[发明专利]一种远距离高精度光纤断点位置检测方法及系统

权利要求书

1.一种远距离高精度光纤断点位置检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将啁啾信号经过功分器分成两路相同的信号，一路作用于电光调制器调制出射激光产生啁啾光脉冲信号，另外一路作为本地参考啁啾信号送入混频器中；

(2)用激光器产生连续激光信号，送入电光调制器，通过啁啾信号对其强度进行调制，随后通过环行器进入待测光纤；

(3)将待测光纤中断点菲涅尔反射回来的光信号经过环行器后送入光纤衰减器；所述光纤衰减器的衰减系数由单光子探测器的输出反馈控制：当单光子探测器饱和输出时，增大衰减系数；当单光子探测器输出过小或者无输出，减小衰减系数；

(4)由单光子探测器检测到衰减后的菲涅尔反射信号，并将输出电信号与参考啁啾信号混频，通过低通滤波器除去混频信号中的高频成份，通过傅里叶变换获得信号的频率偏移，从而获得断点的位置信息。

2.根据权利要求1所述的远距离高精度光纤断点位置检测方法，其特征在于，啁啾信号表达式为：其中k为啁啾脉冲幅度调制信号的转化率，t是时间，f₀为初始频率，为初始相位，k＝B/T，其中B是啁啾信号的调制带宽，T是调制时间。

3.根据权利要求2所述的远距离高精度光纤断点位置检测方法，其特征在于，所述断点菲涅尔反射回来的光信号的表达式为：S_R(t)＝I₀MS(t-τ)，其中I_o激光器功率，M为损耗系数，τ为激光信号飞行时间。

4.根据权利要求3所述的远距离高精度光纤断点位置检测方法，其特征在于，所述探测器输出信号与本地参考啁啾信号的混频信号为：

S_IF＝S(t)×S_R(t)＝S(t)×I₀MS(t-τ)

5.根据权利要求4所述的远距离高精度光纤断点位置检测方法，其特征在于，所述通过傅里叶变换获得信号的频率偏移，从而获得断点的位置信息是，将经过低通滤波之后得到的差频信号经过傅立叶变换为∝sinc(ω)*δ(ω-kτ)∝sinc(ω-kτ)，可得τ＝f_IF/k，代入光纤断点位置计算公式R＝τc₀/2，可得光纤断点位置R＝f_IFc₀T/2B，其中c₀为光在光纤中的传输速度。

6.实现权利要求1-5所述远距离高精度光纤断点位置检测方法的系统，其特征在于，包括功分器、窄线宽激光器、电光调制器、混频器、环行器、光纤衰减器、单光子探测器、低通滤波器、傅里叶变换处理器；

所述功分器的两路输出分别连接电光调制器和混频器，所述窄线宽激光器的输出连接电光调制器，电光调制器连接环行器，环行器的输出端连接待测光纤，返回端连接光纤衰减器后再连接单光子探测器，单光子探测器的输出接混频器，再通过低通滤波器后接入处理器；

啁啾信号经过功分器分成两路相同的信号，一路作用于电光调制器调制出射激光产生啁啾光脉冲信号，另外一路作为参考信号送入混频器中；窄线宽激光器产生连续激光信号，送入电光调制器被调制成啁啾脉冲信号后通过环行器进入待测光纤；待测光纤中，断点处菲涅尔反射回来的光信号经过环行器后送入光纤衰减器，光纤衰减器的衰减系数由单光子探测器的输出反馈控制：单光子探测器检测到衰减后的菲涅尔反射信号，输出电信号与参考啁啾信号通过混频器混频，通过低通滤波器除去混频信号中的高频成份，在处理器中通过傅里叶变换获得信号的频率偏移，通过计算获得断点的位置信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器，为保障其线宽，出射为连续光信号，经过电光调制器调制成啁啾脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光纤衰减器的衰减连续可调节，并受单光子探测器的输出反馈控制，当单光子探测器饱和输出时，增大衰减系数；当单光子探测器输出过小或者无输出，减小衰减系数。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述单光子探测器为GHz门控盖革模式的雪崩光电二极管(APD)单光子探测器。