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CN109560875B - 一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置和方法 - Google Patents

一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置和方法。光源发射器发射出包含不同波长的探测光脉冲信号，光纤光栅编码器接收探测光脉冲信号，生成并输出编码脉冲信号，编码脉冲信号到达用户端并发生反射，反射信号经光纤光栅编码器合路后输入1×2光耦合器，1×2光耦合器将反射信号的部分能量送给光接收机，其余能量送给光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据接收的信号测得反射信号的中心波长和外部环境温度，并将其传送给数据处理模块进行温度补偿。本发明通过测得外部环境的温度，实现光纤光栅的温漂补偿，降低了因光纤光栅中心波长偏移引起的编码信号幅值扰动造成的链路状态的误判，为无源光网络链路健康精准检测提供有力保障。

Description

一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置和方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，特别涉及了一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置和方法。
背景技术
无源光网络(PON)由光线路终端(OLT)、光分配网(ODN)和光网络单元(ONU)三部分组成，在OLT与ONU之间的ODU中不含有任何电子器件及电子电源，具有传输容量高，业务透明，成本低廉，维护简单，安全性高等特点，已经成为光纤接入网的主流解决方案。随着PON技术的不断发展，即时通讯、高清在线视频、大数据、云计算等业务的涌现对于光纤链路可靠性提出了更高的要求。PON中任一光纤链路故障，势必会造成用户数据丢失，降低用户满意度，甚至给客户造成经济损失。因此，PON链路故障监测技术受到了越来越多的关注。为了解决传统的OTDR技术在点对多点接入模式的PON系统中的局限性，人们逐步开展了基于光编码的PON链路监测技术的研究。
光纤光栅是改变光纤纤芯区域折射率，在轴向产生周期性的调制而形成的，它是实质上是一种无源滤波器(透射)或反射器。由于光纤光栅具有体积小，损耗小，耦合性好，与其它光器件兼容等特点，被用来制作成各种独特的无源光器件。此外，光纤光栅是性能优良的敏感器件，基于光纤光栅技术的温度传感器具有灵敏度高，耐腐蚀，抗电磁干扰能力强，稳定性高等特点。目前光纤光栅的制作工艺已十分成熟，易于大规模生产，成本低，这使得光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为全光网中理想的关键器件，广泛应用于光纤通信和光传感领域。
需要注意的是，由于光纤光栅的温度敏感性，在实际使用中，外界温度的变化会造成光纤光栅中心波长的漂移，典型光纤光栅中心波长随温度的变化量为0.01nm/℃，这种漂移势必会对设计的系统造成影响。现有技术中，光纤光栅的中心反射波长被认为是固定值，忽略了环境温度对光纤光栅中心波长的影响，而实际上光纤光栅中心波长的漂移会导致编码信号幅值的变化，在进行链路状态识别时易发生误判。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提供一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置和方法，通过测得外部环境的温度，实现光纤光栅的温漂补偿。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置，包括光源发射器、光纤光栅编码器、1×2光耦合器、光纤光栅解调仪、光接收机和数据处理模块，所述光源发射器发射出由M+1个不同波长的窄带光源生成的探测光脉冲信号，M为正整数，探测光脉冲信号经合路送入所述光纤光栅编码器，光纤光栅编码器包含2M个输出端口，光纤光栅编码器的输入端口至任一输出端口路径上的光纤光栅反射探测光脉冲信号的若干波长组分，生成并输出编码脉冲信号，编码脉冲信号到达用户端并发生反射，反射信号经光纤光栅编码器合路后输入1×2光耦合器，该1×2光耦合器的两个输出端口的耦合系数比为a:b，且a>b，将1×2光耦合器耦合系数为a的输出端口输出的信号送给所述光接收机，将耦合系数为b的输出端口输出的信号送给所述光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据接收到的信号测得反射信号的中心波长和外部环境温度，光接收机将接收到的反射信号转换为电信号后传送至数据处理模块，光纤光栅解调仪将测得的中心波长数据传送至数据处理模块，数据处理模块根据接收到的数据进行温度补偿。
基于上述技术方案的优选方案，所述光纤光栅编码器为M级级联结构，其中第i级结构包括2i个1×2光分路器和2i个光纤光栅，某第i级光分路器的其中一个输出端经某第i级光纤光栅与对应的第i+1级光分路器的输入端相连，而该第i级光分路器的另一个输出端直接与对应的第i+1级光分路器的输入端相连，i＝0,1,2,…,M-1。
基于上述技术方案的优选方案，所述1×2光分路器输出信号的能量比为50:50。
基于上述技术方案的优选方案，所述1×2光耦合器的两个输出端口的耦合系数比为90:10。
基于上述技术方案的优选方案，所述数据处理模块为PC机。
基于上述光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，包括以下步骤：
(1)在已知恒温环境下通过光谱仪精确测量光纤光栅编码器中光纤光栅的中心波长，将此时的环境温度和对应测得的中心波长设为参考温度和参考中心波长；
(2)控制光源发射器发出探测光脉冲信号并送入光纤光栅编码器，得到编码脉冲信号，通过1×2光耦合器将反射信号部分能量送给光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据接收到的信号精确测量反射信号的中心波长；
(3)通过步骤(2)获取至少两组反射信号的中心波长，结合步骤(1)获得的参考数据，得到实时的外部环境温度；
(4)光纤光栅解调仪将测得的中心波长数据传送给数据处理模块，实现温度补偿。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明根据光纤光栅的光敏特性，利用光纤光栅解调仪测量光纤光栅反射信号中心波长，从而测量光纤光栅编码装置所处外部环境温度，将测得的数据传送回数据处理模块，降低由外部温度变化引起的编码信号幅值扰动造成的光纤链路状态误判。
本发明基于当前成熟的器件构建而成，集成编码与分路功能，便于一体化制作。采用M+1个不同波长的探测光脉冲信号和M级光纤光栅编码装置实现了2M个端口的编码，光纤光栅数目少，支持的光纤链路监测用户容量高。
附图说明
图1是本发明的装置结构图；
图2是本发明装置中光纤光栅编码器的结构图；
图3是实施例的系统结构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种具有温度检测及补偿功能的光纤光栅编码装置，如图1所示，包括光源发射器、光纤光栅编码器、1×2光耦合器、光纤光栅解调仪和光接收机。其中光纤光栅编码器的结构如图2所示。
在本实施例中，设置光纤光栅编码器中各1×2光分路器输出信号的能量比为50:50。设置1×2光耦合器的两个输出端口的耦合系数比为90:10。
基于上述光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，包括以下步骤：
步骤1：在已知恒温环境下通过光谱仪精确测量光纤光栅编码器中光纤光栅的中心波长，将此时的环境温度和对应测得的中心波长设为参考温度和参考中心波长。
步骤2：控制光源发射器发出探测光脉冲信号并送入光纤光栅编码器，得到编码脉冲信号，通过1×2光耦合器将反射信号部分能量送给光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据接收到的信号精确测量反射信号的中心波长；
步骤3：通过步骤2获取至少两组反射信号的中心波长，结合步骤1获得的参考数据，得到实时的外部环境温度；
步骤4：光纤光栅解调仪将测得的中心波长数据传送给数据处理模块，实现温度补偿。
在本实施例中，运用上述装置和方法，设计具有温度检测及补偿功能的32用户链路状态监测系统，系统结构如图3所示。在该系统中，光纤光栅编码器包含5级结构，共包含31个1×2光分路器和31个光纤光栅，光纤光栅按中心波长可分为5组。探测光脉冲信号中包含6个不同频率成分的波长，该脉冲信号由光源发射器内的可调光源经内调制后以特定脉冲宽度和重复频率发出，注入至光纤主干线路中。在远端节点处，由光纤光栅编码器对探测波长信号进行选择性反射并将含唯一波长组合的监测信号分配并下路至各分支光纤链路中。各监测信号由位于各用户前端的反射计反射，该反射计可以是反射带宽覆盖所有监测信号波长的大带宽光纤光栅，可对数据信号和监测信号进行分离，分别对两信号实现透传及阻隔。各分支链路对应的监测信号在用户端分别反射后经远端节点处的光纤光栅编码器进行合波，合波后的叠加监测信号经过1×2光耦合器将信号分为两部分。将反射信号的10％传送到光纤光栅解调仪。将反射信号的90％传送到波分解复用器，接着分为6路不同波长通道的光信号，各通道分路信号再经光电转换后转化为电信号。最后，通过检测相应波长组合中各脉冲反射峰的变化情况，由链路状态识别算法进行判别并给出各链路的实时状态。通过光纤光栅解调仪测得的中心波长数据传送到信号处理端则可以得到精确数据。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，所述光纤光栅编码装置：包括光源发射器、光纤光栅编码器、1×2光耦合器、光纤光栅解调仪、光接收机和数据处理模块，所述光源发射器发射出由M+1个不同波长的窄带光源生成的探测光脉冲信号，M为正整数，探测光脉冲信号经合路送入所述光纤光栅编码器，光纤光栅编码器包含2M个输出端口，光纤光栅编码器的输入端口至任一输出端口路径上的光纤光栅反射探测光脉冲信号的若干波长组分，生成并输出编码脉冲信号，编码脉冲信号到达用户端并发生反射，反射信号经光纤光栅编码器合路后输入1×2光耦合器，该1×2光耦合器的两个输出端口的耦合系数比为a:b，且a>b，将1×2光耦合器耦合系数为a的输出端口输出的信号送给所述光接收机，将耦合系数为b的输出端口输出的信号送给所述光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据接收到的信号测得反射信号的中心波长和外部环境温度，光接收机将接收到的反射信号转换为电信号后传送至数据处理模块，光纤光栅解调仪将测得的中心波长数据传送至数据处理模块，数据处理模块根据接收到的数据进行温度补偿；其特征在于，包括以下步骤：
(1)在已知恒温环境下通过光谱仪精确测量光纤光栅编码器中光纤光栅的中心波长，将此时的环境温度和对应测得的中心波长设为参考温度和参考中心波长；
(2)控制光源发射器发出探测光脉冲信号并送入光纤光栅编码器，得到编码脉冲信号，通过1×2光耦合器将反射信号的一部分能量送给光纤光栅解调仪，另一部分能量送给光接收机，光纤光栅解调仪根据接收到的信号精确测量反射信号的中心波长；
(3)通过步骤(2)获取至少两组反射信号的中心波长，结合步骤(1)获得的参考数据，得到实时的外部环境温度；
(4)光纤光栅解调仪将测得的中心波长数据传送给数据处理模块，实现温度补偿。
2.根据权利要求1所述光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，其特征在于：所述光纤光栅编码器为M级级联结构，其中第i级结构包括2i个1×2光分路器和2i个光纤光栅，某第i级光分路器的其中一个输出端经某第i级光纤光栅与对应的第i+1级光分路器的输入端相连，而该第i级光分路器的另一个输出端直接与对应的第i+1级光分路器的输入端相连，i＝0,1,2,…,M-1。
3.根据权利要求2所述光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，其特征在于：所述1×2光分路器输出信号的能量比为50:50。
4.根据权利要求1所述光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，其特征在于：所述1×2光耦合器的两个输出端口的耦合系数比为90:10。
5.根据权利要求1所述光纤光栅编码装置的温度检测及补偿方法，其特征在于：所述数据处理模块为PC机。
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