[发明专利]光缆长度误差测量电路及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及长度测量技术领域，具体为一种光缆长度误差测量电路及测量方法。

背景技术

随着现代光纤通信技术的发展，光纤通信技术已越来越多地应用到信号传输领域，光纤通信具有无辐射、抗干扰力强、保密性好、传输损耗少、信号还原简单以及高可靠性等优点，大部分的光纤信号传输对相位一致性指标无要求，然而在某些应用系统，如相控阵雷达系统、测相系统、多路光纤信号传输系统等，这些应用系统经常涉及到国家的防务安全或者大型探测项目，系统本身相位一致性指标要求很高，高端系统使用的传输光缆长度误差必须控制在1厘米以下，才能保证相位的一致性。

当系统有n根传输光缆时，光缆长度误差越小，多光缆构成的系统相位一致性指标则越高。n条传输光缆之间的长度误差，通过厂家生产控制、比较裁剪等手段，可控制在±0.5米范围内。这样的误差不能满足高相位一致性应用系统的需要，必须进一步加工以减小传输光缆长度误差。

目前，采用的方法是先用光缆长度测试仪具体测量传输光缆的长度，以其中1根光缆为基准，裁剪修补其他光缆，使各条光缆相互之间的长度误差尽可能的小。测量光缆长度所用的光缆长度测试仪目前主要是光时域反射仪OTDR测量仪器，其测量原理是对光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射进行处理分析。现有的各种型号的光时域反射仪OTDR测试精度一般都在±1米范围左右，测量精度还无法满足特殊应用系统的要求。

因此需要研制一种测量传输光缆的长度误差的装置和方法，使相位一致性要求高的应用系统的光缆铺设工程中光缆长度误差达到高精度指标要求。

发明内容

本发明的目的是设计一种光缆长度误差测量电路，包括顺序连接的时钟源、时钟编码处理芯片、光发射单元和PLC光分路器，两路光信号分别经一个第一光环行器接基准光缆和被测光缆，基准光缆与被测光缆的末端各接一个第二光环行器；两个第一光环行器分别接光探测及解码单元。

本发明的另一目的是设计本发明光缆长度误差测量电路的测量方法，不同编码的光信号经过基准光缆与被测光缆返回的时延不同，测量返回电信号的延迟数值，即可精确计算出基准光缆与被测光缆的长度误差，精度可达mm（毫米）级。

本发明的光缆长度误差测量电路设计方案包括时钟源、时钟编码处理芯片、光发射单元、PLC光分路器、第一光环行器、第二光环行器、光探测及解码单元，还有示波器。时钟源输出的时钟信号接入时钟编码处理芯片，时钟编码处理芯片输出的编码时钟信号接入光发射单元、电信号转换为光信号；光发射单元输出的光信号接入PLC（即可编程逻辑控制器）光分路器，PLC光分路器的输出的2路光信号分别经一个第一光环行器进入到基准光缆与被测光缆，基准光缆与被测光缆的末端各接一个第二光环行器；两个第一光环行器分别连接光探测及解码单元。2个光探测及解码单元通过两根长度误差小于±1mm的高频电缆分别连接示波器的2个通道。

所述时钟源为频率稳定度大于5×10^-9ppm、抖动值小于或等于1ps.rms的时钟晶片。

所述示波器测量精度为20ps/div。

所述时钟编码处理芯片配有拨码开关，可以将时钟信号源所发的时钟信号分频为不同频率的方波信号，用以测试不同长度的光缆，方波信号频率越高，适用的光缆长度越短。

本发明设计的上述光缆长度误差测量电路的测量方法，步骤如下：

Ⅰ、光缆连接

某系统光缆铺设工程中所需n根光缆按常规生产手段，长度误差在±0.5米范围内；以其中任一根作为基准光缆，其它的作为被测光缆，依次用本光缆长度误差测量电路测量各被测光缆；基准光缆接其中一个第一光环行器和第二光环行器之间，被测光缆接在另一个第一光环行器和第二光环行器之间。

Ⅱ、电路测量

时钟源发出的时钟信号作为电路的测试信号，该测试信号送入时钟编码处理芯片进行编码，完成信号的分频编码处理，时钟编码处理芯片输出的编码时钟信号送入光发射单元，电信号转换为光信号，光信号送入PLC光分路器分为2路光信号，分别经一个第一光环行器进入到基准光缆与被测光缆，光信号再由基准光缆与被测光缆的末端的第二光环行器返回，各从第一光环行器进入光探测及解码单元，光信号转换为电信号。

Ⅲ、长度计算