高精度光时域反射仪的研制

发布时间：2017-08-07 00:01

  本文关键词：高精度光时域反射仪的研制

  更多相关文章： 光时域反射仪 布尔混沌 脉冲 高精度 光纤故障诊断

【摘要】：光时域反射仪是用于光纤、光缆线路故障检测的主要仪器。该仪器一般懫用脉冲激光作为探测信号,通过检测光纤中的后向瑞利散射及故障点处的菲涅尔反射信号,以获得被测光纤中的衰减信息以及故障点的位置信息。然而,该测量方法存在距离分辨率与动态范围无法同时提高的原理性矛盾,即随着测量距离的增加,其距离分辨率会降低。目前,普通商用脉冲光时域反射仪的典型空间分辨率通常在数米至数十米量级,其测量精度无法实现对光纤、光缆线路中密集故障事件的精确测量。随着光纤通信和光纤到户网络的快速发展,研发一种动态范围大、精度高和成本低的光时域反射技术逐渐成为光纤故障检测领域中一个亟待解决的问题。本文从上述应用需求出发,提出并实验验证了一种基于布尔混沌直接调制激光器的光时域反射技术,该技术利用混沌随机信号结合相关测量法,克服了传统脉冲光时域反射仪中动态范围与空间分辨率无法同时提高的矛盾,实现了与测量距离无关的光纤故障高精度(分米级)测量;此外,该技术在实现混沌光时域反射测量的基础上又融入了脉冲光时域反射技术,通过对两种光纤故障检测方式的组合、优化设计,得到了一种既能测量光纤衰减信息又能实现光纤故障高精度定位的新型光时域反射仪系统。实验结果表明:该系统能够检测到光纤的不匹配连接点和断点等多种类型的反射(光纤故障)事件,其测量距离可达123 km(PC反射端面),并在该测量范围内可实现与距离无关的24 cm距离分辨率;同时,该系统还实现了对光纤衰减信息的精确测量。本文阐述了光纤故障类型及其检测原理,对传统脉冲光时域反射技术和混沌光时域反射技术进行了对比、分析,并指出了它们存在的问题。提出了混沌光与脉冲光相结合的新型光时域反射技术,实现了与距离无关的光纤故障高精度定位以及光纤衰减信息的同时测量。完成了新型光时域反射系统的设计以及系统中各模块单元的开发,包括激光器驱动模块、信号调制模块、混沌信号产生模块以及脉冲信号产生模块等。利用搭建好的新型光时域反射系统对一根多段相连的单模光纤进行实际测量,从距离分辨率和最远测量距离(动态范围)两个方面对该系统的性能进行了分析、评测,并指出了进一步改善测量性能的方法。
【关键词】：光时域反射仪 布尔混沌 脉冲 高精度 光纤故障诊断
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 光纤的应用与故障分析11-13
• 1.1.1 光纤网络的发展与光纤故障11
• 1.1.2 光纤故障的分类与检测11-13
• 1.2 传统光时域反射技术13-16
• 1.2.1 光时域反射技术发展研究13-14
• 1.2.2 传统光时域反射技术检测原理及应用14-16
• 1.3 混沌信号相关法的光时域反射技术16-18
• 1.3.1 混沌信号研究16-17
• 1.3.2 混沌相关法检测光纤故障的原理及应用17-18
• 1.4 现有光时域反射技术存在的问题18-19
• 1.5 论文结构及内容安排19-21
• 第二章 光纤故障检测装置的系统设计21-29
• 2.1 系统整体方案介绍21-22
• 2.2 系统中关键模块介绍22-24
• 2.3 混沌激光的产生方式24-27
• 2.3.1 光反馈、光注入、光电反馈24-25
• 2.3.2 宽带混沌激光的直接调制产生25-27
• 2.4 脉冲激光的产生方式27-28
• 2.5 小结28-29
• 第三章 系统电路的模块化设计与研究29-55
• 3.1 激光器驱动模块设计29-41
• 3.1.1 激光器简介29-35
• 3.1.2 激光器驱动模块设计35-38
• 3.1.3 调制电路模块38-41
• 3.2 布尔混沌信号的产生41-46
• 3.2.1 宽带混沌信号41-42
• 3.2.2 布尔混沌实验研究42-46
• 3.3 脉冲信号源电路设计46-48
• 3.3.1 两种脉冲电路的实现46-48
• 3.3.2 结果分析48
• 3.4 其他电路模块设计48-51
• 3.4.1 电压转换电路48-49
• 3.4.2 慢启动电路设计49-50
• 3.4.3 开关电路50
• 3.4.4 单端转差分电路50-51
• 3.5 硬件电路的调试结果51-55
• 第四章 光纤故障检测结果及分析55-65
• 4.0 引言55
• 4.1 实验装置及原理55-57
• 4.2 光纤故障点检测57-59
• 4.3 空间分辨率及最远距离59-61
• 4.4 光纤的衰减损耗实验61-63
• 4.4.1 光纤衰减损耗的检测61-62
• 4.4.2 平滑滤波62-63
• 4.5 小结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 论文工作总结65
• 5.2 论文工作展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与所取得成果73

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本文编号：631952