CN102868447B - 一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法。一种光纤光栅追踪器，包括第一插芯、第二插芯、光纤光栅和连接件，连接件具有通孔，第一插芯插入通孔的一端，第二插芯插入通孔的另一端，第一插芯和第二插芯之间存在间隔，光纤光栅在通孔内且在间隔内，通孔内的空间内填充有防水材料。本光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法可以检测由光纤干路经光分路器至光纤光栅追踪器之间的光纤故障，同时不影响原来光通信网络的正常通信。

Description

一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法

【技术领域】

本发明涉及光通信领域，具体涉及一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法。

【背景技术】

光纤光栅是一种光纤无源器件，实际上就是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的结构，或称作光纤芯内的布拉格反射器。它利用光纤材料的紫外光敏性，通过双光束干涉法和相位掩模法等方法，从侧面将裸纤暴露在紫外光束的干涉图案下，将干涉图案写入到光纤内，在纤芯内部形成空间相位光栅。当具有一定频谱宽度的光信号经过光纤光栅后，特定波长的光波沿原路反射回来，其余波长的光信号则直接透射出去。根据模耦合理论，λB=2 nΛ的波长就被光纤光栅所反射回去（其中λB为光纤光栅的中心波长，Λ为光栅周期，n为纤芯的有效折射率）。反射的中心波长信号λB，跟光栅周期Λ，纤芯的有效折射率n有关。其反射波长λ随外界温度，应力等因素的变化而变化；

光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光场发生耦合作用，对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。

光纤光栅具有抗电磁、抗腐蚀、耐高温、不带电量、不产生热量、防燃、防爆、重量轻、体积小、能在有害或危险环境中安全运行等优点，随着社会信息需求的急剧增长，光通信作为信息领域的主要支拄之一，也不断地受到新的挑战，要求其不断更新和进步，以适应信息社会的迅猛发展。光纤光栅已经应用于光通信领域的激光光源、光放大器、光信号处理、波分复用、光上下路和光滤波等方面：用光纤光栅可以制造大功率光纤激光器、窄带激光器和可调谐激光器；用光纤光栅可以制作增益平坦滤波器，用于EDFA的增益均衡；用光纤光栅可以制作光纤色散补偿器；用光纤光栅可以制造优势明显的密集波分复用器和网络上/下路器；用光纤光栅可以实现超窄带滤波等。

光纤网络中，光纤的损伤和故障定位主要依靠的是光时域反射技术（Optical Time Domain Reflection, OTDR），其原理类似现在的超声倒车雷达。

根据电磁场理论可知，由于光纤纤芯介质材料密度的微观变化和成分起伏等因素的影响，入射光子与介质分子相互作用，除产生与入射光同频的瑞利散射外，由于介质的非线性效应，入射光子与分子还发生非线性碰撞。在非弹性过程中光子与分子之间发生能量交换，光子不仅改变了运动的方向，同时光子的部分能量传递给分子，或者分子振动和转动的能量传递给光子，从而改变光子的频率。这一过程称为拉曼散射。

当光脉冲沿光纤传输时，在光纤的每一点都会产生瑞利散射，该散射是各向同性的，其中一部分将沿光纤返回。如果从光脉冲进入光纤时开始计时，则不同时刻t在注入端收到的散射回波信号便表征着该信号是由距注入端为L处的光纤所产生：

$L=\frac{\mathrm{ct}}{2n}$

式中 t 为光脉冲返回点的时间，L为发生散射的光纤的位置，c为真空中的光速，n为光纤纤芯的折射率。

从式上式可以看出，光纤一旦确定，其折射率也就确定了，光在光纤中的传播速度也就随之确定，传输速度是20万公里每秒，加上是来回时间，从而实现OTDR技术对光纤网络的空间定位。这种光纤损伤和故障定位方法是目前光网络的唯一检测方法，但只能适用于单根光纤，若网络中存在光纤分路，则OTDR就不能进行支路光纤的损伤和故障定位了。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法，以达到在具有光分路器的光通信网中能够检测光分路器至各光纤支路的故障的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种光纤光栅追踪器。

一种光纤光栅追踪器，包括第一插芯、第二插芯、光纤光栅和连接件，所述连接件具有通孔，所述第一插芯插入所述通孔的一端，所述第二插芯插入所述通孔的另一端，所述第一插芯和第二插芯之间存在间隔，所述光纤光栅在所述通孔内且在所述间隔内，所述通孔内的空间内填充有防水材料。

优选地，所述防水材料是硅油。

优选地，所述在通孔内的第一插芯的端面设有利于光纤插入第一插芯的光纤腔的圆锥面，和/或所述在通孔内的第二插芯的端面设有利于光纤插入第二插芯的光纤腔的圆锥面。

为了达到上述目的，本发明提供了另一种光纤光栅追踪器。

一种光纤光栅追踪器，包括第一插芯、第二插芯、光纤光栅和连接件，所述连接件具有通孔，所述第一插芯插入所述通孔的一端，所述第二插芯插入所述通孔的另一端，在通孔内的第一插芯的一端和/或在通孔内的第二插芯的一端设有空腔，所述光纤光栅在所述空腔内，所述空腔内填充有防水材料。

优选地，所述防水材料是硅油。

优选地，所述在通孔内的第一插芯的端面设有利于光纤插入第一插芯的光纤腔的圆锥面，和/或所述在通孔内的第二插芯的端面设有利于光纤插入第二插芯的光纤腔的圆锥面。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种采用所述光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法。

1）将光分路器的至少两个输出端分别通过光纤与一个所述的光纤光栅追踪器连接，将光分路器的输入端依次经过光纤、靠近所述光分路器的输入端设置的光纤光栅追踪器和光纤与光发射及检测装置连接，其中，每个光纤光栅追踪器的反射波长不相同，且所有的反射波长与通信系统的光波长不相同；

2）所述光发射及检测装置朝光纤光栅追踪器方向发出包含多个波长的光的光束或者发出一定带宽范围的光束，该光束包含了所有光纤光栅追踪器的反射波长的光；

3）若光发射及检测装置接收到靠近所述光分路器的输入端的光纤光栅追踪器对应的波长的光，且光发射及检测装置没有接收到光分路器的输出端一侧的光纤光栅追踪器对应的某个波长的光，则光发射及检测装置判断光分路器与该没有检测到的波长的光对应的光纤光栅追踪器之间的光纤出现故障。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种采用所述光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法。

一种采用所述光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法，包括如下步骤：

1）将光分路器的至少两个输出端分别通过光纤与一个所述的光纤光栅追踪器连接，将光分路器的输入端经过光纤与光发射及检测装置连接，每个光纤光栅追踪器与光发射及检测装置之间的距离不同，而且，每个光纤光栅追踪器反射波长的带宽一致并具有一定宽度，且反射波长与通信系统的光波长不相同；

2）所述光发射及检测装置朝光纤光栅追踪器方向发出具有一定带宽宽度的光束，该光束波长范围在光纤光栅追踪器的反射波长的带宽之内；

3）若光发射及检测装置接收到所有光纤光栅追踪器反射的光，则判断光发射及检测装置至所有光纤光栅追踪器之间的光纤正常，若光发射及检测装置没有接收到至光发射及检测装置特定距离的光纤光栅追踪器反射的光，则光发射及检测装置判断光分路器与该没有被检测到反射光的光纤光栅追踪器之间的光纤出现故障。

本发明的有益效果是：光纤光栅追踪器可用于全光纤(A11—fibers)集成，具有无源、速度快、隔离度高、通道带宽窄、结构简单、尺寸小等优点；光纤光栅线路追踪器易与光纤连接，耦合损耗小，抗干扰能力强；光纤光栅追踪器集光线路追踪与光传输于一体，具有较强的复用能力，接入光纤网络后，不影响原来光通信网络的正常通信。

【附图说明】

图1是一种实施例的光纤光栅追踪器的剖面示意图；

图2是一种实施例的光纤光栅追踪器的连接件的剖面示意图；

图3是图1中的第一插芯、第二插芯及连接件组合的剖面示意图；

图4是另一种实施例的光纤光栅追踪器的剖面示意图；

图5是图4中的第一插芯、第二插芯及连接件组合的剖面示意图；

图6是一种实施例的光纤光栅追踪器的第二插芯的剖面示意图；

图7是一种实施例的光纤光栅追踪器的第一插芯的剖面示意图；

图8是一种实施例光纤光栅追踪器的正视示意图；

图9是一种实施例的光纤线路故障检测系统示意图；

图10是对应于图9的“至OTDR曲线的距离-特定波长光波幅度”曲线图；

图11是另一种的实施例的光通信系统故障检测系统图；

图12是另一种的实施例的光通信系统故障检测系统图。

【具体实施方式】

以下将结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细说明。

如图1至3所示，一种实施例的光纤光栅追踪器1，包括第一插芯10、第二插芯20、光纤光栅35和连接件30，连接件30具有通孔31，第一插芯10具有第一光纤腔11，第二插芯20具有第二光纤腔21，第一插芯10插入通孔31的一端32，第二插芯20插入通孔31的另一端33，在通孔31内的第一插芯10的一端设有第一空腔12，在通孔31内的第二插芯20的一端设有第二空腔22，光纤光栅35在第一空腔12和第二空腔22内，第一空腔12和第二空腔22内填充有防水材料34。被防水材料34包围的光纤光栅35能够有效水阻隔，达到防潮的效果，以使光纤或光纤光栅能够长期保持其特性。防水材料34可以采用硅油。

第一插芯10和第二插芯20并不必同时具备空腔，只要至少一个具备空腔即可。由于制造光纤光栅追踪器1的时候，例如，将具有光纤光栅35的光纤从第一插芯10的第一光纤腔11插入，直至光纤光栅35处于第一空腔12和第二空腔22内，一部分光纤分别处于第一光纤腔11和第二光纤腔21内，由于具有空腔，光纤光栅35能处于自由或弯曲的状态，这样，光纤光栅35的温度特性能达到最佳的光纤本质状态，即10pm/℃左右的波长温度特性。

第一插芯10或第二插芯20可以是圆柱形，外径可以是2.5mm，内径可以是0.125mm。第一插芯10的不在通孔31内的端面14和第二插芯20的不在通孔内的另一端面可以磨成PC球面或APC斜球面，并组装成FC、SC、ST、LC或MU等光纤连接器和光纤适配器结构，以便于其他光纤接头连接。第一插芯10和/或第二插芯20可以是陶瓷插芯、玻璃插芯或者金属插芯。连接件30可以是金属或者塑料材质。

如图2、4和5所示，一种实施例的光纤光栅追踪器1，包括第一插芯10、第二插芯20、光纤光栅35和连接件30，连接件30具有通孔31，第一插芯10插入通孔31的一端32，第二插芯20插入通孔31的另一端33，第一插芯10与第二插芯20之间存在间隔，即是通孔31的部分空间，该部分空间的长度可以是6mm，光纤光栅35在通孔31内且在该间隔内，通孔31内的空间内填充有防水材料34。

如图6和7所示，第二插芯20插入通孔31的一端的端面是向第二光纤腔21收窄的圆锥面23，当光纤从第一插芯10方向插入第二光纤腔21时，以利于光纤进入第二光纤腔21。相类似地，第一插芯20也具有向第一光纤腔11收窄的圆锥面13。

如图8所示，光纤光栅追踪器1的靠第一插芯10的一端可以做成光纤接头结构，靠第二插芯20的一端可以做成光纤适配器的结构，以方便串联于光纤接入端与FTTH用户端。

如图9所示，一种光纤线路故障检测系统示意图，包括光发射及检测装置100、光分路器E、第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C和第四光纤光栅追踪器D，光分路器E的输入端通过光纤与光发射及检测装置100连接，光分路器E的四个输出端分别与第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C和第四光纤光栅追踪器D连接，其中，第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C和第四光纤光栅追踪器D至光分路器E的距离依次为d1、d2、d3和d4，且d1<d2<d3<d4，光分路器E至光发射及检测装置100的距离是d5。

一种实施例的光纤线路故障检测方法，其中，第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C和第四光纤光栅追踪器D的反射波长相同，且与光通信系统的光波长不相同。通常系统通信光波长为1310nm 和1550nm，诊断测试的特定到的光波长可以采用1650nm。通常，光纤光栅追踪器的中心波长设计在网络通信波长带宽之外，且通常使用维修波段，这样光纤光栅追踪器串接在通信网络中，不会影响原来的光通信质量。

S1.光发射及检测装置100朝光分路器E发出特定波长的光，该特定波长的光即会分别向四个光纤光栅追踪器传送；

S2.光发射及检测装置100开始接收反射回来的特定波长的光，若光发射及检测装置100没有接收到某个距离对应的光纤光栅追踪器反射回来的特定波长的光，则光发射及检测装置100判断光分路器E与该光纤光栅追踪器之间的光纤出现故障。例如，光发射及检测装置100没有接收到至光分路器E的距离为d1的第一光纤光栅追踪器A反射回来的特定波长的光，则判断光分路器E与第一光纤光栅追踪器A之间的光纤出现故障。

若光发射及检测装置100是连接在光分路器E的输入端的附近，则上述步骤可以达到检测光纤光栅追踪器与光分路器E之间的故障的目的，但若光发射及检测装置100设置在距离光分路器E较远的地方，比如光通系统的局端，则，步骤S1与S2之间还要包括以下步骤：

若光发射及检测装置100通过光时域反射技术OTDR识别出光分路器E之间的光纤没有故障后，再执行步骤S2。

若光发射及检测装置100可以检测到光分路器后至少一个光纤光栅追踪器反射回来的光波存在，则光发射及检测装置100与光分路器E之间的光纤没有故障。

这样，光发射及检测装置100可以实现在线监测，同时可以监测各干路及其支路的光纤的通断，监测距离可能达到40km，同时一台主机可以实现几百条光纤线路的监测。

如图10所示，光发射及检测装置100可以是光时域反射装置OTDR，其检测到的光波的“至OTDR曲线的距离-特定波长光波幅度”曲线图，其中，波峰a、b、c、d和e分别代表第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C、第四光纤光栅追踪器D和光分路器E反射回来的光波的幅度。

如图11所示，在另一种实施例中，还可以采用另一种光纤线路故障检测方法：

其中，第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C、第四光纤光栅追踪器D和第五光纤光栅追踪器F的反射波长都不相同，且与光通信波长不相同；

光分路器E的第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3和第四输出端OUT4分别通过光纤101与第一光纤光栅追踪器A、第二光纤光栅追踪器B、第三光纤光栅追踪器C和第四光纤光栅追踪器D连接，光分路器E的输入端IN的依次经过光纤101、靠近光分路器E的输入端IN设置的第五光纤光栅追踪器F和光纤101与光发射及检测装置100连接；

发射及检测装置100是波长测量装置，朝这些光纤光栅追踪器方向发出包含多个波长的光的光束或者一束宽带光，所有这些光纤光栅追踪器反射的光波都被包含在该光束中；例如第五光纤光栅追踪器F反射的光的波长为λ1，第一光纤光栅追踪器A反射的光的波长为λ2，则光束至少包括λ1和λ2的光；

若光发射及检测装置100没有接收到波长为λ1的光，则判断光分路器E至光发射及检测装置100之间的光纤101出现故障，

若光发射及检测装置100接收波长为λ1的光，且光发射及检测装置100没有接收到光分路器E的输出端OUT4一侧的第一光纤光栅追踪器A对应的波长为λ2的光，则光发射及检测装置100判断光分路器E与第一光纤光栅追踪器A之间的光纤101出现故障。通常光发射及检测装置100设置在距离光分路器E较远的地方，比如光通系统的局端。

如图12所示是一种更为具体的实施例的光通信系统故障检测系统图，光线路终端OLT通过光纤经过光纤配线架ODF与光分路器的输入端连接，光分路器的多个输出端分别通过光纤与不同的光节点ONU连接，光分路器的每个输出端与连接的光节点ONU之间可以安装光纤光栅追踪器1，由于光纤光栅追踪器1的反射的波长在通信波长的范围之外，通信光波仍然可以通过光纤光栅追踪器1，从而不会对光通信造成影响，光发射及检测装置100采用光时域反射装置即OTDR装置，OTDR装置通过光开关OSW与多路接入光纤配线架ODF输入端的光纤连接，故障诊断服务器与OTDR装置连接，以便能够驱动OTDR等光网络测试设备对光纤线路的故障进行诊断分析，从而实现光纤断点位置定位及光纤衰减原因排查等功能。

Claims (2)

1.一种光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法，其特征是，所述光纤光栅追踪器包括第一插芯、第二插芯、光纤光栅和连接件，所述连接件具有通孔，所述第一插芯插入所述通孔的一端，所述第二插芯插入所述通孔的另一端，所述第一插芯和第二插芯之间存在间隔，所述光纤光栅在所述通孔内且在所述间隔内成弯曲状态，所述通孔内的空间内填充有防水材料；

所述防水材料是硅油；

所述在通孔内的第一插芯的端面设有利于光纤插入第一插芯的光纤腔的圆锥面，和/或所述在通孔内的第二插芯的端面设有利于光纤插入第二插芯的光纤腔的圆锥面；所述光纤光栅追踪器具有10pm/℃的波长温度特性；所述第一插芯和第二插芯是圆柱形，外径是2.5mm，内径是0.125mm；

所述光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法包括如下步骤：

1)将光分路器的至少两个输出端分别通过光纤与一个所述的光纤光栅追踪器连接，将光分路器的输入端依次经过光纤、靠近所述光分路器的输入端设置的光纤光栅追踪器和光纤与光发射及检测装置连接，其中，每个光纤光栅追踪器的反射波长不相同，且所有的反射波长与通信系统的光波长不相同；

2)所述光发射及检测装置朝光纤光栅追踪器方向发出包含多个波长的光的光束或者发出一定带宽范围的光束，该光束包含了所有光纤光栅追踪器的反射波长的光；

3)若光发射及检测装置接收到靠近所述光分路器的输入端的光纤光栅追踪器对应的波长的光，且光发射及检测装置没有接收到光分路器的输出端一侧的光纤光栅追踪器对应的某个波长的光，则光发射及检测装置判断光分路器与该没有检测到的波长的光对应的光纤光栅追踪器之间的光纤出现故障。

2.一种光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法，其特征是，所述光纤光栅追踪器包括第一插芯、第二插芯、光纤光栅和连接件，所述连接件具有通孔，所述第一插芯插入所述通孔的一端，所述第二插芯插入所述通孔的另一端，在通孔内的第一插芯的一端和/或在通孔内的第二插芯的一端设有空腔，所述光纤光栅在所述空腔内成弯曲状态，所述空腔内填充有防水材料；所述第一插芯和第二插芯是圆柱形，外径是2.5mm，内径是0.125mm；

所述防水材料是硅油；

所述在通孔内的第一插芯的端面设有利于光纤插入第一插芯的光纤腔的圆锥面，和/或所述在通孔内的第二插芯的端面设有利于光纤插入第二插芯的光纤腔的圆锥面；所述光纤光栅追踪器具有10pm/℃的波长温度特性；

所述光纤光栅追踪器的光纤线路故障检测方法包括如下步骤：

1)将光分路器的至少两个输出端分别通过光纤与一个所述的光纤光栅追踪器连接，将光分路器的输入端依次经过光纤、靠近所述光分路器的输入端设置的光纤光栅追踪器和光纤与光发射及检测装置连接，其中，每个光纤光栅追踪器的反射波长不相同，且所有的反射波长与通信系统的光波长不相同；

2)所述光发射及检测装置朝光纤光栅追踪器方向发出包含多个波长的光的光束或者发出一定带宽范围的光束，该光束包含了所有光纤光栅追踪器的反射波长的光；

3)若光发射及检测装置接收到靠近所述光分路器的输入端的光纤光栅追踪器对应的波长的光，且光发射及检测装置没有接收到光分路器的输出端一侧的光纤光栅追踪器对应的某个波长的光，则光发射及检测装置判断光分路器与该没有检测到的波长的光对应的光纤光栅追踪器之间的光纤出现故障。