内调制时间门控光频域反射计.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116026380A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310003570.5(22)申请日2023.01.03(71)申请人天地上海采掘装备科技有限公司地址201401上海市奉贤区环城东路168号(72)发明人邱锦波刘宏睿金振国吕晓张启志袁安祥张涛张飞郭岱(51)Int.Cl.G01D5/353(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称内调制时间门控光频域反射计(57)摘要本发明涉及一种内调制时间门控光频域反射计，包括依次连接的信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器和第一光纤耦合器，还包括依次连接的平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元，第一光纤耦合器的第一输出端口连接开关型光放大器的输入端口，开关型光放大器的输出端口与延迟光纤的一端连接，延迟光纤的另一端与环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接待测光纤的一端，第一光纤耦合器的第二输出端口连接第二光纤耦合器的第一输入端口，环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的第二输入端口，第二光纤耦合器的第一输出端口和第二输出端口连接平衡探测器的两个输入端口。本发明结构简单，空间分辨率高，且测量距离不受限。CN116026380ACN116026380A权利要求书1/2页1.一种内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：包括信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器、第一光纤耦合器、开关型光放大器、延迟光纤、环形器、待测光纤、第二光纤耦合器、平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元，信号发生器、分布式反馈激光器驱动器、分布式反馈激光器和第一光纤耦合器依次连接，第一光纤耦合器的第一输出端口连接开关型光放大器的输入端口，开关型光放大器的输出端口与延迟光纤的一端连接，延迟光纤的另一端与环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接待测光纤的一端，第一光纤耦合器的第二输出端口连接第二光纤耦合器的第一输入端口，环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的第二输入端口，第二光纤耦合器的第一输出端口和第二输出端口连接平衡探测器的两个输入端口，平衡探测器、数据采集卡和信息处理单元依次连接。2.如权利要求1所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述开关型光放大器采用半导体光放大器。3.如权利要求1所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述第一光纤耦合器采用50：50光纤耦合器。4.如权利要求1所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述信息处理单元采用计算机、工控机或PAD。5.如权利要求1、2、3或4所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：通过控制所述信号发生器输出的预调制电流信号，使分布式反馈激光器产生由一个扫频脉冲信号和一个稳频信号组成的组合信号，该组合信号表示为：式中E0为信号强度，ω0为信号初始频率，γ为扫频速率，θ(t)为初始相位。6.如权利要求5所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：确定所述预调制电流信号的方法为：连接所述分布式反馈激光器驱动器和分布式反馈激光器，并用干涉仪测量分布式反馈激光器所输出激光的瞬时频率，测出从分布式反馈激光器驱动器的输入电流到分布式反馈激光器的输出激光的瞬时频率的传递函数，以输出所述组合信号为目标，反演求得应当对应输入分布式反馈激光器驱动器的电流信号，该电流信号即为所述预调制电流信号。7.如权利要求6所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：利用第一光纤耦合器将所述组合信号分为两路光，一路经过开关型光放大器斩波放大后，提取出其中的扫频脉冲信号作为探测光，探测光经过延迟光纤延迟后经环形器进入待测光纤，在待测光纤中产生后向瑞利散射，散射光沿待测光纤向相反方向行进并经环形器送入第二光纤耦合器，另一路作为本地光直接送入第二光纤耦合器。8.如权利要求7所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：待测光纤上某一个散射点处产生的后向散射光与本地光的稳频部分在第二光纤耦合器处耦合并发生干涉，产生拍频信号为：2Ibeat＝2E0ERcos[2πγτt‑πγt+θ(τ)]，其中ER为该散射点后向散射光强度，为该散射点对应的时间延迟，L为该散射点到待测光纤起点的距离，v是光在光纤中的光速，θ(τ)2CN116026380A权利要求书2/2页是散射光与本地光之间的相位差。9.如权利要求8所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述拍频信号从第二光纤耦合器的两个输出端口进入平衡探测器，平衡探测器滤掉两路拍频信号中的直流成分后对剩下的交流成分进行光电转换。10.如权利要求9所述的内调制时间门控光频域反射计，其特征在于：所述数据采集卡在所述扫频脉冲信号进入待测光纤后才开始工作，从数据采集卡输出的模数转换后得到的数字信号序列输入到所述信息