频域反射计的原理与应用

电位差计的原理和使用

实验八电位差计的原理和使用【实验目的】 1．掌握电位差计的工作原理和正确使用方法，加深对补偿法测量原理的理解和运用。 2．训练简单测量电路的设计和测量条件的选择。【实验仪器】 UJ31型直流电位差计、SS1791双路输出直流稳压电源、标准电池、标准电阻、AC15/5灵敏电流计、FJ31型直流分压箱、滑线变阻器、直流电阻箱、待校验电表、待测干电池、待测电阻、开关和导线等。【实验原理】如图5.8.1所示，电位差计的工作原理是根据电压补偿法，先使标准电池E n 与测量电路中的精密电阻R n 的两端电势差U st 相比较，再使被测电势差（或电压）E x 与准确可变的电势差U x 相比较，通过检流计G 两次指零来获得测量结果。电压补偿原理也可从电势差计的“校准”和“测量”两个步骤中理解。校准：将K 2打向“标准”位置，检流计和校准电路联接，R n 取一预定值，其大小由标准电池E S 的电动势确定；把K 1合上，调节R P ，使检流计G 指零，即E n = IR n ，此时测量电路的工作电流已调好为 I = E n /R n 。校准工作电流的目的：使测量电路中的R x 流过一个已知的标准电流I o ，以保证R x 电阻盘上的电压示值（刻度值）与其（精密电阻R x 上的）实际电压值相一致。测量：将K 2打向“未知”位置，检流计和被测电路联接，保持I o 不变（即R P 不变），K 1合上，调节R x ，使检流计G 指零，即有E x = U x = I o R x 。由此可得x n n x R R E E = 。由于箱式电位差计面板上的测量盘是根据R x 电阻值标出其对应的电压刻度值，因此只要读出R x 电阻盘刻度的电压读数，即为被测电动势E x 的测量值。所以，电位差计使用时，一定要先“校准”，后“测量”，两者不能倒置。【实验装置】 1. UJ31型电位差计 UJ31型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量范围为 mV .V 1171-μ(1K 置1?档)或 mV V 17110-μ（1K 置10?档）。使用图5.8.1 电位差计的工作原理 + - -++- + -标准检流计 5.7-6.4V 未知1 未知2 K 1 R P2 R P3 R P1 R n K 2 I II III 1.01×10 ×1 未知1 未知2 标准断断粗中细

OFDR

光频域反射计(OFDR)是20世纪90年代以来的一个新技术，因能应用于各种范围的高精度测量和具有大的动态范围而吸引了研究者的兴趣。OFDR系统需要的光源应该为线性扫频窄线宽单纵模激光器，所以对光源的要求很高，这也导致了国内对OFDR研究的缺乏。由于OFDR能应用于各种范围的高精度测量和具有大的动态范围，还是吸引了众多研究者的兴趣。随着国内光源调频技术的日益成熟，其发展和应用前景相当广阔。目前使用较多的是光时域反射计(OTDR)。OTDR是通过分析后向散射光的时间差和光程差进行检测。探测分辨率的提高依赖于探测脉冲宽度的减小，但是，在激光功率一定的条件下。会造成探测脉冲能量的降低和噪声电平的增加，从而引起动态范围的减小。为了解决这个问题，其他的时域反射方法也在不断地研究中。光频域反射计结构包括线性扫频光源、迈克尔逊干涉仪、光电探测器和频谱仪(或信号处理单元)等，基于光外差探测，其原理可用下图进行分析。以频率为中心进行线性扫频的连续光，经耦合器进入迈克尔逊干涉仪结构分成两束。一束经反射镜返回，其光程是固定的，称为参考光，另一束则进入待测光纤。由于光纤存在折射率的微观不均匀性，会产生瑞利散射。其中部分后向散射光满足光纤数值孔径而朝注入端返回，称为信号光。如果传播长度满足光的相干条件，则信号光和参考光就会在光电探测器的光敏面上发生混频。待测光纤上任一点X处的瑞利后向散射信号所对应的光电流的频率设置为0时，频率大小则正比于散射点位置x。只要该频率小于光电探测器的截止响应频率。光电探测器就会输出相应频率的光电流，其幅度正比于光纤x处的后向散射系数和光功率的大小，从而得到沿待测光纤各处的散射衰减特性，同时可以通过测试频率的最大值来推导出待测光纤的长度。空间分辨率是指测量系统能辨别待测光纤上两个相邻测量点的能力。空间分辨率高意味着能辨别的测量点间距短，即光纤上能测量的信息点就多，更能反映整条待测光纤的特性。在OTDR系统中分辨率受探测光脉冲宽度的限制，探测光脉冲宽度窄，则分辨率高，同时光脉冲能量变小，信噪比减小。OFDR系统中的空间分辨率根据可以对应为辨别待测光纤两个相邻测量点所对应的中频信号的能力，而辨别中频信号的能力与系统中所使用的频谱仪的接收机带宽密切相关。很明显，接收机带宽越小，则辨别两个不同频率信号的能力越强，同时引入的噪声电平也小，信噪比提高，故OFDR系统在得到高空间分辨率的同时也能得到很大的动态范围。光源相位噪声和相干性的限制以上分析都是假定光源是单色的，而实际的信号源都会产生较大的相位噪声并通过有限的频谱宽度表现出来。该相位噪声会减小空间分辨率并缩短光纤能够可靠测量的长度，即光纤在一定长度之后测量到的数据就不能准确反映出散射信号的大小，从而不能正确分析光纤的传输特性。光源扫频非线性的限制

OTDR(光时域反射仪)操作手册

CMA8800光时域反射测试仪操作手册郑州维修中心

目录第一章快速开始第二章概览第三章OTDR测量模式第四章储存及打印功能附录 CMA8800的特点及日常维护

第一章快速开始 1.1仪器供电 CMA8800是通过220VAC适配器/充电器从外部供电。注意：CMA8800不能用内置电池供电! 电源开关位于上面板的右侧。按下开关即可启动。 1.2启动顺序当该单元上电后，首先出现了一个开始画面，包括软件版本及日期，接着单元进行自检。结果显示如图1-2所示。当自检结束后，按下PAUSE可以读屏幕上的信息。按下“继续”可以继续进行操作。图1－2典型设备和自检屏幕 1.3操作模式选择屏幕当上电完成后，将显示一个可供选择模式的屏幕，每一种可见的模式均位于相应软键的旁边，你只要按下相应的键就按相应的模式进行操作。这里为有经验的用户出了每一种模式的快速操作信息，详细的信息见于手册中后面的章节。

1.3.1故障定位模式故障定位模式是一种快速确定光纤端/断点位置的方法。当你按下FAULT LOCATE，首先就开始一个光纤接口质量的检查（如果在附加设置中，光纤接口质量的检查功能已启动），这个检查会告诉你基于用户在快速设置菜单中所定义的背向散射系数的连接是不好的、一般的还是好的。当检查进行测试完成后，光纤端/断点显示如图1－4所示。通过按下硬键TEST/STOP或者模式屏幕软键可使测试取消，

1.3.2配置模式按“配置模式”键进入“快速设置菜单”屏，在这里设置自动测试功能及测量参数，参见3.1节和3.2关于快速设置和附加设置的信息按“启动”键显示光纤存储信息屏幕(如图1-5所示)，从这里你可以输入描述新的测试的信息，按“继续”就到达了连接光纤屏幕，接着再按“继续”就开始进行测试。如需要，此时可按“模式屏”回到模式选择屏幕。 1.3.3专家模式专家级的OTDR模式是为那些想应用CMA8800更先进功能的用户而设计的，所有的OTDR功能均见于这种模式。按软键“专家模式”进入快速设置菜单（参见图3－1）；在此处，你可以在测试之前设置所有的必要的参数；目前的设置决定了自动执行哪些操作功能，如果“全自动”设为开，则所有的操作均被认定为自动执行，如果“全自动”设为关，则你必须选择哪一种操作是自动执行的。按下“启动”进入显示曲线屏幕，按下硬键“REAL TIME”开始运行实时扫描，再按下硬键“REAL TIME”可以终止实时扫描状态。按下硬键“TEST/STOP即可开始测试。 1.3.3.1曲线显示屏幕从设置状态按GO就显示了一个与图6-1相似的曲线屏。 1、图标行在曲线图形区上方的图标行，显示了对比曲线和背景曲线参考的曲线文件名和其他信息，包括该曲线是否已被滤波、是否被施加衰减、是否进行过曲线分析的，测试平均是否未完成等产，对比曲线的文件名在屏幕左边显示，背景曲线(如果存在)的文件名在网络上的屏幕右边显示。光标行图标：有效结果表平滑已经运行正在行进数据采集差值比较光标锁定曲线被施加衰减

BOFDA技术应用于桩身内力监测

布里渊光频域分析仪（BOFDA）技术更新及应用自高精度布里渊光频域反射分析仪（fTB2505）问世并引入国内以来，苏州南智传感科技有限公司（下称“我司”）与德国fibirsTerre 公司一道，致力于推进该技术应用于各类工程监测检测和科学研究中。德国fibrisTerre公司经过半年多研发和测试，fTB2505型布里渊光频域分布式光纤应变/温度解调仪取得了重大的技术突破，对系统进行了全面升级，在不损失测试精度的前提下（仍为2με），其测试空间分辨率由原来的50cm稳定提升到20cm，充分展示光频域解调技术的独特优势。本次升级无需更换硬件，通过远程更新系统文件即可完成，公司近期将联合厂家对国内客户的fTB2505型仪器进行全面升级,升级后的测试参数见表1。为了达到更高测试效果，厂方正进行10cm以下的高空间分辨能力的研发，敬请期待。图1 fTB2505外形

fTB2505仪器空间分辨率提升后，进一步拓展了其应用领域，不仅可以准确测试应力、应变等变形测试结果，更可提高裂纹探测、结构损伤探测等监测效果，而且更加适用于各类小尺寸室内模拟试验，为各类科学试验研究和现场工程监测提供更为精准的全空间数据。图2 系统升级后实际检测情况

目前，苏州南智传感科技有限公司已成功将BOFDA技术应用到各类岩土体的变形监测、检测中，并取得了良好的测试成果。BOFDA应用于各场地桩身内力测试：图3 试桩概况为了获取更加可靠的工程桩技术参数，我司将BOFDA技术广泛应用于建筑桩基础的内力测试中，通过测试得到桩身轴力分布、桩侧摩阻力分布及桩端阻力的大小及分布规律，为地基处理优化、工程设计和指导施工提供可靠的数据依据和建议。

电力电缆线路温度在线检测技术应用

电力电缆线路温度在线检测技术应用摘要：基于温度在线检测技术的重要性，分析电力电缆线路运行温度在线检测技术。内容包括光纤传感技术、点式温度传感技术、线式温度传感器技术、热效应温度传感技术，以及它们的应用。关键词：电力电缆；电缆温度；温度在线检测引言在电力电缆的日常运行检测中，针对电缆温度的状况，所采用的在线检测技术也得到了大范围的普及。电网系统中，其单位时间内可输送的电力能源受到其温度的变化影响。因此，采用更有效的方式实时检测电缆系统运行温度，可以针对电缆载流量的具体状况而找到更为有效的解决方案，有力保障电力系统供电的稳定性。 1温度在线检测技术在相关维护人员进行电缆温度日常巡检过程中，想要更为实时的掌握导线幅值的变化状况，就必须要关注其温度，电缆温度的稳定，是把控电缆流量的关键[1-3]。电缆温度在线检测技术的优势是非常明显的。例如，与传统的热电偶局部点温度测量方式相比，更为实时的分布式光纤测温技术可以更为精准实时的显示导线温度与绝缘构件的温度状况，极大地提升了相关系统的工作效率。光纤分布式测温技术不仅仅能够为导线载流量的调整提供了更好的依据，也可以实时找到那些过热部位，让日常的检修工作更具有时效性，有效排除了那些潜在的安全威胁，发挥线检测技术的优势。 2电力电缆线路的运行温度在线检测技术

2.1光纤传感技术在电缆温度在线测量的相关技术中，光纤传感技术以后相拉曼散射效应为运行基础，将光纤与纳米激光脉冲理论相结合，利用热振动频率来展示电缆的实施温度。在电力电缆实际温度监测过程中，光纤技术的应用场景相对普遍，其对电力系统日常维护工作带来的便利性也是被越来越多的相关从业人员所认可，而实际应用中，通常会与光时域反射测温技术相融合，获取电力电缆的实时温度，但是，这一项测温技术在具体的应用场景中，还是存在着一些不足，其主要体现在相关零部件的精度要求高，寿命较短，相关检测设备的维护成本较高。 2.2点式温度传感技术与光纤传感技术相比，点式温度传感技术的操作更为简便，日常检测设备的运行维护成本较低，但是，由于点式温度传感技术的先天局限性，使其无法在整个电缆导线测温系统中得到应用。点式传感技术的核心是在电缆相应需要进行实时温度监测的部位设置监测点，然后使用相关传输设备将这些监测点与相应的温度显示设备连接到一起，监控人员就可以获取到这些点的温度变化状况。点式传感技术的核心工作方式也是其弱点之一，如何在电缆系统的各个位置选取测量点，如何找到那些最容易发生故障部位，这些问题都需要相关检测实施人员进行操作，埋下安全隐患。 2.3线式温度传感器技术线式温度传感器技术主要针对电缆进行温度监控，对应电缆将会采用特别设置的温度敏感材料，在运行过程中，温度一旦出现预设的

光时域反射仪OTDR的基本原理

OTDR的基本原理 OTDR勺基本原理什么是OTDR? 基础 OTDR将激光光源和检测器组合在一起以提供光纤链路的内视图。激光光源发送信号到光纤中，检测器接收从链路的不同元素反射的光。激光光源发送信号到光纤中，检测器在光纤中接收从链路的不同元素反射的光。发送的信号是一个短脉冲，其携带有一定数量的能量。然后，时钟精确计算出脉冲传播的时间，然后将时间转换为距离，便可以得知该光纤的属性。当脉冲沿着光纤传播时，由于连接和光纤自身的反射，一小部分脉冲能量会返回检测器。当脉冲完全返回检测器时，发送第二个脉冲一直到取样时间结束。因此，会立刻执行多次取样并平均化以提供链路元件的清晰特性图。取样结束后，执行信号处理，除了计算总链路长度、总链路损耗、光回损(ORL)和光纤衰减外，还计算每个事件的距离、损耗和反射。使用OTDR的主要优势在于单端测试，只需要一位操作人员和一台仪器来鉴定链路质量或查找网络故障。图#1显示了OTDR的框图。图1. OTDR框图图1 OTOR框图* 反射是关键如前文所述，OTDR通过读取从所发送脉冲返回的光级别以显示链路情况。请注意，有两种类型的反射光：光纤产生的连续低级别光称为Rayleigh 背向散射，连接点处的高反射峰值称为Fresnel反射。Rayleigh背向散射用于作为距离的函数以计算光纤中的衰减级别(单位是dB/km)，在OTDR轨迹中显示为直线斜率。该现象来源于光纤内部杂质固有的反射和吸收。当光照射到杂质上时，一些杂质颗粒将光重定向到不同的方向，同时产生了信号衰减和背向散射。波长越长，衰减越少，因此，在标准光纤上传输相同距离所需的功率越小。图2说明了Rayleigh 背向散射。图2. Rayleigh 背向散射 -iOR Puuse GEhJERATOft Dlf Ei?Tl JNAL C OUPLER ? Waller —Distance range

光频域反射仪(OFDR)在军事装备中的应用

光频域反射仪（OFDR）在军事装备中的应用发表时间：2018-11-14T13:57:32.717Z 来源：《科技新时代》2018年9期作者：高建 [导读] 随着光纤应用面的扩大，一个很重要的问题随之产生：如何在日常维护保养中对基于光纤技术的装备或系统进行有效的检测。江苏骏龙光电科技股份有限公司 225300 摘要：随着光纤应用面的扩大，一个很重要的问题随之产生：如何在日常维护保养中对基于光纤技术的装备或系统进行有效的检测。目前市场上比较常用的代表性技术有：基于瑞利散射的用于干线光缆故障检测的OTDR；基于布里渊散射的用于分布式应力测量的 BOTDR；基于拉曼散射的用于分布式温度测量的ROTDR。它们的优点是技术难度相对低、测量距离长（百公里级），但距离分辨率有限。而OFDR是一种基于频域分析的后向反射测量技术，从原理上克服了OTDR在距离分辨率上的不足，可实现高距离分辨率、高灵敏度、中等距离的测量。关键词：光频域反射仪；军事装备；应用一、应用背景概述 1.1、海上军事装备的应用美国海军在80年代初就实施了开发大型新舰船用光纤区域网作为计算机数据总线的计划（AEGIS（宇斯盾）计划），他们意识到了将舰艇中的同轴电缆更换为光缆的巨大价值。1986年初，美国海军海洋系统司令部又在此基础上成立了SAFENET（能抗毁的自适应光纤嵌入网）委员会。并于1987年成立工作组指导制定了SAFENET－I和SAFENE-II两套标准并开发出了相应系统。这些系统已安装在CG 47 级导弹巡洋舰、DDG 51级导弹驱逐舰、“乔治·华盛顿号”航空母舰等舰艇上。随后实施的高速光网（HSON）原型计划，在实现了1.7Gb／S 的第一阶段目标后，美国“小石城号”军舰上的雷达数据总线传输容量就达到了1Gb／S，并使原来重量达90吨的同轴电缆被0.5吨重的单模光缆所代替。1997年11月，美国在核动力航空母舰“杜鲁门号”（CVN75）上采用气送光纤技术完成了光纤敷设。后来又成功地在“企业号”（CVN 65）上进行了敷设。还计划在“里根号”（CVN 76）、“尼米兹号”（CVN68）及“USSWasp”号（LHD－1）上用气送光纤技术敷设光纤系统。其中“杜鲁门号”上所用光纤达67.58kM。在上述舰载高速光纤网、采用光纤制导的武器弹药或使用光纤传输信息的局部装置中，存在着大量的光纤连接头或光纤弯曲等现象，网络链路结构复杂、光器件数目多；网络工作环境恶劣、温度变化大、振动冲击严重；对这类网络的可靠性检测事关国家安全，需要在维护检修时具备很高的故障分辨率并能定位到器件内部。OTDR技术显然不能满足上述要求，而OFDR则具备满足这一应用需求的能力。OFDR可以有效的检测出链路内各个光器件的反射及损耗特性，OTDR则因距离分辨率低而难以有效检测该链路中光器件的状况。表明OFDR能够有效地高精度检测中短距离专用光纤网络中光纤和器件的故障。 1.2、航空航天装备的应用载人航天、大型飞机作为国家科技实力的标志，得到迅速发展，我国也将之列入中长期科技发展规划重大专项和重大科学工程。大型飞机、载人航天的发展，必然对其内部通信网络的传输容量、抗干扰能力以及体积重量等提出新的要求，光纤以其传输带宽、抗电磁干扰能力、以及质量轻、体积小、抗腐蚀、无火灾隐患等独特优越性，使其成为支持该发展需求的最佳技术选择。美国自1995年波音777首次成功使用光纤局域网（LAN）技术之后，就提出了"航空电子光纤统一网络"的概念，掀起了航空电子光纤网络技术研究的热潮。构建基于光纤技术的内部通信网络，成为这类专用通信网络的发展趋势，也为光纤通信技术开辟了新型的应用领域。然而，这类网络的可靠性检测是一个没能很好解决的问题。这类网络往往事关人的生命乃至国家安全，对网络的可靠性和安全性要求极高，必须进行严格细致的检测。网络的链路距离短（几十米至数公里），结构复杂、光器件数目多，要求故障精确定位到器件的内部。因此，需要定位精度能够达到毫米量级、距离范围能到数公里的光纤链路检测设备，光时域反射技术（OTDR）显然不能满足上述测量要求，而OFDR则具备满足这一应用需求的能力。目前国内军机的通信系统普遍采用了“1+N+1”的模式，“1”表示交换机机箱内的多模光纤长度，“N”表示两个机箱之间的光缆长度。 1.3、陆地军事装备的应用在陆上的军事通信应用中的战略和战术通信的远程系统、基地间通信的局域网等因为光缆通信距离较长，不需要用到高分辨率的OFDR。由于光纤传输损耗低、频带宽等固有的优点，光纤在雷达系统的应用首先用于连接雷达天线和雷达控制中心，从而可使两者的距离从原来用同轴电缆时的300m以内扩大到2～5km。用光纤作传输媒体，其频带可覆盖X波段（8～12.4GHz）或Ku波段（12.4～18GHZ）。光纤在微波信号处理方面的应用主要是光纤延迟线信号处理。先进的高分辨率雷达要求损耗低、时间带宽积大的延迟器件进行信号处理。传统的同轴延迟线、声表面波（SAW）延迟线、电荷耦合器件（CCD）等均已不能满足要求。光纤延迟线不仅能达到上述要求，而且能封装进一个小型的封装盒。用于相控阵雷达信号处理的大多是多模光纤构成的延迟线。在上述的中短距离的应用中，特别是封装在小盒里的光纤延迟线，维护时只有使用高分辨率的OFDR才能检测出是否有潜在故障。二、OFDR原理简介光频域反射（OFDR）技术是一种基于频域分析的后向反射测量技术，频率线性扫描的相干光信号经光耦合器分送到光纤干涉仪的参考臂和信号臂。信号臂的回波信号（信号光）与参考臂的端面反射信号（参考光）经光电检测器相干混频。来自信号臂不同位置的回波信号与参考光的光程差不同，光频差不同，相干混频的频率不同，因此接收信号中的不同频率分量对应不同位置的回波信号，通过频域分析接收信号可获得被测光纤不同位置的回波信号特性，进而达到“感知”光纤沿线物理参量的目的。由于采用了频域分析和相干测量，光频域反射（OFDR）从原理上克服了OTDR在距离分辨能力上的不足，可将OTDR的距离分辨率提高3个数量级。基于OFDR的分布式光纤传感具有极高的距离分辨率，避免了平均效应，可实现高灵敏度的分布式测量,所以它是业界公认的新一代高精度分布式光纤传感技术。 OFDR在光路上构成迈克尔逊干涉、光源发出的调频光经分光器送入参考臂和信号臂，各自的回波信号经相干混频和光电检测后形成拍频信号，其幅度体现回波信号的强度、频率则体现回波信号的位置。经频域分析，则可获得光纤中各点的回波信号特性。

光通信超全缩略语

A AAS Automatic addressing system 自动寻址系统 AB Absorption Band 吸收带 Address Bus 地址总线 Aligned Bundle 定位光纤 ABC Absorbing Boundary Condition 吸收边界条件 Address Bus Control 地址总线控制 Automatic Bandwidth Control 自动带宽控制 Automatic Bias Compensation 自动偏置补偿 ABCs Automatic Base Communication System 自动基地通信系统 ABM Asynchronous Balanced Mode 异步平衡模式 AC Access control 访问控制（对指定用户而言）或接入控制 Access coupler 通路耦合器 ACA Adaptive channel allocation 自适应信道分配 Adjacent channel attenuation 相邻信道衰减 ACC Area communication center 区域通信中心Automatic control and checking 自动控制和检查ACCE Area communication center equipment 区域通信中心设备 ACCH Associaed control channel 相关控制信道 ACCI Adaptive cycle cellinsertion 自适应循环信元插入 ACCS Automatic checkout and control system 自动检验与控制系统 ACD Automatic call distribution 自动呼叫分配 Average core diameter 平均纤芯直径 ACDMA Advanced code division multiple access 高级码分多址 ACM Access control module 接入控制模块 ACNS Advanced communications operations network service 高级通信网业务 ACPI Automatic cable pair identification （光、电）缆线对自动识别 ACS Access control system 接入控制系统 ACT Automatic code translation 自动译码，自动码型变换 AD Avalanche diode 雪崩二极管Average deviation 平均偏移，平均偏差 ADM Add/drop multiplexer. 插/分复用器，上/下复用器，一种数字通讯设备 ADN Active destination node 有效地址节点 Add/Drop node 上/下节点，插/分节点 ATM Data Network 异步转移（传递）模式数据网络 ADSL Asymmetrical digital subscriber loop 非对称数字用户环路 ADSS Automatic data switching system 自动数据交换系统 AE Actinoelectric effect 光（化）电效应 Aperture effect 孔径效应 AFPM Asymmetric Fabry-Perot saturable absorber 反共振法布里－珀罗可饱和吸收器AFS Acoustic fiber sensor 光纤声传感器 AFTV All-Fiber video distribution 全光纤电视分配 AGC Automatic Gain Control 自动增益控制 AGCC Automatic Gain Control Calibration 自动增益控制校准 AN Access network 接入网 Access node 接入节点 Active network 有源网络 AOC All-optical communication 全光通信 AOD Active optical device 有源光器件 AOF Active optical fiber 有源光纤 Attenuation optimized fiber 衰减最佳化光纤 AOFC Aerial optical fiber cable 架空光纤 AOI Active output interface 有源输出接口 AON All-optical network 全光网络

探针性能参数测试分析

探针性能参数测试分析利用N5244A PNAX 和PLTS 物理层分析软件，能够对探针的性能做全方位的测试和分析，从而作为判断探针质量的一个依据。首先利用PNAX和电子校准件，测试探针经过短路后的S11参数。再利用PLTS 分析软件以及AFR校准技术，得到探针的4 个S参数、时域阻抗参数和响应时间参数。下面是分别测试1号探针和2 号探针后，再用PLTS软件转换，得到二个探针的特性曲线。 1.探针的频域反射特性。图1是1号针的S11，图2 是2 号针的S11。图1 1 号针的S11 图2 2 号针的S11 从二个探针的S11曲线可以得出如下结果，1 号针频率范围从10 MHz- 30GHz 的回波损耗好于-20dB, 典型值达到-24dB。而对于2号针，频率高于15GHz时，回波损耗差于-20dB，从曲线上可以得到典型值：在24GHz时，为-15.07dB。说明1号针的工作频率可以到达30GHz，而2号针在工作频率高于15GHz时，存在的反射会明显影响阻抗测试的一致性。

2.探针的时域阻抗特性分析。图3是1号针的时域阻抗，图4 是2 号针的时域阻抗。图3 1 号针的时域阻抗参数图4 2 号针的时域阻抗参数利用PLTS软件，能够将器件的频域S参数，转化为时域的阻抗参数，从而得到器件在信号传播路径上的阻抗参数。从二个探针的时域阻抗曲线可以测量到，在0.21ns 处，2 号针有一个高于1 号针的阻抗突变，经过判断，该阻抗突变点的位置在探针2.92mm同轴段与探针前端的过渡连接处。这个阻抗突变点表明2 号针过渡处的阻抗连续性要比1 号针差，其他位置的阻抗特性与1 号针相近。初步判断是因为2 号针连接处的阻抗突变影响了探针的工作频率范围。 3.探针的响应时间特性分析。图5是1号针的响应时间参数，图6 是2 号针的响应时间参数。

实验4 直流电位差计的原理及应用

实验10 直流电位差计的原理及应用【实验目的】 1、学习“补偿法”在实验测量中的应用。 2、掌握电位差计的工作原理及其测量的基本方法。 3、学习对实验电路参数的估算及校准方法。【实验仪器】 DH325型十一线电位差计 1台 DHBC -5标准电势与待测电势 1台 1、DHBC -5标准电势与待测电势面板示意图注意：DHBC -5标准电势与待测电势的标准电势：1.0186V ，精度为0.01%；待测电势：0～1.9V 连续可调。严禁作为电源外接负载使用。【实验原理】 1.补偿法原理补偿法是一种准确测量电动势（电压）的有效方法。如图1所示。设E 0为一连续可调的标准电源电动势（电压），而E X 为待测电动势，调节E 0使检流计G 示零（即回路电流I=0），则E X = E 0。上述过程的实质是，不断地用已知标准电动势（电压）与待测图1 补偿法原理图的电动势（电压）进行比较，当检流计指示电路中的电流为零时，电路达到平衡补偿状态，此时被测电动势与标准电动势相等，这种方法称为补偿法。这和用一把标准的米尺来与被测物体（长度）进行比较，测出其长度的基本思想一样。但X

其比较判别的手段有所不同，补偿法用示值为零来判定。但电动势连续可调的标准电源很难找到，那么怎样才能简单地获得连续可调的标准电动势（电压）呢？简单的设想是：让一阻值连续可调的标准电阻上流过一恒定的工作电流，则该电阻两端的电压便可作为连续可调的标准电动势。 2．电位差计测量原理 2 是一种直流电位差计的原理简图。图2 电位差计原理图它由三个基本回路构成： ① 工作电流调节回路，由工作电源E 、限流电阻R P 、标准电阻R N 和R X 组成。 ② 校准回路，由标准电池E N 、检流计G 、标准电阻R N 组成。 ③ 测量回路，由待测电动势E X ，检流计G ，标准电阻R X 组成。通过测量未知电动势E X 的两个操作步骤，可以清楚地了解电位差计的原理。（1）“校准”：图中开关K 拨向标准电动势E N 侧，取R N 为一预定值（对应标准电势值E N =R N ×I 0=1.0186V ），调节R P 使检流计G 示值为零，使工作电流回路内的R X 中流过一个已知的“标准”电流I 0，且N N R E I =0。（2）“测量”：将开关K 拨向未知电动势E X 一侧，保持I 0不变，调节滑动触头B ，使检流计示零，则N N X X X E R R R I E =?=0。被测电压与补偿电压极性相抵且大小相等，因而互相补偿（平衡）。这种测E X 的方法叫补偿法。补偿法具有以下优点：

光频域反射技术中激光相位噪声影响分析

第31卷第7期光学学报Vol．31，No．72011年7月 ACTA OPTICA SINICA July ，2011 光频域反射技术中激光相位噪声影响分析谢玮霖董毅周潜常乐何浩胡卫生（上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海200240）摘要研究了光频域反射技术（OFDR ）中因激光线宽有限而造成的激光相位噪声对系统性能的影响。理论推导了相位噪声的分布函数，仿真分析和实验测试了激光相位噪声与激光相干长度、反射信号强度之间的内在关联性。研究结果表明，激光相位噪声是OFDR 中的重要噪声来源，影响着系统的测试精度和可测距离，当测试距离接近相干长度、链路中存在强的反射信号时，激光相位噪声的影响将更加严重、影响范围也将增加。因此，在OFDR 的设计和应用中必须对激光相位噪声问题予以高度关注和设计考虑。关键词散射；后向散射；光频域反射测量术；迈克耳孙干涉仪；激光线宽；激光相位噪声中图分类号 TN913．33 文献标识码 A doi ：10．3788/AOS201131．0706003 Phase Noise Analysis of Optical Frequency Domain Reflectometry Xie Weilin Dong Yi Zhou Qian Chang Le He Hao Hu Weisheng （National Key Laboratory on Fiber-Optic Local Area Communication Networks and Advanced Optical Communication Systems ，Shanghai Jiaotong University ，Shanghai 200240，China ） Abstract The analysis of the phase noise effect in the optical frequency domain reflectometry （OFDR ）is presented．A model of distribution function of phase noise is built．Simulations and further experiments demonstrate the effect of phase noise on the measurement of reflection signal and Rayleigh backscattering signal due to the finite laser linewidth and the influence of phase noise under different reflectivities．The results show the phase noise is the main issue which limits the resolution and measurement range．Under condition of the measurement range reaching the coherent length or strong reflection in fiber links ，the much more significant phase noise will affect reflection signal of a longer range．According to the analysis ，we should pay much more attention to the phase noise of laser while designing OFDR systems．Key words scattering ；backscattering ；optical frequency domain reflectometry ；Michelson interferometer ；laser linewidth ；laser phase noise OCIS codes 060．2370；030．1640；120．3688；290．5820 收稿日期：2010- 11-23；收到修改稿日期：2011-02-27基金项目：国家自然科学基金（61027007）资助课题。作者简介：谢玮霖（1986—），男，硕士研究生，主要从事光纤通信系统和光纤测量等方面的研究。 E-mail ：xilloyuy@hotmail．com 导师简介：董毅（1967—），男，教授，主要从事光传输、光接入及光电测量等方面的研究。E- mail ：yidong@sjtu．edu．cn （通信联系人） 1 引言近年来，以光时域反射技术（OTDR ）、光频域反射技术（OFDR ）、低相干光反射技术（OLCR ）为代表的光纤后向反射散射技术被广泛应用于分布式光纤传感［1］。OTDR 通过对待测光纤注入光脉冲，测量光纤中的后向散射的时域信号，从而获得光纤链路的信息，其较大的动态范围适用于长距离分布式测量，但其距离分辨率只能到米量级，无法精确测量和定位事故点位置；OLCR 则采用低相干光源的相干检测技术，具有微米量级的超高分辨能力，但其测量范围只能达到米量级，主要用于光学相干层析成像（OCT ）等领域；OFDR ［2 7］通过相干检测技术对光纤的后向散射信号进行频域分析，兼具毫米量级的距离分辨率、数千米的覆盖范围和可达－100dBm 的

光时域反射仪

光时域反射仪科技名词定义中文名称：光时域反射仪英文名称：optical time-domain reflectometer;OTDR 定义：通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪器。所属学科：通信科技（一级学科）；通信计量（二级学科）光时域反射仪OTDR（Optical Time Domain Reflectometer），是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。 OTDR用于光缆线路的施工、维护之中，可以进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。编辑本段 9.6.1 光时域反射仪概述 ? 光时域反射仪OTDR（Optical Time Domain Reflectometer），是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，广泛应用于实验、教学和施工现场。OTDR采用背向散射测试技术，能够测试整个光纤链路的衰减，并能提供和长度有关的衰减细节。OTDR同时可测试接头损耗及故障点。它具有非破坏性且只需在一端测试的优点。OTDR 功能多、操作简便、测量的重复性高、体积小、不许其它仪表配合、能自动存储和打印测量结果，目前已成为光通信系统工程检测中最重要的仪表。如图9-13所示是HP8147光时域反射仪。光时域反射仪（OTDR）的主要功能为： ? （1）单光盘光缆传输损耗和光缆长度的检测。

? （2）光缆连接工艺的监测。 ? （3）中继段状态的测量，包括各盘光缆的损耗、各个接头的损耗及整个种极端的平均损耗的测量。 ? （4）线路故障原因及故障点位置的准确判断。 ? （5）OTDR自动存储、打印的背向散射信号曲线可以作为线路的重要技术档案。 9.6.2 OTDR 9.6.2 OTDR工作原理工作原理 1．瑞利散射瑞利散射：当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着分子级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变其原有传播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射。其强度与波长的4次方（λ4）成反比，其中又有一部分散射光线和原来的传播方向相反，被称为背向散射，如图9-14所示。

OTDR和OFDR

两个技术现在光乘法相连的那个延迟时间跟其他两个延时时间不同，你调同了看看情况如何，然后体会一下。调查一下otdr的情况，调查一下OFDR等类似的技术，包括他们的定位原理，精度，动态范围等。 OFDR 光频域反射计(OFDR)作为一种先进的光纤测量技术,与光时域反射计(OTDR)相比,有着更高的空间分辨率。光频域反射计(OFDR)是一种高分辨率测量仪器,其动态范围大,可应用于各种范围的测量。光频域反射计(OFDR)是20世纪90年代以来的一个新技术，因能应用于各种范围的高精度测量和具有大的动态范围而吸引了研究者的兴趣。OFDR系统需要的光源应该为线性扫频窄线宽单纵模激光器，所以对光源的要求很高，这也导致了国内对OFDR研究的缺乏。由于OFDR能应用于各种范围的高精度测量和具有大的动态范围，还是吸引了众多研究者的兴趣。随着国内光源调频技术的日益成熟，其发展和应用前景相当广阔。目前使用较多的是光时域反射计(OTDR)。OTDR是通过分析后向散射光的时间差和光程差进行检测。探测分辨率的提高依赖于探测脉冲宽度的减小，但是，在激光功率一定的条件下。会造成探测脉冲能量的降低和噪声电平的增加，从而引起动态范围的减小。为了解决这个问题，其他的时域反射方法也在不断地研究中。基本原理光频域反射计结构包括线性扫频光源、迈克尔逊干涉仪、光电探测器和频谱仪(或信号处理单元)等，基于光外差探测，其原理可用下图进行分析。以频率为中心进行线性扫频的连续光，经耦合器进入迈克尔逊干涉仪结构分成两束。一束经反射镜返回，其光程是固定的，称为参考光，另一束则进入待测光纤。由于光纤存在折射率的微观不均匀性，会产生瑞利散射。其中部分后向散射光满足光纤数值孔径而朝注入端返回，称为信号光。如果传播长度满足光的相干条件，则信号光和参考光就会在光电探测器的光敏面上发生混频。待测光纤上任一点X处的瑞利后向散射信号所对应的光电流的频率设置为0时，频率大小则正比于散射点位置x。只要该频率小于光电探测器的截止响应频率。光电探测器就会输出相应频率的光电流，其幅度正比于光纤x处的后向散射系数和光功率的大小，从而得到沿待测光纤各处的散射衰减特性，同时可以通过测试频率的最大值来推导出待测光纤的长度。优点在光通信网络检测中包括了集成光路的诊断和光通信网络故障的检测等。前者一般只有厘米量级甚至毫米量级，后者的诊断一般使用波长为1.3 或1.55 的光源，量程则达到了公里级，大的量程就需要大的动态范围和高的光源光功率。显然，OTDR分辨率与动态范围之间的矛盾不能很好地解决这个问题，而OFDR却可以满足，它具有高灵敏度和高的空间分辨率优点。高灵敏度

时域测量与频域测量

时域测量与频域测量测量被测物件在不同时间的特性，即把它看成是一个时间的函数f(t)来测量，称为时域测量。例如，对图中a的信号f(t)可以用示波器显示并测量它的幅度、宽度、上升和下降时间等参数。把信号f(t)输入一个网络，测量出其输出信号f(t)，与输入相比较而求得网络的传递函数h(t)。这些都属於时域测量。对同一个被测物件，也可以测量它在不同频率时的特性，亦即把它看成是一个频率的函数S(ω)来测量，这称为频域测量。例如，对信号f(t)可以用频谱分析仪显示并测量它在不同频率的功率分布谱S(ω)，如图b。把这个信号输入一个网络,测量出其输出频谱S′(ω)，与输入相比较而求得网络的频率回应G（ω）。这些都属於频域测量。用一个频率可变的正弦（单频）信号作输入，测量出在不同频率时网络输出与输入功率之比，也得到G(ω)。这仍然是频域测量。时域与频域过程或回应，在数学上彼此是一对相互的傅里叶变换关系，这里*表示卷积。时域测量与频域测量互相之间有唯一的对应关系。在这一个域进行测量，通过换算可求得另一个域的结果。在实际测量中，两种方法各有其适用范围和相应的测量仪器。示波器是时域测量常用的仪器，便於测量信号波形参数、相位关系和时间关系等。频谱分析仪是频域测量常用的仪器，便於测量频谱、谐波、失真、交调等。 1.最简单的解释频域就是频率域，平常我们用的是时域，是和时间有关的，这里只和频率有关，是时间域的倒数。时域中，X轴是时间，频域中是频率。频域分析就是分析它的频率特性！ 2. 图像处理中：空间域，频域，变换域，压缩域等概念！只是说要将图像变换到另一种域中，然後有利於进行处理和计算比如说：图像经过一定的变换（Fourier变换，离散yuxua DCT 变换），图像的频谱函数统计特性：图像的大部分能量集中在低，中频，高频部分的分量很弱，仅仅体现了图像的某些细节。 2.离散傅立叶变换一般有离散傅立叶变换和其逆变换 3.DCT变换示波器用来看时域内容，频普仪用来看频域内容！！！时域是信号在时间轴随时间变化的总体概括。频域是把时域波形的运算式做傅立叶变化得到复频域的运算式，所画出的波形就是频谱图。是描述频率变化和幅度变化的关系。时域做频谱分析变换到频域;空间域做频谱分析变换到波数域;信号通过系统，在时域中表现为卷积，而在频域中表现为相乘。无论是傅立叶变换还是小波变换，其实质都是一样的，既：将信号在时间域和频率域之间相互转换，从看似复杂的资料中找出一些直观的资讯，再对它进行分析。由於信号往往在频域比有在时域更加简单和直观的特性，所以，大部分信号分析的工作是在频域中进行的。音乐——其实就是时/频分析的一个极好例子，乐谱就是音乐在频域的信号分布，而音乐就是将乐谱变换到时域之後的函数。从音乐到乐谱，是一次傅立叶或小波变换；从