專利名稱：基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光測(cè)距裝置及其測(cè)距方法，特別是一種基于混沌可見激光的可視化高精度光纖故障定位裝置及其定位方法。
背景技術(shù)：
隨著光纖在通信和傳感領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，光纖故障檢測(cè)裝置已成為光纖施工檢測(cè)與故障維修中必不可少的工具。目前，常用的光纖故障檢測(cè)技術(shù)有紅光光纖故障檢測(cè)技術(shù)[CN201269801]和光時(shí)域反射技術(shù)[CN1681227]。其中，紅光光纖故障檢測(cè)技術(shù)充分利用了紅光的可見特性，通過紅光在光纖故障點(diǎn)處透射產(chǎn)生可見亮斑來實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖故障點(diǎn)的精確定位，但該方法要求檢測(cè)人員必須在故障現(xiàn)場(chǎng)，通過目視的方法尋找故障點(diǎn)，無法預(yù)知光纖故障點(diǎn)的實(shí)際位置及范圍，在長(zhǎng)距離光纖故障檢測(cè)中，工作量大，因而通常作為其他光纖·故障點(diǎn)定位技術(shù)的輔助工具；光時(shí)域反射技術(shù)通過觀測(cè)光纖后向瑞利散射和菲涅爾反射信號(hào)，利用檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度和返回時(shí)間來探測(cè)光纖沿傳播方向的衰減特性，進(jìn)而檢測(cè)、判斷鏈路中的異常，并確定故障點(diǎn)位置，目前常用的有脈沖式光時(shí)域反射技術(shù)、偽隨機(jī)碼調(diào)制光時(shí)域反射技術(shù)[EP0269448]和混沌光時(shí)域反射技術(shù)[CN101226100]。其中傳統(tǒng)的脈沖光時(shí)域反射技術(shù)由于脈沖功率的提高與脈沖寬度的壓窄在原理上不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致其測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率成為一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，并且其測(cè)量分辨率僅與脈沖寬度和光電檢測(cè)裝置的響應(yīng)時(shí)間有關(guān)，實(shí)現(xiàn)改善的成本極高且效果甚微；偽隨機(jī)碼調(diào)制的光時(shí)域反射技術(shù)利用偽隨機(jī)碼調(diào)制的光脈沖作為探測(cè)信號(hào)，通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理來得到探測(cè)點(diǎn)與故障點(diǎn)的距離信息，解決了分辨率與動(dòng)態(tài)范圍無法同時(shí)提高的矛盾，原理上可提高光時(shí)域反射儀的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和分辨率，然而該類光時(shí)域反射儀受限于偽隨機(jī)碼信號(hào)的頻譜帶寬，分辨率并沒有得到很大的提高，未能很好的體現(xiàn)出光時(shí)域反射儀測(cè)量方面的優(yōu)點(diǎn)，并且其較高的制作成本制約了其適用范圍；混沌光時(shí)域反射技術(shù)基于混沌激光信號(hào)的互相關(guān)法實(shí)現(xiàn)光纖故障點(diǎn)的檢測(cè)，克服了傳統(tǒng)脈沖光時(shí)域反射儀和偽隨機(jī)碼調(diào)制光時(shí)域反射儀測(cè)量盲區(qū)大的缺點(diǎn)，提高了故障點(diǎn)檢測(cè)的分辨率，實(shí)現(xiàn)了與距離無關(guān)的高精度測(cè)量，對(duì)于檢測(cè)點(diǎn)與故障點(diǎn)的光纖長(zhǎng)度測(cè)量已經(jīng)非常精確，但在實(shí)際的故障點(diǎn)檢測(cè)過程中，無法解決因光纖鋪設(shè)彎曲引起測(cè)量定位與故障點(diǎn)實(shí)際位置不符的問題，故障點(diǎn)精確定位需二次測(cè)量或其他輔助測(cè)量，難以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速精確定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)，以解決因光纖鋪設(shè)彎曲引起的長(zhǎng)度測(cè)量定位與故障點(diǎn)實(shí)際位置不符而造成的故障點(diǎn)位置難以確定的問題，為快速精確定位光纖故障點(diǎn)位置提供一種基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置及其定位方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置，包括混沌可見激光發(fā)射裝置、光纖耦合器、光環(huán)形器、光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理裝置以及顯示裝置；所述混沌可見激光發(fā)射裝置是可見光波段為390-760nm的混沌可見光半導(dǎo)體激光器或者混沌He-Ne激光器；所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)通過光纖耦合器(2)分為探測(cè)光和參考光；探測(cè)光經(jīng)光環(huán)形器(3)發(fā)射到待測(cè)光纖線路(4)中，由于故障點(diǎn)(11)的反射，反射光經(jīng)過光環(huán)形器(3)進(jìn)入第一光電探測(cè)器(5)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過第一 A/D轉(zhuǎn)換器(7)轉(zhuǎn)換為探測(cè)數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);參考光經(jīng)第二光電探測(cè)器(6)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換器(8)轉(zhuǎn)換為參考數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9)的探測(cè)數(shù)字信號(hào)和參考數(shù)字電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后得到探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)之間的距離范圍并顯示到相應(yīng)的顯示器(10)上，所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)在待測(cè)光纖線路(4)的故障點(diǎn)(11)因透射而產(chǎn)生明顯的可見亮斑，在探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)的距離范圍以內(nèi)尋找可見亮斑即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。所述的光纖故障定位裝置，所述混沌可見光半導(dǎo)體激光器是一可見光半導(dǎo)體激光
器加設(shè)一反饋裝置，或是一可見光半導(dǎo)體激光器連接另一可見光半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。所述的光纖故障定位裝置，所述混沌He-Ne激光器是一 He-Ne激光器加設(shè)一反饋裝置，或是He-Ne激光器連接另一 He-Ne激光器所述的基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置的定位方法，所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)通過光纖耦合器(2)分為探測(cè)光和參考光；探測(cè)光經(jīng)光環(huán)形器⑶發(fā)射到待測(cè)光纖線路⑷中，由于故障點(diǎn)(11)的反射，反射光經(jīng)過光環(huán)形器(3)進(jìn)入第一光電探測(cè)器(5)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過第一 A/D轉(zhuǎn)換器(7)轉(zhuǎn)換為探測(cè)數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);參考光經(jīng)第二光電探測(cè)器(6)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換器(8)轉(zhuǎn)換為參考數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9)的探測(cè)數(shù)字信號(hào)和參考數(shù)字電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后得到探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)之間的距離范圍并顯示到相應(yīng)的顯示器(10)上，所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)在待測(cè)光纖線路(4)的故障點(diǎn)(11)因透射而產(chǎn)生明顯的可見亮斑，在探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)的距離范圍以內(nèi)尋找可見亮斑即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。本發(fā)明上述所提供的一種基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置及其定位方法，與現(xiàn)有的光纖故障點(diǎn)定位技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。使用一個(gè)裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)光纖故障點(diǎn)位置的測(cè)量和可視，省略了其它工具的輔助測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量裝置，節(jié)約了測(cè)試成本。(2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光纖故障點(diǎn)的快速定位。在通過混沌相關(guān)法實(shí)現(xiàn)光纖故障點(diǎn)位置范圍測(cè)量的基礎(chǔ)上，利用光源的可見性在光纖故障點(diǎn)位置范圍內(nèi)快速定位故障點(diǎn)位置，避免了其它故障點(diǎn)定位儀器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位過程中引入的二次測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了光纖故障點(diǎn)的快速定位。(3)本發(fā)明光纖故障點(diǎn)定位的實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單。通過一次測(cè)量即可得到檢測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)的光纖長(zhǎng)度，并準(zhǔn)確定位光纖故障點(diǎn)位置。(4)本發(fā)明對(duì)光纖故障點(diǎn)的精確定位不對(duì)光纖造成損傷。通常的故障點(diǎn)定位方法需要在故障點(diǎn)附近損壞(如剪斷、剝開包層)光纖進(jìn)行二次測(cè)量，本發(fā)明直接利用混沌可見光源檢測(cè)實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的可視化，避免了損傷光纖。


圖I是本發(fā)明的基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的可見光半導(dǎo)體激光器構(gòu)成的混沌可見激光產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明空間可見光半導(dǎo)體激光器或He-Ne激光器構(gòu)成的混沌可見激光產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明利用互相關(guān)計(jì)算得到的光纖故障點(diǎn)距離探測(cè)點(diǎn)的光纖長(zhǎng)度和實(shí)際鋪設(shè)光纖的故障點(diǎn)位置，其中，實(shí)線代表光纖的實(shí)際鋪設(shè)狀況虛線代表利用互相關(guān)法計(jì)算得到的光纖長(zhǎng)度信息。圖中1 :混沌可見激光產(chǎn)生裝置；2 :光纖耦合器I ;3 :光環(huán)形器；4 :待測(cè)光纖線路；5 :光電探測(cè)器I ;6 :光電探測(cè)器II ；7 A/D轉(zhuǎn)換器I ;8 A/D轉(zhuǎn)換器II ；9 :信號(hào)處理裝置；10 :顯示器；11 :故障點(diǎn)；12 :可見光半導(dǎo)體激光器；13 :光纖耦合器II ；14 :反饋裝置； 15 :空間可見光半導(dǎo)體激光器或He-Ne激光器；16 :空間光準(zhǔn)直系統(tǒng)；17 :鍍有增透膜的光分束器；18 :光反射鏡。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施本發(fā)明一種基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置，如圖I所示，本發(fā)明基于混沌可見激光的可視化高精度光纖故障定位裝置主要包括混沌可見激光產(chǎn)生裝置I、光纖率禹合器2、光環(huán)形器3、光電探測(cè)器5、光電探測(cè)器6、A/D轉(zhuǎn)換器7、A/D轉(zhuǎn)換器8、信號(hào)處理裝置9和顯示器10。其中所述混沌可見激光產(chǎn)生裝置I可由可見光半導(dǎo)體激光器12、光纖耦合器13和反饋裝置14構(gòu)成(如圖2所示)，其中反饋裝置14可以是數(shù)字反射計(jì)或端面鍍反射膜的光纖或由光纖光柵與可調(diào)光衰減器構(gòu)成?？梢姽獍雽?dǎo)體激光器12輸出的一部分光經(jīng)過外部反饋裝置14反射回可見光半導(dǎo)體激光器12內(nèi)，使可見光半導(dǎo)體激光器12輸出混沌可見激光信號(hào)；如果反饋裝置14為另一個(gè)可見光半導(dǎo)體激光器，通過外光注入可見光半導(dǎo)體激光器12也可產(chǎn)生混沌可見激光。如圖3所示，混沌可見激光產(chǎn)生裝置I還可以由空間的可見光半導(dǎo)體激光器或者He-Ne激光器15構(gòu)成空間的可見光半導(dǎo)體激光器或者He-Ne激光器15的輸出光經(jīng)過空間光準(zhǔn)直系統(tǒng)16進(jìn)行準(zhǔn)直，通過鍍有增透膜光分束器17的一部分光經(jīng)過外部反射鏡反射回去而使空間的可見光半導(dǎo)體激光器或者He-Ne激光器15產(chǎn)生混沌可見激光。由混沌可見激光產(chǎn)生裝置I發(fā)出的混沌可見激光，經(jīng)過光纖耦合器2分為兩路探測(cè)光I和參考光II。探測(cè)光I經(jīng)光環(huán)形器3注入到被測(cè)光纖線路4，由故障點(diǎn)11反射回來的光經(jīng)過光環(huán)形器3進(jìn)入光電探測(cè)器5，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；參考信光II則直接進(jìn)入光電探測(cè)器6，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。兩路電信號(hào)分別經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器7和A/D轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并輸入信號(hào)處理裝置9進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，得到光從光纖探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的傳播時(shí)間，結(jié)合光在光纖中的傳播速度計(jì)算出探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離范圍信息，并將距離范圍信息通過顯示器10輸出。實(shí)施例2實(shí)施本發(fā)明一種用于實(shí)施例I的基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置的定位方法混沌可見光信號(hào)經(jīng)過光纖耦合器2分成探測(cè)信號(hào)I和參考信號(hào)II，參考信號(hào)和經(jīng)光纖故障點(diǎn)11反射后的回波信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置9做互相關(guān)處理，互相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)光在光纖中傳播時(shí)間測(cè)量的原理是假設(shè)混沌可見激光產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的混沌激光符合非周期函數(shù)f(t)的特征，由光纖耦合器分為的混沌光I和混沌光II分別符合函數(shù)k*f(t)和(l-k)f (t)的特征，作為探測(cè)光的混沌光I經(jīng)光纖故障點(diǎn)反射后的光滿足函數(shù)關(guān)系式k*f(t- T 0)的特征，當(dāng)兩信號(hào)經(jīng)過各自的處理得到數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置9后，進(jìn)行互相關(guān)處理的數(shù)學(xué)表達(dá)式是1^) = 1^^(1-15)熗-1>_-1(5)也當(dāng)T = %時(shí)，函數(shù)存在峰值，得到光在待測(cè)光纖中的傳播時(shí)間t，進(jìn)而由公式L = V*t/2計(jì)算出光在待測(cè)光纖中傳播的距離，即故障點(diǎn)11距離檢測(cè)點(diǎn)的光纖長(zhǎng)度L，從而得到光纖故障點(diǎn)的最大距離范圍，并通過顯示器10輸出。再利用混沌可見激光的可見特性，會(huì)在故障點(diǎn)11因透射而產(chǎn)生明顯的可見亮斑，即為故障點(diǎn)的實(shí)際位置，故只需在光纖故障點(diǎn)的最大距離范圍以內(nèi)尋找可見亮斑即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。將混沛相關(guān)故障點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)和可見光光纖故障點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)融合在一起，先實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖故障點(diǎn)位置范圍的粗略測(cè)量，然后在測(cè)量的范圍內(nèi)完成光纖故障點(diǎn)位置的準(zhǔn)確定位，以實(shí)現(xiàn)光纖故障點(diǎn)位置的快速準(zhǔn)確定位。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置，其特征在于，包括混沌可見激光發(fā)射裝置、光纖耦合器、光環(huán)形器、光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理裝置以及顯示裝置；所述混沌可見激光發(fā)射裝置是可見光波段為390-760nm的混沌可見光半導(dǎo)體激光器或者混沌He-Ne激光器；所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)通過光纖耦合器(2)分為探測(cè)光和參考光；探測(cè)光經(jīng)光環(huán)形器(3)發(fā)射到待測(cè)光纖線路(4)中，由于故障點(diǎn)(11)的反射，反射光經(jīng)過光環(huán)形器(3)進(jìn)入第一光電探測(cè)器(5)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過第一 A/D轉(zhuǎn)換器(7)轉(zhuǎn)換為探測(cè)數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);參考光經(jīng)第二光電探測(cè)器(6)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換器(8)轉(zhuǎn)換為參考數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9)的探測(cè)數(shù)字信號(hào)和參考數(shù)字電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后得到探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)之間的距離范圍并顯示到相應(yīng)的顯示器(10)上，所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)在待測(cè)光纖線路(4)的故障點(diǎn)(11)因透射而產(chǎn)生明顯的可見亮斑，在探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)的距離范圍以內(nèi)尋找可見亮斑即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。
2.如權(quán)利要求I所述的光纖故障定位裝置，其特征在于，所述混沌可見光半導(dǎo)體激光 器是一可見光半導(dǎo)體激光器加設(shè)一反饋裝置，或是一可見光半導(dǎo)體激光器連接另一可見光半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求I所述的光纖故障定位裝置，其特征在于，所述混沌He-Ne激光器是一He-Ne激光器加設(shè)一反饋裝置，或是He-Ne激光器連接另一 He-Ne激光器。
4.一種應(yīng)用權(quán)利要求I所述的基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置的定位方法，其特征在于，所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)通過光纖耦合器(2)分為探測(cè)光和參考光；探測(cè)光經(jīng)光環(huán)形器(3)發(fā)射到待測(cè)光纖線路(4)中，由于故障點(diǎn)(11)的反射，反射光經(jīng)過光環(huán)形器(3)進(jìn)入第一光電探測(cè)器(5)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過第一A/D轉(zhuǎn)換器(7)轉(zhuǎn)換為探測(cè)數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);參考光經(jīng)第二光電探測(cè)器(6)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)第二 A/D轉(zhuǎn)換器(8)轉(zhuǎn)換為參考數(shù)字信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9);進(jìn)入信號(hào)處理裝置(9)的探測(cè)數(shù)字信號(hào)和參考數(shù)字電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后得到探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)之間的距離范圍并顯示到相應(yīng)的顯示器(10)上，所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)在待測(cè)光纖線路(4)的故障點(diǎn)(11)因透射而產(chǎn)生明顯的可見亮斑，在探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)的距離范圍以內(nèi)尋找可見亮斑即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于混沌可見激光的光纖故障定位裝置，包括混沌可見激光發(fā)射裝置、光纖耦合器、光環(huán)形器、光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理裝置以及顯示裝置；所述混沌可見激光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌可見激光信號(hào)在待測(cè)光纖線路(4)的故障點(diǎn)(11)因透射而產(chǎn)生明顯的可見亮斑，在探測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)(11)的距離范圍以內(nèi)尋找可見亮斑即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。本發(fā)明由混沌可見激光作為探測(cè)光源，將混沌相關(guān)故障點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)和可見光光纖故障點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)集為一體，實(shí)現(xiàn)了光纖故障點(diǎn)的快速準(zhǔn)確檢測(cè)定位，解決了光纖故障點(diǎn)易測(cè)量而不易定位的問題。
文檔編號(hào)G01S7/497GK102739311SQ20121020610
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者張麗, 李凱, 王云才, 王安邦 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)