本發(fā)明屬于光纖長度測量技術(shù)，具體涉及一種全光纖干涉式光纖長度測量方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著光纖技術(shù)的發(fā)展,工程中和生產(chǎn)中對光纖長度的測量不可避免。因此,如何準(zhǔn)確、快速地測量一段光纖的長度具有重要的實際應(yīng)用價值。

目前，工程上用于光纖長度測量設(shè)備主要為光時域反射儀(OTDR)。另據(jù)文獻(xiàn)報道，有通過調(diào)節(jié)相位的全光纖干涉的光纖長度測量系統(tǒng)，基于飛秒激光的光纖長度測試方法，基于微分環(huán)干涉技術(shù)的光纖長度測量系統(tǒng)等，然而上述方法或者精度不高或者設(shè)備太過復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單且測量精度較高的全光纖干涉式光纖長度測量方法及裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種全光纖干涉式光纖長度測量裝置，其包括光源1、耦合器2、耦合器3、第一光纖傳輸器4、第二光纖傳輸器5、光電探測器6、待測光纖8、信號解算及顯示電路7，其中，光源1通過光纖與耦合器2連接，耦合器2通過光纖與耦合器3連接構(gòu)成最小互易光路，耦合器3通過光纖同時連接第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5，所述第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5分別連接待測光纖8兩端，光電探測器6一端通過光纖連接耦合器2，另一端與信號解算及顯示電路7連接。

所述第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5結(jié)構(gòu)相同，包括第一光纖準(zhǔn)直器9、半反半透膜片11、第二光纖準(zhǔn)直器10，金屬封裝外殼12。其中，第一光纖準(zhǔn)直器9與耦合器3熔接，第二光纖準(zhǔn)直器10與待測光纖8熔接，半反半透膜片11設(shè)置在第一光纖準(zhǔn)直器9與第二光纖準(zhǔn)直器10之間用于產(chǎn)生反射光和透射光。

一種基于所述的全光纖干涉式光纖長度測量裝置的全光纖干涉式光纖長度測量方法，其使用脈沖光作為信號光，經(jīng)兩只耦合器后分兩路光分別進(jìn)入兩只具有一定透射率的光纖傳輸器，兩路光束相向傳輸通過待測光纖，再次進(jìn)入耦合器，并在耦合器內(nèi)發(fā)生干涉，由于光路為最小互易光路，因此兩束光束光程相同，使得干涉信號為相長干涉，光電探測器能夠探測得到峰值脈沖，再由于光纖傳輸器的反射作用，能夠發(fā)生多次干涉，使得光電探測器能夠探測到多個峰值脈沖，利用相鄰兩個峰值脈沖的時間差解算出待測光纖長度。

通過測量若干組相鄰脈沖之間的時間差，能夠得到多組光纖長度數(shù)值，并對多組光纖長度數(shù)值進(jìn)行平均處理。

通過測量多個電脈沖信號時間差，并計算相鄰峰值脈沖間的平均時間差，得到待測光纖長度。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：本發(fā)明光纖長度測量方法及裝置基于sagnac干涉儀原理，僅探測干涉光強信號，使用脈沖光作為信號光，同時使用兩只具有一定透射率的膜片式光纖傳輸器，使得光電探測器探測到多個干涉光強信號，探測到的相鄰兩個干涉光強信號的時間差可解算出待測光纖長度。同時通過測量多個電脈沖信號時間差，可以消除測量過程中光路及電路帶來的誤差，提高測量精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明全光纖干涉式光纖長度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，所有光學(xué)器件及待測光纖均使用熔接機進(jìn)行連接，構(gòu)成全光纖結(jié)構(gòu)。圖中各部件描述為：1-光源、2-分束比為50/50的2X2耦合器、3-分束比為50/50的2X2耦合器、4-透射率為50％的第一光纖傳輸器、5-透射率為50％的第二光纖傳輸器、6-光電探測器、7-信號解算及顯示電路、8-待測光纖。

圖1中黑色箭頭為光束傳播方向。光源發(fā)出脈沖光，其產(chǎn)生方式可以為使用電脈沖信號調(diào)節(jié)光源或在連續(xù)輸出光源后加光開關(guān)，脈沖頻率可調(diào)節(jié)。光源可以為激光光源，也可以為寬譜光源。

圖2為第一光纖傳輸器和第二光纖傳輸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。各部分描述為：9-第一光纖準(zhǔn)直器、10-第二光纖準(zhǔn)直器、11-半反半透膜片、12-金屬封裝外殼。

圖3為光源連續(xù)發(fā)出兩個脈沖光信號，光電探測器探測到干涉光信號后輸出的一系列電脈沖信號。

圖4為電路解算原理圖，圖中電脈沖信號為光源發(fā)出一個脈沖光信號后產(chǎn)生的，Δt1表示相鄰兩個電脈沖信號時間間隔，Δt2表示第一個與第十一個電脈沖信號時間間隔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

本發(fā)明原理基于光纖Sagnac干涉儀，通過探測光纖中相向傳輸?shù)膬墒庠谳敵龆说母缮婀鈴娦盘杹頊y量光纖長度。使用脈沖光作為信號光，同時使用兩只具有一定透射率的膜片式光纖傳輸器，使得光電探測器可以探測到多個干涉光強信號。探測到的相鄰兩個干涉光強信號的時間差可解算出待測光纖長度。通過合理設(shè)計光路和解算電路可以消除測量過程中光路及電路帶來的誤差，提高測量精度。

請參閱圖1，全光纖干涉式光纖長度測量裝置，其包括光源1、耦合器2、耦合器3、第一光纖傳輸器4、第二光纖傳輸器5、光電探測器6、信號解算及顯示電路7、待測光纖8。

圖1中各器件連接關(guān)系為：光源1輸出尾纖與2X2耦合器2中輸入尾纖的一端進(jìn)行熔接，2X2耦合器2中輸入尾纖的另一端與光電探測器5輸入尾纖進(jìn)行熔接，2X2耦合器2輸出尾纖一端與2X2耦合器3熔接，2X2耦合器3兩端輸出尾纖分別與第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5的輸入尾纖相熔接，要求熔接后耦合器3至第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5間的光纖長度相等，第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5的輸出尾纖分別與待測光纖8的兩端相熔接，光電探測器6與信號解算及顯示電路7相連接用于信號解算。

其中，所述第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5結(jié)構(gòu)相同，具體如圖2所示。包括第一光纖準(zhǔn)直器9、半反半透膜片11、第二光纖準(zhǔn)直器10，金屬封裝外殼12。其中，第一光纖準(zhǔn)直器9與耦合器3熔接，第二光纖準(zhǔn)直器10與待測光纖8熔接，半反半透膜片11設(shè)置在第一光纖準(zhǔn)直器9與第二光纖準(zhǔn)直器10之間用于產(chǎn)生反射光和透射光。

具體實施流程：

步驟1：光源1發(fā)出一個脈沖光信號，其產(chǎn)生方式可以為使用電脈沖信號調(diào)制光源或在連續(xù)輸出光源后加光開關(guān)調(diào)制光路，脈沖頻率可調(diào)節(jié)。光源可以為激光光源，也可以為寬譜光源。

步驟2：光信號經(jīng)過分束比為50/50的2X2耦合器2進(jìn)入分束比為50/50的2X2耦合器3后分成光強相等的兩束光，分別進(jìn)入透射率為50％的膜片式光纖傳輸器4和光纖傳輸器5，50％的光信號經(jīng)反射在耦合器3處干涉，但由于一束光兩次經(jīng)歷耦合器直通臂，而另一束光兩次經(jīng)歷耦合臂，故兩束光相位差為π，因此干涉為相消干涉，探測器不會產(chǎn)生電脈沖信號。而50％的光信號經(jīng)透射通過第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5后，沿待測光纖8傳輸一周后再次經(jīng)過第二光纖傳輸器5和第一光纖傳輸器4，此時50％的光信號進(jìn)入2X2耦合器3發(fā)生干涉，由于兩只耦合器構(gòu)成最小互易光路，兩束光信號所傳輸?shù)墓獬滔嗟龋虼?，兩束光為相長干涉，光電探測器6探測到第一個電脈沖信號。

步驟3：步驟2中兩束光再次進(jìn)入第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5時，仍有50％的光信號再次反射回待測光纖8，傳輸一周后再次進(jìn)入第二光纖傳輸器5和第一光纖傳輸器4，50％的光信號進(jìn)入2X2耦合器3發(fā)生干涉，由光電探測器6探測到第二個電脈沖信號。與此同時，50％的光信號繼續(xù)反射回待測光纖，用于形成后續(xù)電脈沖信號，直至干涉光信號衰減至探測器最小可探測功率。

步驟4：光源繼續(xù)發(fā)出脈沖光信號，不斷重復(fù)步驟2至步驟3，探測器將探測到一系列電脈沖信號。圖3描述了光源連續(xù)發(fā)出兩個脈沖光信號后光電探測器探測到的電脈沖信號。

步驟5：通過測量一個脈沖光信號所產(chǎn)生的一系列電脈沖信號可解算出待測光纖長度，解算原理如圖4所示。圖4中相鄰兩脈沖信號時間間隔Δt1代表光信號經(jīng)過待測光纖8和第一光纖傳輸器4和第二光纖傳輸器5的輸出尾纖的時間，即

Δt1＝(L₀+L₁+L₂)*n/c

上式中L₀表示待測光纖8長度，L₁表示第一光纖傳輸器4輸出尾纖長度，L₂表示第二光纖傳輸器5輸出尾纖長度，n為待測光纖折射率，c為真空中光速。通過測量Δt1，若已知n、L₁和L₂，便可計算出L₀。

步驟6：電路解算時，合理設(shè)計信號解算電路7，可以判斷當(dāng)接收到第一個脈沖信號時，同時觸發(fā)計時器及脈沖計數(shù)器，當(dāng)接收到第11個脈沖時停止計時器及脈沖計數(shù)器，此時計時器時長Δt2＝10*Δt1。由Δt2解算出的待測光纖長度L₀可以消除光路及電路噪聲產(chǎn)生的誤差，提高測量精度。使用單片機可以計算并顯示待測光纖長度L₀。