再將兩路光信號分別接入兩個光電 探測器上，最后將經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)換的兩路電信號分別接入四端口矢量網(wǎng)絡分析儀的兩 個端口； 步驟2 :首先在不接被測光纖的情況下，通過矢量網(wǎng)絡分析儀將兩路光信號相位差歸 零，并選擇合適的調(diào)制信號頻率范圍（一般取9kHz?2GHz)和采樣頻率點數(shù)（一般取801 個點），保證接入光纖后的相位差變化不超過2 ;再將被測光纖接入被測光路中，矢量網(wǎng) 絡分析儀選擇與不接被測光纖時相同的調(diào)制頻率范圍和采樣頻率點數(shù)并進行測試，將調(diào)制 頻率以及每個頻率點因接入被測光纖而引起的相位差保存，通過公式
）十算得 到被測光纖的長度值；其中，CUt為未加被測光纖時參考光路和被測光路的相位差，單位為 rad, 〇sif為加入被測光纖后被測光路與參考光路的相位差,單位為rad ;f為矢量網(wǎng)絡分析 儀輸出給調(diào)制器的調(diào)制頻率，單位為Hz ;c為光在真空中的速度，c = 299792458m/s ;n為待 測光纖的群折射率；當接入的被測光纖較短時，通過設置光衰減器的衰減值對兩路光信號 的光功率進行調(diào)節(jié)。
2. 如權利要求1所述的采用矢量網(wǎng)絡分析儀精確測量光纖長度的新方法，其特征在 于，所述步驟2中，所述兩路光信號相位差歸零。
【文檔編號】G01B11/02GK104279959SQ201410521398
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】孫權社, 鄭祥亮, 朱興邦, 韓忠, 趙發(fā)財, 王國權, 王少水 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所