CN102706514A - 光纤水感知系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤水感知系统与方法。组成包括有：水传感器，此水传感器是利用侦测光回波损耗原理所设计出来的光学组件；具可重复使用的特性，用以感测有水或无水的状态；监测设备，此监测设备为光时域反射器、光频域反射频谱仪或者光源及光功率计，用以发送监测光源信号及接收水传感器回传的光信号；信号处理控制单元，用以分析水传感器回传的光信号，判断监测点有无触水状况。本方法也可应用于光缆接续盒进水监测、电信设施淹水警示、低洼地区、桥梁河川水位监测与告警等领域。

Description

光纤水感知系统与方法
技术领域
本发明是一种监测光纤水感知系统与方法。
背景技术
昔知的光缆接续盒进水传感器，是利用进水后，水传感器中不织布高分子材料膨胀后，促使光纤弯曲损失原理，测其光回路的插入损失，感测时间耗长，并且最多只能侦测1～2个事件点；一旦不织布高分子材料吸水饱和后；便无法再重复使用。加上前端的进水点未修复时，则无法知道后端是否有进水点，如此在「经济与效能」层面上，即显得功能不足。
电信公司光缆遍布全国各地；近年来水灾、土石流等天然灾害频传；光纤网络的电信设施(如光交接箱与其中的电信设备、光缆接续盒)一旦进水，电信公司资产将蒙受巨大损失。本发明可为电信公司的光纤网络做最佳保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤水感知系统与方法，使成为具有感知能力的类神经网络；可重复使用的浸水光纤传感器用于电信公司侦测光缆接续盒进水；电信设施淹水警示、低洼地区、桥梁河川水位监测与告警的目的。
本发明采以光回路中「光回波损耗」事件作为监测原理。以水传感器可重复使用；水传感器可同时侦测出大于20个触水事件点；前端的进水点未修复时，仍可知道后端是否有进水点。同时此监测方法能够即时测知监测点的触水事件点。当水传感器触水时，水的折射率值约1.33，光传送到此接口时全反射条件无法满足，使得大部分的传送光都透射发散，而无法顺着原路反射回去，所以如果利用光时域反射器(OTDR)、光频域反射频谱仪(OFMCW)测试此光缆路由中水传感器的位置，原来有强能量的反射事件就会消失不见了；或者利用光源及光功率计测试出的反射光功率值降低，代表此位置安装水传感器的地方发生了触水现象；如此可通过光时域反射器(OTDR)侦测水传感器触水前、触水后光反射的差异，即时侦测监测点是否有触水发生。也可利用光频域反射频谱仪(OFMCW)测试光路反射损失事件的能力，侦测水传感器的反射事件，也可达到监测点的触水监测。也可利用光源及光功率计测试反射光功率值大小的变化，判断监测点有无触水状态。
本发明为一种光纤水感知系统，其中包括：监测设备，用以发送监测光源信号及接收该些水传感器回传的光信号、水传感器，为侦测光回路反射损失原理之光学组件，可重复使用，用以感测有水或无水的状态、光路选择器，负责将监测光讯号选择对应的监测光路由并送入复数个光监测路由，经由该信号处理控制单元处理分析；以及信号处理控制单元，用以分析该些水传感器回传的光信号，判断监测点有无触水状况。
如上所述的光纤水感知系统，监测设备为光时域反射器(OTDR)、光频域反射频谱仪(OFMCW)或光源及光功率计。
其中，该水传感器，触水前将监测光讯号反射回传回局端，触水后将监测光发散使得监测光讯号无法回传回局端。
该光路选择器，因应不同流程而输入监测波段，连接其后的光回路与装置，经由该信号处理控制单元依监测流程，切换不同光路将待测的光回路数与区域扩大，用以提高监测装置的使用效率。
其中，该信号处理控制单元，为监控整个流程，撷取、分析信号，以获得监测点有无触水的最新状况。
本发明的一种光纤水感知方法，其步骤至少包括：
a.于机房端设置一套光纤水感知系统，并于该等监测路由的监测点各安装一个水传感器；
b.该光纤水感知方法，视需要依序控制光路选择器切换至待测光路，监测设备将监测波的光讯号输入于待测光纤中，再经光缆至各路由的水传感器；
c.该水传感器未触水时可将监测波的光讯号反射回机房端，触水后则无法将监测波的光讯号反射回机房端，机房端的监测设备同时接收并量测光路由反射回来的光讯号，进而得到目前各水传感器的反射光功率值；以及
d.分析该各水传感器的光功率损失值，以量测监测点的水传感器是否有触水事件。
如上所述的光纤水感知方法，其特征在于，所述步骤d量测该些光纤路由的状态，更可包含：
a.量测水传感器的监测光功率小于预设的门坎值，则表示该监测点发生触水状况；
b.量测水传感器的监测光功率大小与原始值接近，则表示该监测点正常。
本发明所提供的光纤水感知系统与方法，与其它已知技术相互比较时，更具备下列优点：
1.本发明水传感器可重复使用。
2.本发明可监测大于20个监测点触水事件。
3.本发明于前端的进水点未修复时，仍可知道后端是否有进水点。
4.本发明提供便宜有效的触水监测方案，能够即时测知监测点触水状况，避免损失。
附图说明
请参阅有关本发明的详细说明及其附图，将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效；
图1为水感知器监测构造与原理示意图；
图2为本发明光纤水感知系统与方法监测原理示意图；
图3为本发明光纤水感知系统与方法OTDR/OFMCW监测架构示意图；
图4为本发明光纤水感知系统与方法光源及光功率计监测架构示意图；
图5为本发明水传感器触水前实测图；
图6为本发明水传感器触水后实测图；
图7为本发明水传感器触水后自然干燥实测图。
附图说明：10、机房；11、光纤；12、光路选择器(Optical Channel Selector，OCS)；13、监测设备；14、监测波段；15、信号处理控制单元；16、光缆；17、监测点；18、水传感器。
具体实施方式
本发明是提供一种光纤水感知系统与方法。提供更经济、更有效率的监测方式。请参阅图1水感知器监测构造与原理示意图，图2为本发明的监测原理示意图，图3、图4为本发明的架构示意图，图5为本发明中水传感器触水前的波形实测图，图6为本发明中水传感器触水后的波形实测图，图7为本发明中水传感器触水后自然干燥的波形实测图。
如图3所示，监测的主要装置位于机房10，监测设备13则由光时域反射器(OTDR)或光频域反射频谱(OFMCW)；送出监测波段14的光信号，经由光路选择器12传送至光纤11，机房外的光缆16，再至监测点17，最终至水传感器18，或者是监测设备13光源光功率计送出监测信号，经由光纤11，机房外的光缆16，再至监测点17至最终水传感器18。监测装置的光也可以光源光功率计监测信号，如图4。
监测信号进入水传感器18后，分歧成两支光；一支95％光能量传送到下一个监测点17，同时另一支5％光能量穿透水传感器18，再原路折返，经监测点17、光缆16、光纤11，进入光路选择器12，被光时域反射器(OTDR)或光频域反射频谱仪(OFMCW)或光源及光功率计接收量测，进而得到整个光回路水传感器的反射损失波形图或反射光功率值大小的变化。
如图5实测所示，信号处理控制单元15则撷取此波形图，即可得到整个光回路水传感器18最新的反射损失状态信息；当水传感器18触水后，5％的分支光无法反射回光时域监测设备13反射器(OTDR)或光频域反射频谱仪(OFMCW)；或监测设备13光源及光功率计，水传感器18的原反射波形消失了。
如图6实测所示，信号处理控制单元15经由光时域反射器(OTDR)或光频域反射频谱仪(OFMCW)，或光源及光功率计，即可知那一个水传感器18进水了，此时信号处理控制单元15立即进入触水量测流程。当水传感器18触水后自然干燥后，即回复整个光回路水传感器的反射波形图，如图7实测所示。
水传感器触水位置量测流程，是监测设备13由光时域反射器(OTDR)或光频域反射频谱仪(OFMCW)发出监测波段14，经光路选择器12、光纤11、光缆16、监测点17、最后至水传感器18，经由信号处理控制单元15，控制光时域反射器(OTDR)或光频域反射频谱仪(OFMCW)；即可量测出每一路由水传感器的最新轨迹波形图，如图6所示，即可得知水传感器触水点的发生位置，并作为告警等后续流程的依据。
本发明可混合运用，如图3、图4所示，图3搭配光路选择器(Optical ChannelSelector，OCS)12，除可因应不同流程而输入监测波段之外，亦可联接其后的光回路与装置，经由信号处理控制单元15依监测流程可切换不同光路将待测的光回路数与区域扩大，以提高监测装置的使用效率，降低监测的单位成本。
图4为不搭配光路选择器(Optical Channel Selector，OCS)12，除可因应不同流程而输入光源监测信号之外，亦可联接其后的光回路与装置。
上列详细说明是针对本发明的可行实施例进行具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (7)

1.一种光纤水感知系统，其特征在于，包括：
复数个监测设备，用以发送监测光源信号及接收该些水传感器回传的光信号；
复数个水传感器，为侦测光回波损耗原理的光学组件，重复使用，用以感测有水或无水的状态；
复数个光路选择器，负责将监测光讯号选择对应的监测光路由并送入复数个光监测路由，经由该信号处理控制单元处理分析；以及
信号处理控制单元，用以分析该些水传感器回传的光信号，判断监测点有无触水状况。
2.如权利要求1所述的光纤水感知系统，其特征在于，所述监测设备为光时域反射器、光频域反射频谱仪或光源及光功率计。
3.如权利要求1所述的光纤水感知系统，其特征在于，所述水传感器，触水前将监测光讯号反射回传回局端，触水后将监测光发散使得监测光讯号无法回传回局端。
4.如权利要求1所述的光纤水感知系统，其特征在于，所述光路选择器，因应不同流程而输入监测波段，连接其后的光回路与装置，经由信号处理控制单元依监测流程，切换不同光路将待测的光回路数与区域扩大，用以提高监测装置的使用效率。
5.如权利要求1所述的光纤水感知系统，其特征在于，所述信号处理控制单元，为监控整个流程，撷取、分析信号，以获得监测点有无触水的最新状况。
6.一种光纤水感知方法，其特征在于，其步骤至少包括：
a.于机房端设置一套如权利要求1所述的光纤水感知系统，并于该等监测路由的监测点各安装一个水传感器；
b.该光纤水感知方法，视需要依序控制光路选择器切换至待测光路，监测设备将监测波的光讯号输入于待测光纤中，再经光缆至各路由的水传感器；
c.该水传感器未触水时可将监测波的光讯号反射回机房端，触水后则无法将监测波的光讯号反射回机房端，机房端的监测设备同时接收并量测光路由反射回来的光讯号，进而得到目前各水传感器的反射光功率值；以及
d.分析该各水传感器的光功率损失值，以量测监测点的水传感器是否有触水事件。
7.如权利要求6所述的光纤水感知方法，其特征在于，所述步骤d量测该些光纤路由的状态，更包含：
a.量测水传感器的监测光功率小于预设的门坎值，则表示该监测点发生触水状况；
b.量测水传感器的监测光功率大小与原始值接近，则表示该监测点正常。
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