CN106612146A - 一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统，包括依次相连的电源装置、故障点位置测量装置与数据接收与显示装置，所述故障点位置测量装置由宽谱光源、超窄线宽光源、光路切换装置、脉冲调制器、光放大模块、光路环形器、光电转换装置和数据采集与信号处理模块构成，宽谱光源和超窄线宽光源连接光路切换装置，光路切换装置、脉冲调制器、光放大模块、光路环形器、光电转换装置和数据采集与信号处理模块依次相连接，光路环形器接测量光纤，所述数据采集与信号处理模块还与脉冲调制器相连。并且公开了快速查找和精确定位的方法。本发明在不进行地面开挖的情况下能够快速准确的实现光缆故障点的查找，查找效率高、定位误差小。

Description

一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统

技术领域

本发明专利涉及检测技术领域,尤其涉及一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位系统及方法。

背景技术

目前，在光缆故障点的定位和查找过程中，常采用OTDR仪表进行故障位置测量。

OTDR又称光时域反射技术，该技术通过对测量光纤发射光脉冲，利用光脉冲在光纤中传播时遇到故障点引发的瑞利散射和和菲涅尔反射现象，实现对光纤衰减和断点的检测，并根据脉冲发射时间到检测到异常散射或反射光信号所消耗的时间实现光纤中衰减点、断点位置的距离测量。该OTDR系统是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。

但由于OTDR仪表给出的数值为光缆中光纤的长度，然而，光纤的长度并不是等于光缆路由实际地面的长度，原因如下：其一，由于光纤在光缆中的保护塑管中有一定弯曲，因此光纤的长度大于光缆的长度，其二，光缆施工过程中，光缆在沟中随机弯曲，因此光缆的长度大于光缆沟的长度，其三，光缆在施工中，光缆接头位置往往存有一定长度的盘留。因此OTDR仪表给出的光路长度(也就是光纤的实际长度)数值大于光缆埋设路由的实际地面长度，对于光缆线路维护 人员来说，通过OTDR仪表测量光纤故障点的长度，不可能精确地确定光缆故障点对应的地面实际位置，而进一步的故障点地面位置查找，就需要根据OTDR仪表给出的光纤长度数值估计一个地面位置，估算误差一般都在几十米到几百米，也就是说，要想挖出光缆故障点，需要开挖几十米到几百米的地面沟，这种查找方法，施工量大，并大量破坏地面植被和农作物，造成大量的施工赔补，施工成本高，施工周期长(找到一个故障点的时间一般是十几个小时、几天到几十天不等)，整改效率非常低下，严重影响光缆通信网络通信质量。

相干光振动检测技术是一种基于光干涉的振动检测技术，该技术利用超窄线宽激光脉冲在光纤中发生的散射对振动敏感产生干涉的现象，可以实现对光纤沿线的振动环境的分布式传感，通过光时域反射技术实现振动事件的定位。使用相干光振动检测技术能够对光缆附近的振动信号进行准确检测和定位，特别是对于埋地光缆，通过在光缆沟地表施加人工振动，根据系统对振动事件的定位估计出当前点的光缆长度。但相干瑞利振动检测技术并不能检测静态的光缆故障点或断点，因此不能用于光缆故障点的查找和定位。

针对现有相干光振动检测技术和传统OTDR应用于光缆故障位置检测遇到的问题，在通过在现有的相干光振动检测技术系统和传统OTDR系统进行改造的基础上，可以实现对地表振动、光缆故障点位置的同时检测，本发明方法提供一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位系统及方法，根据该系统已经利用该系统的查找和定位方法能查找出故障点的地面精确位置，实现通信光缆故障点的非开挖 方式快速高效的查找。

发明内容

本发明为了能够给出故障点的地面精确位置，实现通信光缆故障点的非开挖方式快速高效的查找。

具体的采用以下的技术方案：

该种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统,该系统包括依次相连的电源装置、故障点位置测量装置与数据接收与显示装置，所述故障点位置测量装置由宽谱光源、超窄线宽光源、光路切换装置、脉冲调制器、光放大模块、光路环形器、光电转换装置和数据采集与信号处理模块构成，宽谱光源和超窄线宽光源连接光路切换装置，光路切换装置、脉冲调制器、光放大模块、光路环形器、光电转换装置和数据采集与信号处理模块依次相连接，光路环形器接测量光纤，所述数据采集与信号处理模块还与脉冲调制器相连。

以上设计，电源装置是对整个系统进行的电力的供应，包括对故障点位置测量装置与数据接收与显示装置等。

故障点位置测量装置是该系统的核心部件，主要实现对故障点位置的测量和分析。

优选的，所述系统还包括数据发射装置，数据发射装置连接在故障检测装置和数据接收与显示装置之间，所述发射装置由GPRS、3G或者4G通信模块构成。

优选的，所述数据接收与显示装置由电脑软件或者手机APP组成, 所述电源装置可以采用蓄电池或者交流适配器。该装置的目的对实现测量的结果数据的接收并且将接收的结构进行显示。

基于上述一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的方法，方法为如下步骤：

步骤一、电源装置给故障点位置测量装置与数据接收与显示装置进行供电，光路切换装置置于宽谱光源连通状态，此时宽谱光源发出连续激光，进入脉冲调制器实现光信号的脉冲调制，之后进入数据采集与信号处理模块，数据采集与信号处理模块输出脉冲同步信号取得脉冲调制器将连接激光调制成一定规律排列的脉冲激光，脉冲激光经光放大模块完成功率放大后经过放大后经光路环形器进入测量光纤；

步骤二、在测量光纤中，脉冲光遇到光缆故障点形成后向散射瑞利光的光强变化，多个脉冲重复测量并通过数据采集与信号处理模块降噪算法后得到一条光纤损耗特征有关的光功率曲线，对该曲线进行记录；

步骤三、光路切换装置置于超窄线宽光源连通状态，进入脉冲调制器实现光信号的脉冲调制，之后进入数据采集与信号处理模块，数据采集与信号处理模块输出脉冲同步信号取得脉冲调制器将连接激光调制成一定规律排列的脉冲激光，脉冲激光经光放大模块完成功率放大后经过放大后经光路环形器进入测量光纤；

步骤四、在测量光纤中，一个超窄线宽脉冲光内部空间上不同的部分发生的散射同时到达光电转换装置时发生干涉现象，形成能够反 映光缆沿线振动情况的后向散射瑞利光的光强变化曲线，通过对该曲线进行分析可以获得光缆沿线振动信号强度图，准确给出振动发生的位置点；

步骤五、测量脉冲发出时间与探测到光强变化的时间差，通过光纤折射率求出光纤中的光速值，结合时间差和光速值可以准确得到光缆故障点的光路长度值；

步骤六、将光缆沿线振动信号强度图与此前记录的光纤损耗特征有关的光功率曲线放置于同坐标系内进行比较，根据损耗测定的光缆故障点与当前振动事件发生位置直接的相互偏差，可以清楚地指导振动测试人员逼近和定位光缆故障点；

故障点位置测量装置将测量到的实测结果通过数据接收与显示装置进行展示。

优选的、在上述步骤六中的故障点位置测量装置将测量到的实测结果，通过数据发射装置远程发送或服务器上传，数据接收与显示装置进行远程的接收，并且进行展示。

在上述系统和方法中采用的宽谱光源发出宽谱激光实现所连接光纤波导的散射光衰减、断点反射信号的检测，经数据采集与信号处理模块进行信号处理后实现衰减和断点发射发生位置的准确测量。超窄线宽光源发出超窄线宽波长激光实现传感光纤波导一定距离范围内的振动信号检测，经数据采集与信号处理模块进行信号处理后实现振动发射位置的准确测量。

本发明的有益效果在于：通过使用不同的光源，在完成光缆故障点光路距离测试的同时，可以通过在地面制造人为振动的方式实现振动位置和故障位置的逐渐逼近，特别对于埋地光缆，在不进行地面开挖的情况下能够快速准确的实现光缆故障点的查找，查找效率高、定位误差小。特别是该系统和方法操作方便，查找与定位精准。

附图说明

图1是本发明实施例的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位系统结构示意图；

图2是本发明实施例的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位系统中故障点位置测量装置的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

从图1和图2，可以得知，

该种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统,包括依次相连的电源装置1、故障点位置测量装置2与数据接收与显示装置3，所述故障点位置测量装置由宽谱光源4、超窄线宽光源5、光路切换装置6、脉冲调制器7、光放大模块8、光路环形器9、光电转换装置10和数据采集与信号处理模块11构成，宽谱光源4和超窄线宽光源5连接光路切换装置6，光路切换装置6、脉冲调制器7、光放大模块8、光路环形器9、光电转换装置10和数据采集与信号处理 模块11依次相连接，光路环形器9接测量光纤12，所述数据采集与信号处理模块11还与脉冲调制器7相连。

本实施例中，数据发射装置13采用4G通信模块，数据发射装置14连接在故障检测装置2和数据接收与显示装置3之间。所述数据接收与显示装置3由电脑软件组成,所述电源装置1可以采用蓄电池。光路切换装置6采用光开关。

将上述的通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统的进行使用，其具体的方法为如下步骤：

步骤一、电源装置1给故障点位置测量装置2与数据接收与显示装置3进行供电，光路切换装置10置于宽谱光源4连通状态，此时宽谱光源4发出连续激光，进入脉冲调制器7实现光信号的脉冲调制，之后进入数据采集与信号处理模块11，数据采集与信号处理模块11输出脉冲同步信号取得脉冲调制器7将连接激光调制成一定规律排列的脉冲激光，脉冲激光经光放大模块8完成功率放大后经过放大后经光路环形器9进入测量光纤12；

步骤二、在测量光纤12中，脉冲光遇到光缆故障点形成后向散射瑞利光的光强变化，多个脉冲重复测量并通过数据采集与信号处理模块11降噪算法后得到一条光纤损耗特征有关的光功率曲线，对该曲线进行记录；

步骤三、光路切换装置10置于超窄线宽光源5连通状态，进入脉冲调制器7实现光信号的脉冲调制，之后进入数据采集与信号处理模块11，数据采集与信号处理模块11输出脉冲同步信号取得脉冲调 制器7将连接激光调制成一定规律排列的脉冲激光，脉冲激光经光放大模块8完成功率放大后经过放大后经光路环形器9进入测量光纤12；

步骤四、在测量光纤12中，一个超窄线宽脉冲光内部空间上不同的部分发生的散射同时到达光电转换装置时发生干涉现象，形成能够反映光缆沿线振动情况的后向散射瑞利光的光强变化曲线，通过对该曲线进行分析可以获得光缆沿线振动信号强度图，准确给出振动发生的位置点；

步骤五、测量脉冲发出时间与探测到光强变化的时间差，通过光纤折射率求出光纤中的光速值，结合时间差和光速值可以准确得到光缆故障点的光路长度值；

步骤六、将光缆沿线振动信号强度图与此前记录的光纤损耗特征有关的光功率曲线放置于同坐标系内进行比较，根据损耗测定的光缆故障点与当前振动事件发生位置直接的相互偏差，可以清楚地指导振动测试人员逼近和定位光缆故障点；

故障点位置测量装置2将测量到的实测结果，通过数据发射装置13远程发送或服务器上传，数据接收与显示装置3进行远程的接收，并且进行展示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统,其特征在于,该系统包括依次相连的电源装置、故障点位置测量装置与数据接收与显示装置，所述故障点位置测量装置由宽谱光源、超窄线宽光源、光路切换装置、脉冲调制器、光放大模块、光路环形器、光电转换装置和数据采集与信号处理模块构成，宽谱光源和超窄线宽光源连接光路切换装置，光路切换装置、脉冲调制器、光放大模块、光路环形器、光电转换装置和数据采集与信号处理模块依次相连接，光路环形器接测量光纤，所述数据采集与信号处理模块还与脉冲调制器相连。

2.如权利要求1所述的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统，其特征在于，所述系统还包括数据发射装置，数据发射装置连接在故障检测装置和数据接收与显示装置之间，所述发射装置由GPRS、3G或者4G通信模块构成。

3.如权利要求1所述的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统，其特征在于，所述数据接收与显示装置由电脑软件或者手机APP组成,所述电源装置可以采用蓄电池或者交流适配器。

4.如权利要求1所述的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的系统的快速查找和精确定位的方法，其特征在于，该方法为如下步骤：

电源装置给故障点位置测量装置与数据接收与显示装置进行供电，光路切换装置置于宽谱光源连通状态，此时宽谱光源发出连续激光，进入脉冲调制器实现光信号的脉冲调制，之后进入数据采集与信号处理模块，数据采集与信号处理模块输出脉冲同步信号取得脉冲调制器将连接激光调制成一定规律排列的脉冲激光，脉冲激光经光放大模块完成功率放大后经过放大后经光路环形器进入测量光纤；

在测量光纤中，脉冲光遇到光缆故障点形成后向散射瑞利光的光强变化，多个脉冲重复测量并通过数据采集与信号处理模块降噪算法后得到一条光纤损耗特征有关的光功率曲线，对该曲线进行记录；

光路切换装置置于超窄线宽光源连通状态，进入脉冲调制器实现光信号的脉冲调制，之后进入数据采集与信号处理模块，数据采集与信号处理模块输出脉冲同步信号取得脉冲调制器将连接激光调制成一定规律排列的脉冲激光，脉冲激光经光放大模块完成功率放大后经过放大后经光路环形器进入测量光纤；

在测量光纤中，一个超窄线宽脉冲光内部空间上不同的部分发生的散射同时到达光电转换装置时发生干涉现象，形成能够反映光缆沿线振动情况的后向散射瑞利光的光强变化曲线，通过对该曲线进行分析可以获得光缆沿线振动信号强度图，准确给出振动发生的位置点；

测量脉冲发出时间与探测到光强变化的时间差，通过光纤折射率求出光纤中的光速值，结合时间差和光速值可以准确得到光缆故障点的光路长度值；

将光缆沿线振动信号强度图与此前记录的光纤损耗特征有关的光功率曲线放置于同坐标系内进行比较，根据损耗测定的光缆故障点与当前振动事件发生位置直接的相互偏差，可以清楚地指导振动测试人员逼近和定位光缆故障点；

故障点位置测量装置将测量到的实测结果通过数据接收与显示装置进行展示。

5.如权利要求1所述的一种通信光缆故障点地面位置快速查找和精确定位的方法，其特征在于，在上述的故障点位置测量装置将测量到的实测结果，通过数据发射装置远程发送或服务器上传，数据接收与显示装置进行远程的接收，并且进行展示。