CN107314886B - 一种脉冲光光纤开关状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤开关技术领域，提供了一种脉冲光光纤开关状态检测方法。检测方法包括获取光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置；将当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置的数值求取差值；差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的预设第一百分比则维持相应光纤开关节点传感器的状态不变；若差值大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，修改相应光纤开关节点传感器的记录状态。本发明解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设备的技术难题，简化了检测网络系统，提高了检测系统维护的效率。

Description

一种脉冲光光纤开关状态检测方法

【技术领域】

本发明涉及光纤开关技术领域，特别是涉及一种脉冲光光纤开关状态检测方法。

【背景技术】

光缆交接箱是为主干层光缆、配线层光缆提供光缆成端、跳接的交接设备。光缆引入光缆交接箱后，经固定、端接、配纤以后，使用跳纤将主干层光缆和配线层光缆连通。其主要用于光缆通信网络中连接主干光缆和分支光缆，对光缆、光纤进行终结保护、连接及调度管理的配线设备。

随着光纤用户接入网(Fiber-to-the-x，简写为：FTTx)技术的推广，各类数据业务的扩展，运营商在城市中大量设置光缆交接箱用于光缆网络的接入。但是大部分光缆交接箱安装在室外，箱内又是承载大量重要业务的哑资源，作为无源设备，长期运行在户外，多变的外围环境对光缆交接箱的安全运行造成了潜在的威胁，维护人员无法远端进行管理和监控是一个非常严重且亟待解决的问题。这是因为大量的光缆交接箱都是光纤无源连接的分支分配器箱，光缆交接箱分散在城市的各个角落，无法做到电源的接入和管理，故一般的电传感器无法得以应用。有运营商设计开发太阳能和蓄电池的交接箱管理系统，但是，这类设备投资成本高，运营维护成本也高，因而难以普及推广。因光缆交接箱被非法破坏、事故损伤而造成的光纤信号故障已经造成运营商大量的运维以及业务损失，严重的甚至造成政治影响。因此，保障交接箱的安全，是保障网络最后一公里能够通畅的首要条件。

为了保障交接箱的安全，客观上需要一种可以检测光缆交接箱的箱门打开与关闭的技术手段与传感设备，以判断光缆交接箱是否被非法打开，但是，光缆交接箱用于光纤跳纤，未提供电源。所以客观上要求该开关传感器为无源设备。传感设备所探测的箱门开闭状态量也需要在不供电的情形下传到后台系统。为此，公开号为CN205861075U和CN205861076U的中国专利申请公开了一种基于光纤的反射式开关传感器(如图1-3所示)与一种基于光纤的透射式开关传感器，利用直流光源发出的光束在传感器中的反射光通断来表达传感器的开闭状态。这两类开关传感器已经应用在通信光缆交接箱的门页打开、闭合传感中，通过反射式与透射式两种传感器的组合，可以实现对多门光缆交接箱的多扇门页的监控。

但是，对于用于处理反射光信号的信号解析设备只能通过光纤中反射光的存在与否来判断单一光缆交接箱的门页开闭状态，即单一光缆交接箱对应一个信号解析设备，这就造成实际应用中需要使用大量闲置光纤资源才能完成对多个光缆交接箱门页开闭状态的监控，进而导致光纤传感系统的部署可能造成电信运营商光纤网络扩容能力的降低。此外，光缆交接箱一般沿着光缆隧道形成串联式半环形结构。由于近些年基站设备尺寸降低，通信机房变得越来越少，导致现在已经难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设备。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是利用较少的光纤资源对多个光缆交接箱的组网监控的功能，解决了由于通信机房较少，难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设备的技术难题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种脉冲光光纤开关状态检测方法，所述方法包括：

获取光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置；

向光纤开关传感网络发送前向脉冲光，并开始数据采样；

根据所述数据采样得到的内容和各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置，解析出光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器在对应脉冲峰值位置上的脉冲峰值；

将当前周期采样数据中各光纤开关节点传感器在对应脉冲峰值位置上的脉冲峰值与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置的数值求取差值；其中，执行了所述取差值后，还对各光纤开关节点传感器的差值作以下判断：

若光纤开关节点传感器所对应的差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的预设第一百分比则维持相应光纤开关节点传感器的状态不变；

若光纤开关节点传感器所对应的差值大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，修改相应光纤开关节点传感器的记录状态。

优选的，所述修改相应光纤开关节点传感器的记录状态，具体包括：

若对应前一采样周期数据的光纤开关节点传感器的记录状态为关闭状态，则修改后的光纤开关节点传感器的记录状态为打开状态；

若对应前一采样周期数据的光纤开关节点传感器的记录状态为打开状态，则修改后的光纤开关节点传感器的记录状态为关闭状态。

优选的，所述前向脉冲光的脉冲信号和触发开始数据采样的脉冲电信号形态为统一的方波信号，所述触发开始数据采样的信号用于触发采集模块在所述触发开始数据采样的脉冲电信号的上升沿位置开始数据采样。

优选的，所述前向脉冲光的脉宽w小于或等于3微秒，所述数据采样的采样频率F大于或等于由1秒除以所述脉宽之商的2倍得到的参数值。

优选的，所述数据采样以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据，其中，所述采样时长t2与所述采样频率F为预设值；

所述数据采样模块的采样时长t2大于从一个前向脉冲光信号发出到收到最后一个背向脉冲光信号之间的时长。

优选的，所述采样时长t2的值还满足：0.05ms≤t2≤1ms；其中，光纤开关节点传感器与脉冲光发生模块和光探测器构成的往返光路距离在5km到100km之间。

优选的，各传感节点脉冲峰值位置存储在存储器中，并且其存储方式具体包括：

通过操作人员直接将各传感节点脉冲峰值位置录入到存储器中；或者，

操作人员录入光纤开关传感网络的光纤开关节点传感器的数量后，通过测试得到的背向脉冲光信号的分布和所述数量分析得到各传感节点脉冲峰值位置；或者，

根据预设的背向脉冲光信号判断阈值和预设的光纤开关传感网络中设备的状态，并由检测到的各传感节点的背向脉冲光信号，分析得到各传感节点脉冲峰值位置。

优选的，所述第一百分比为10％-20％。

第二方面，本发明还提供了一种脉冲光光纤开关状态检测方法，所述方法包括：

定时器向脉冲光发生器发出周期性触发信号；

脉冲光发生器在收到周期性触发信号后同时发出前向脉冲光和向数据采样模块发送开始数据采样指令；

数据采样模块在接收到开始采样指令后以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据；

去噪模块对当前采样周期数据进行进一步去噪处理；

消光识别模块从存储器中取出各传感节点脉冲峰值位置；

将所述去噪后的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值；

差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，则改变光纤开关节点传感器的状态并修改位置存储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录；否则，消光判别模块缓存当前采样周期数据。

优选的，所述第一百分比为10％-20％。本发明所提出的基于脉冲光光纤开关传感节点的开关状态检测方法，可以通过获得传感网络中传感节点的次序、数目以及其脉冲峰值在采样周期内采样数据序列的位置，从而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点开关状态。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设备的技术难题，简化了检测网络系统，提高了检测系统维护的效率，并降低了维护成本。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有的一种光纤开关传感器处于闭合状态的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的现有的一种光纤开关传感器处于打开状态的结构示意图；

图3本发明实施例提供的现有的一种背光脉冲光光纤开关传感器结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种脉冲光光纤开关状态检测系统架构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种光纤开关节点传感器的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种光纤开关节点传感器的处于另一种状态下的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种光纤开关节点传感器的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种光纤开关传感网络的架构示意图；

图9本发明实施例提供的一种脉冲光光纤开关状态检测方法流程示意图；

图10本发明实施例提供的一种脉冲光光纤开关状态检测方法流程示意图；

图11本发明实施例提供的另一种脉冲光光纤开关状态检测系统架构示意图；

图12本发明实施例提供的另一种脉冲光光纤开关状态检测系统架构示意图；

结合附图，作以下说明：

1、传感器本体；2、光纤；3、准直器；4、活动滑块；41、通光孔；5、光反射件；6、弹性件；7、橡胶衬套。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种脉冲光光纤开关状态检测系统，如图4所示，检测系统包括：定时器、脉冲光发生模块、光环行器、光纤开关传感网络、光探测器、脉冲电信号滤波放大电路模块、数据采样模块、解析模块和存储器；其中，所述定时器、脉冲光发生模块、光环行器和光纤开关传感网络依次相连，脉冲光发生模块还与数据采样模块相连，光环行器的第一端口，第二端口和第三端口分别连接所述脉冲光发生模块、光纤开关传感网络和光探测器；所述光环行器中光环行走向依次为第一端口、第二端口和第三端口。

所述光探测器的输出口连接所述脉冲电信号滤波放大电路模块的输入端口；用于在收到定时器的触发生成前向脉冲光信号的同时，能够向数据采样模块发送采集数据指令，从而使得每一轮检测过程中由数据采样模块所采集到的背光脉冲信号的时序能够达到高度的一致。

所述脉冲电信号滤波放大电路模块的输出端口连接所述数据采样模块，其中，所述数据采样模块的输出端口串联所述解析模块；在具体实现中，所述解析模块通常可以由去噪模块和消光识别模块构成，所述解析模块的输入端口和输出端口还连接所述存储器。

其中，所述解析模块(具体可以是上述消光识别模块)存储前一采样周期数据，所述解析模块用于从存储器中获取了光纤开关节点传感器脉冲峰值位置后，将所述去噪后(具体可以由所述去噪模块完成)的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值，若差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则维持光纤开关节点传感器的状态不变，若大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则改变光纤开关节点传感器的状态并修改位储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录。其中，百分之十只是用于解释说明的示例性参数值，具体实现过程中可以根据实际情况进行调整，并通过多组实验测试，使得所设定的百分比的判断结果准确度尽可能的高。

本发明实施例所提出的基于脉冲光光纤开关传感节点的开关状态检测系统，可以通过获得传感网络中传感节点的次序、数目以及其脉冲峰值在采样周期内采样数据序列的位置，从而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点开关状态。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设备的技术难题，简化了检测网络系统，提高了检测系统维护的效率，并降低了维护成本。接下来将具体通过组成所述检测系统的各单元的功能结构，来进一步阐述如何实现准确判定节点开关状态。

在本发明实施例中，所述定时器用于按照采样交错间隔t1触发脉冲光发生模块发出前向脉冲光；脉冲光发生模块还用于在发出前向脉冲光同时，触发数据采样模块开始数据采样。

其中，触发数据采样模块开始数据采样的指令为脉冲电信号，所述数据采样模块被所述脉冲电信号的上升沿触发开始采样。光环行器使得前向脉冲光不直接射向光探测器的同时，避免了背向脉冲光射向脉冲光发生器，降低了脉冲光在光路中的损耗。开始数据采样的指令与前向脉冲光信号两者同时发出，使得数据采样模块在每次接收到开始数据采样的指令后，各光纤开关传感节点反射的背向脉冲光信号的峰值位置在每一个采样周期中都保持固定。

在本发明实施例中，所述触发数据采样模块开始数据采样的除了可以是所述脉冲光发生模块外，还可以是所述定时器。即结合本发明实施例还存在一种可选的方案，其中，脉冲光发生模块还与数据采样模块相连的方式被替换为定时器还与数据采样模块相连。

本发明实施例还提供了一优选的交错间隔时间区间，具体为小于1秒。因为，光缆交接箱的开门或关门动作的持续时间一般小于500毫秒，当缓存器存储的采样周期数目C的值大于500毫秒除以采样间隔t1之商，缓存器(指解析模块拥有的缓存器或者指构成解析模块的上述消光识别模块拥有的缓存器)可以存储超过传感节点状态变化所需时长的多个周期采样数据，缓存器中存放的数据足以判定光缆交接箱的开门或关门动作造成的传感节点状态变化。

其中，存在一种优选的实现方案，所述前向脉冲光的脉冲信号形态为方波信号。因为，方波信号的上升沿和下降沿所占用的时间相对于脉宽更少，同时方波脉冲信号的高电平持续时间相对于其他形态的波形的高电平持续时间更长，当采样频率等于1秒除以所述脉宽之商的2倍时，落入脉冲信号中的两个采样点中任意一个都可以采集到脉冲信号的高电平能量。

在本发明实施例中，所述数据采样模块用于在接收到所述开始采样指令后以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据，其中，所述采样时长t2与所述采样频率F为预设值；

所述数据采样模块的采样时长t2大于从一个前向脉冲光信号发出到收到最后一个光纤开关节点传感器返回的背向脉冲光信号之间的时长。根据上述限定方式，通常情况下，采样时长t2的值满足：0.05ms≤t2≤1ms。

在本发明实施例中，所述前向脉冲光的脉宽w小于或等于3微秒，所述数据采样模块的采样频率F大于或等于由1秒除以所述脉宽之商的2倍得到的参数值。

其中，普通光纤(其材质为石英玻璃)中，光子是以全反射的形式传播的，因此从一端到另一端的传播会出现延迟，速度会降低，大约是真空光速的三分之二，约200000km/s，脉宽大于3微秒时可能造成间距小于300m的两个传感器节点反射的两个背向脉冲光产生信号的重叠，使得本发明难以区分不同传感节点的背向脉冲光信号的在时域信号中的高电平区间的位置，脉宽小于3微秒可以使得系统的传感节点最小间距达到300m，满足了应用中多数光交箱实际间距的需求(而实际操作过程中，可以通过提高采样频率进一步降低传感节点间的距离，在此不再赘述)。在本发明实施例中，用于构成的光纤开关传感网络中的各光缆交接箱中的光纤开关节点传感器可以是如图3所示的结构，在本发明各实施例中也将从光源侧发出的光称为前向脉冲光，而由所述光纤开关节点传感器反射回来的光称为背向脉冲光。

在本发明实施例中，所述脉冲光发生器还可以用于发出直流光，所述直流光被用于检查光纤开关传感网络干路的光损耗。由于光纤开关传感网络的干路存在大量的光纤耦合点，这些耦合点的耦合质量决定了光信号在干路中的损耗，由脉冲光发生器发出的直流光可以使采用光功率计对干路上末端或反射接收端的光功率稳定读数成为可能。

本发明实施例所述检测系统中所述脉冲光发生模块、光纤开关传感网络、数据采样模块所使用的光纤可以是G.652D、G.652C、G.652B和G.652A中的任一一种，相应的所述脉冲光发生器发出的脉冲光信号的中心波长为1310nm或者1550nm。

直接采用通信用光纤，光纤耦合点的损耗更低，同时中心波长为1310nm或者1550nm的脉冲光信号在G.652系列的通信光纤中具有更低的光能量衰减。

在本发明实施例中，如图5所示，光纤开关传感网络中每个光纤开关节点传感器包括：传感器本体11、光纤盘纤盒12、光纤分光器13、第一光纤准直器14、第二光纤准直器15、活动滑块16、弹性件17，所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器间隔设定距离容置定位于所述传感器本体内，且所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器实现高斯光束耦合；上级光纤18经所述第一端口1101后从所述光纤盘纤盒的光纤入口穿入并盘纤设定长度后，从所述光纤盘纤盒的光纤出口穿出，然后接入所述光纤分光器的输入端；所述光纤分光器通过一输出端与所述第一光纤准直器的输入端连接，所述光纤分光器通过一输出端与经所述第三端口1103接入的下级光纤110连接；所述第二光纤准直器的输出端与经所述第二端口1102接入的本地光纤19连接；所述活动滑块中部具有通光孔1601，所述活动滑块设于所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器之间，并可在所述传感器本体内滑动，使所述通光孔连通所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器，构成光路通光；或者使所述通光孔错开所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器，构成光路阻断，所述弹性件夹置于所述活动滑块与传感器本体之间。这样，两个光纤准直器与活动滑块上通光孔形成了稳定的光路；活动滑块的移位使通光孔具有连通或与阻断两种状态量；当被监测装置的门，比如光缆交接箱的箱门为关闭状态时，活动滑块的外露端被挤进去，弹性件处于压缩状态，参见图2，此时，活动滑块中部的通光孔与两个光纤准直器在同一条直线上，光路状态为“通”，即光路通光。相反，被监测装置的门，比如光缆交接箱的箱门处于开门状态时，压缩弹性件储能释放，活动滑块被弹性件弹出，参见图6，此时，活动滑块中部的通光孔与两个光纤准直器不在同一条直线上，光路为“断”，即光路阻断。至此，被监测“门”的开闭状态转换为了光路的通断状态。这样，可将“门”的开闭状态转换为了光路的通断，有效解决在无电源环境下的各种装置、设备的“门”的开闭状态的监测难题。

本地的光缆交接箱具有两个箱门时，本地的节点传感器用于该光缆交接箱一个箱门开闭状态的监测，本地的光缆交接箱传感子网为一反射式光纤开关传感器，该反射式光纤开关传感器用于该光缆交接箱另一箱门的开闭状态监测，本地的节点传感器的第二光纤准直器经本地光纤连接至反射式光纤开关传感器；来自上级光纤的正向脉冲光经光纤盘纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、通光孔、第二光纤准直器后由该反射式光纤开关传感器反射回来形成背向脉冲光光路。反射式光纤开关传感器的结构和原理，在专利文献CN205861075U中已经详细介绍，在此不再赘述。

在本发明实施例中，若光缆交接箱具有一个箱门时；光纤开关节点传感器用于该光缆交接箱该箱门开闭状态的监测，此时，相对与图5所示的光纤开关节点传感器，其第二端口连接一个法拉第旋光器，或者节点传感器的第二光纤准直器被替换为一光反射镜。具体的输入上级光纤的正向脉冲光经光纤盘纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、通光孔、第二光纤准直器后由该法拉第旋光反射回来形成背向脉冲光光路，或者正向脉冲光经光纤盘纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、通光孔后由该光反射镜反射回来形成背向脉冲光光路。这样，背向脉冲光光路的存在与消失可表达箱门闭合与开启两种状态，也就是说箱门开闭状态量可直接通光光纤传输到信号解析设备，以在无源条件的现场环境下，监测箱门、柜门、井盖等各种结构的开闭状态，有效解决在无电源环境下的各种装置、设备的“门”的开闭状态的监测难题。

其中，以第二光纤准直器被替换为一光反射镜时为例，参见如下实施例的具体实现：

参见图7，光纤开关节点传感器包括传感器本体21、光纤盘纤盒22、光纤分光器23、第一光纤准直器24、光反射镜25、活动滑块26、弹性件27，所述传感器本体上具有用于上级光纤28接入的第一端口2101和用于下级光纤29接入的第二端口2102，所述第一光纤准直器与所述光反射镜间隔设定距离容置定位于所述传感器本体内，且所述第一光纤准直器的中轴垂直于所述光反射镜；上级光纤经所述第一端口后从所述光纤盘纤盒的光纤入口穿入并盘纤设定长度后，从所述光纤盘纤盒的光纤出口穿出，然后接入所述光纤分光器的输入端；所述光纤分光器通过一输出端与所述第一光纤准直器的输入端连接，所述光纤分光器通过一输出端与穿过所述第二端口的下级光纤连接；所述活动滑块中部具有通光孔2601，所述活动滑块设于所述第一光纤准直器和所述光反射镜之间，并可在所述传感器本体内滑动，使所述通光孔连通所述第一光纤准直器和所述光反射镜，构成光路通光；或者使所述通光孔错开所述第一光纤准直器和所述光反射镜，构成光路阻断，所述弹性件夹置于所述活动滑块与传感器本体之间。

本发明实施例除了提供上述两种光纤开关节点传感器的结构外，还提供了其在光纤开关传感网络相应光纤开关节点传感器在光缆交接箱中的使用效果，如图8所示，其中，信号解析设备31即本发明实施例所提出的脉冲光光纤开光状态检测系统中，除光纤开关传感网络外的其它结构部件组成的设备。图8中所示41为单门光缆交接箱，其使用的光纤开关节点传感器32可以是图7所示的带光反射镜25的光纤开关节点传感器；其中，图8中所示42为双门光缆交接箱，其使用的光纤开关节点传感器33具体为图5所示的结构，其中，第二端口1102连接所述反射式光纤开关传感器的光纤2(如图3所示)；其中，图8中所示43为四门光缆交接箱，其中，光纤开关节点传感器34为图5所示的结构，而其中透射式光纤开关传感器为专利文献CN205861076U所提出的具有相应结构的器件，而所述反射式光纤开关传感器为专利文献CN205861075U所提出的具有相应结构的器件。依据上述举例，在拥有其它数量门的光缆交接箱中，可以通过增设所述透射式光纤开关传感器数量来实现，在此不再赘述。

实施例2:

本发明除了提供如实施例1所述的一种脉冲光光纤开关状态检测系统外，还提供了一种脉冲光光纤开关状态检测方法，所述检测方法可以适用于如实施例1所述的检测系统中，因此，在本发明实施例中所做的相应方法步骤特征的阐述，可以在实施例1中找到相应的执行主体，如图9所示，所述方法包括：

在步骤201中，获取光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置。

其获取方式可以是通过实施例1中的解析模块向存储器发送携带存储地址的查询请求，而存储中返回所述光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置给所述解析模块。其中，各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置具体指一个检测周期中，采集到的背光脉冲数据中，对应脉冲峰值在各时间轴上的表现，而各光纤开关节点传感器的由于按照预设的距离完成布局，因此，其背光脉冲信号在经过不同长度的光纤传输后，表现出在采集时间轴上的有序排列。

在步骤202中，向光纤开关传感网络发送前向脉冲光，并开始数据采样。

在步骤203中，根据所述数据采样得到的内容和各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置，解析出光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器在对应脉冲峰值位置上的脉冲峰值。

在步骤204中，将当前周期采样数据中各光纤开关节点传感器在对应脉冲峰值位置上的脉冲峰值与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置的数值求取差值；其中，执行了所述取差值后，还对各光纤开关节点传感器的差值作以下判断。

这里是以步骤201中确认的各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置为参考，并以单一光纤开关节点传感器为计算粒度逐一的进行上述取差值运算过程。

在步骤205中，若光纤开关节点传感器所对应的差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的预设第一百分比则维持相应光纤开关节点传感器的状态不变。

此处，光纤开关节点传感器仅仅是为了方便说明诸多光纤开关节点传感器中的某一可能情况，其中，发生在光纤开关节点传感器中的相应判断方法同样也适用于光纤开关传感网络中其它光纤开关节点传感器，在此不再赘述。

在步骤206中，若光纤开关节点传感器所对应的差值大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，修改相应光纤开关节点传感器的记录状态。

所述修改相应光纤开关节点传感器的记录状态，具体包括：

若对应前一采样周期数据的光纤开关节点传感器的记录状态为关闭状态，则修改后的光纤开关节点传感器的记录状态为打开状态；

若对应前一采样周期数据的光纤开关节点传感器的记录状态为打开状态，则修改后的光纤开关节点传感器的记录状态为关闭状态。

在本发明实施例中，还提供了所述第一百分比的可选值，例如：10％-20％间的某一参数值。

本发明实施例所提出的基于脉冲光光纤开关传感节点的开关状态检测方法，可以通过获得传感网络中传感节点的次序、数目以及其脉冲峰值在采样周期内采样数据序列的位置，从而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点开关状态。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设备的技术难题，简化了检测网络系统，提高了检测系统维护的效率，并降低了维护成本。

在本发明实施例实现过程中，步骤202中所述向光纤开关传感网络发送前向脉冲光，并开始数据采样，具体实现为：

按照采样交错间隔t1向光纤开关传感网络发送前向脉冲光，并开始数据采样；

其中，所述前向脉冲光的脉宽w小于或等于3微秒，并且，光纤开关传感网络中装备有光纤开关节点传感器的各光缆交接箱之间的距离大于300m。

其中，上述参数值的设定具体是根据以下理论推导得到：普通光纤(其材质为石英玻璃)中，光子是以全反射的形式传播的，因此从一端到另一端的传播会出现延迟，速度会降低，大约是真空光速的三分之二，约200000km/s，脉宽大于3微秒时可能造成间距小于300m的两个传感器节点反射的两个背向脉冲光产生信号的重叠，使得本发明难以区分不同传感节点的背向脉冲光信号的在时域信号中的高电平区间的位置，脉宽小于3微秒可以使得系统的传感节点最小间距达到300m，满足了应用中多数光交箱实际间距的需求。

所述数据采样以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据，其中，所述采样时长t2与所述采样频率F为预设值；所述数据采样模块的采样时长t2大于从一个前向脉冲光信号发出到收到最后一个背向脉冲光信号之间的时长。根据上述限定方式，通常情况下，采样时长t2的值满足：0.05ms≤t2≤1ms。其中，最后一个背向脉冲光信号可以理解为是距离脉冲光发生器最远的光纤开关传感器反射前向脉冲光信号形成的。

缩短采样时长到大于从一个前向脉冲光信号发出到收到最后一个背向脉冲光信号之间的时长，可以降低单个采样周期内数据采样模块的工作时长，降低系统功耗；采样时长大于或等于0.05ms即可满足脉冲光在5km光路中的往返需求，而脉冲光在100公里的光路中往返所需的时间约为1ms，大于100公里的光路，脉冲光可能损耗殆尽，比1ms更长的采样时长可能带来大量无意义的采样数据与系统负载，本实例使得检测方法可以支持的最大光路距离在5km到100km。

在步骤203中，所示数据采样的采样频率F大于或等于由1秒除以所述脉宽之商的2倍得到的参数值。

在本发明实施例中，触发数据采样模块开始数据采样的指令为脉冲电信号，所述数据采样模块被所述脉冲电信号的上升沿触发开始采样。光环行器使得前向脉冲光不直接射向光探测器的同时，避免了背向脉冲光射向脉冲光发生器，降低了脉冲光在光路中的损耗。开始数据采样的指令与前向脉冲光信号两者同时发出，使得数据采样模块在每次接收到开始数据采样的指令后，各光纤开关传感节点反射的背向脉冲光信号的峰值位置在每一个采样周期中都保持固定。

其中，存在一种优选的实现方案，所述前向脉冲光的脉冲信号和触发开始数据采样的脉冲电信号形态为统一的方波信号，所述触发开始数据采样的信号用于触发采集模块在所述触发开始数据采样的脉冲电信号的上升沿位置开始数据采样。因为，方波信号的上升沿和下降沿所占用的时间相对于脉宽更少，同时方波脉冲信号的高电平持续时间相对于其他形态的波形的高电平持续时间更长，当采样频率等于1秒除以所述脉宽之商的2倍时，落入脉冲信号中的两个采样点中任意一个都可以采集到脉冲信号的高电平能量。

本发明实施例还提供了一优选的交错间隔时间区间，具体为小于1秒。因为，光缆交接箱的开门或关门动作的持续时间一般小于500毫秒，当C的值大于500毫秒除以采样间隔t1之商，缓存器可以存储超过传感节点状态变化所需时长的多个周期采样数据，缓存器中存放的数据足以判定光缆交接箱的开门或关门动作造成的传感节点状态变化。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，具体的所述脉冲光发生器还可以用于发出直流光，所述直流光用于采用光功率计检查光纤开关传感网络干路的光损耗。由于光纤开关传感网络的干路存在大量的光纤耦合点，这些耦合点的耦合质量决定了光信号在干路中的损耗，由脉冲光发生器发出的直流光可以使采用光功率计对干路上末端或反射接收端的光功率稳定读数成为可能。

实施例3:

在提供了如实施例1所述的脉冲光光纤开关状态检测系统和实施例2所述的脉冲光光纤开关状态检测方法后，本发明实施例件从如何在实施例1所述的检测系统中运行实施例2所述的检测方法角度，以较为完整的执行流程阐述本发明所提出的技术方案。如图10所示，所述执行流程包括：

在步骤301中，定时器向脉冲光发生器发出周期性触发信号。

其中，周期是针对一个完整的光纤开关传感网络检测时间而言，例如实施例1和2中描述的采样交错间隔t1即为所述周期的具体参数的表现。

在步骤302中，脉冲光发生器在收到周期性触发信号后同时发出前向脉冲光和向数据采样模块发送开始数据采样指令。

其中，数据采样模块除了与所述脉冲电信号滤波放大模块和光探测器依次相连外，其还起到了所述光探测器和脉冲点信号滤波放大模块的驱动器的作用，即所述数据采样模块还会根据采集数据的信噪比、采集数据的强度等等，调整所述光探测器和脉冲电信号滤波放大模块的工作参数(为了简化图4，并突出光信号传输链路，因此图4中未标注出数据采样模块作为光探测器和脉冲电信号滤波放大模块的驱动设备的电器连接)。

在步骤303中，数据采样模块在接收到开始采样指令后以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据。

其中，采样频率F与采样时长t2的选配可以参考实施例1和实施例2中相关内容，在此不再赘述。然而，作为本发明实施例的扩展实现方案，还可以为所述检测系统增设一个参数输入接口，其中可供操作人员输入的参数包括光纤开关传感网络中各相邻光缆交接箱之间的最小间隔距离，光纤开关传感网络采用的光纤规格，光纤开关传感网络中最远光缆交接箱的距离。则处理器在获取到上述输入的参数时，便可以生成与当前光纤开关传感网络所适配的脉冲光信号、检测周期、数据采样时长、光探测器检测灵敏度及脉冲电信号滤波放大模块放大倍数中的一项或者多项。其中，对应各脉冲光信号、检测周期和数据采样时长可以参考实施例1和实施例2中对应内容，在此不再赘述。上述处理器可以由所述解析模块替代，附上了控制信令链接关系后的结构如图11所示，其中虚线为控制信令；也可以是为所述脉冲光纤开关状态检测系统额外设置的，其与定时器、脉冲光发生器、数据采样模块等建立有信号控制链路，其连接结构如图12所示。

在步骤304中，去噪模块对当前采样周期数据进行进一步去噪处理。

其中，去噪过程可以参考现有的方法实现，如何去噪并非是本发明实施例所要保护和阐述的要点，因此，不再赘述。

在步骤305中，消光识别模块从存储器中取出各传感节点脉冲峰值位置。

其中，各传感节点脉冲峰值位置可以是：

方式一、通过操作人员直接将各传感节点脉冲峰值位置录入到存储器中；

方式二、操作人员录入光纤开关传感网络的光纤开关节点传感器的数量后，通过测试得到的背向脉冲光信号的分布和所述数量分析得到各传感节点脉冲峰值位置；

方式三、根据预设的背向脉冲光信号判断阈值和预设的光纤开关传感网络中设备的状态，并由检测到的各传感节点的背向脉冲光信号，分析得到各传感节点脉冲峰值位置。对于方式三，还可以在光纤开关传感网络中的光缆交接箱发生变动后，通过再一次触发上述测试过程，完成存储器中存储的各传感节点脉冲峰值位置的更新。

在步骤306中，将所述去噪后的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值。

其中，前一采样周期数据优选的是存储在消光识别模块的缓存区，由于两个采样周期间隔的时间较短，将前一采样周期数据单独存储在存储器中是会降低数据读取和处理效率的。

在步骤307中，差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，则执行步骤309；否则执行步骤308。其中，第一百分比根据实际情况取10％-20％之间某一值。

在步骤308中，改变光纤开关节点传感器的状态并修改位置存储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录。回到步骤301进行下一个周期的前向脉冲光信号发送和背向脉冲光信号的采集。

在步骤309中，消光判别模块缓存当前采样周期数据。回到步骤301进行下一个周期的前向脉冲光信号发送和背向脉冲光信号的采集。

值得说明的是，上述实施例1中系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例2基于同一构思，两者的内容描述上可以相互参考，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置；

向光纤开关传感网络发送前向脉冲光，并开始数据采样；

根据所述数据采样得到的内容和各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置，解析出光纤开关传感网络中各光纤开关节点传感器在对应脉冲峰值位置上的脉冲峰值；

将当前周期采样数据中各光纤开关节点传感器在对应脉冲峰值位置上的脉冲峰值与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置的数值求取差值；其中，执行了所述取差值后，还对各光纤开关节点传感器的差值作以下判断：

若光纤开关节点传感器所对应的差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的预设第一百分比则维持相应光纤开关节点传感器的状态不变；

若光纤开关节点传感器所对应的差值大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，修改相应光纤开关节点传感器的记录状态。

2.根据权利要求1所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述修改相应光纤开关节点传感器的记录状态，具体包括：

若对应前一采样周期数据的光纤开关节点传感器的记录状态为关闭状态，则修改后的光纤开关节点传感器的记录状态为打开状态；

若对应前一采样周期数据的光纤开关节点传感器的记录状态为打开状态，则修改后的光纤开关节点传感器的记录状态为关闭状态。

3.根据权利要求1所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述前向脉冲光的脉冲信号和触发开始数据采样的脉冲电信号形态为统一的方波信号，所述触发开始数据采样的脉冲电信号用于触发采集模块在所述触发开始数据采样的脉冲电信号的上升沿位置开始数据采样。

4.根据权利要求1-3任一所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述前向脉冲光的脉宽w小于或等于3微秒，所述数据采样的采样频率F大于或等于由1秒除以所述脉宽之商的2倍得到的参数值。

5.根据权利要求1-3任一所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述数据采样以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据，其中，所述采样时长t2与所述采样频率F为预设值；

所述数据采样模块的采样时长t2大于从一个前向脉冲光信号发出到收到最后一个背向脉冲光信号之间的时长。

6.根据权利要求5所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述采样时长t2的值还满足：0.05ms≤t2≤1ms；其中，光纤开关节点传感器与脉冲光发生模块和光探测器构成的往返光路距离在5km到100km之间。

7.根据权利要求1-3任一所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，各传感节点脉冲峰值位置存储在存储器中，并且其存储方式具体包括：

通过操作人员直接将各传感节点脉冲峰值位置录入到存储器中；或者，

操作人员录入光纤开关传感网络的光纤开关节点传感器的数量后，通过测试得到的背向脉冲光信号的分布和所述数量分析得到各传感节点脉冲峰值位置；或者，

根据预设的背向脉冲光信号判断阈值和预设的光纤开关传感网络中设备的状态，并由检测到的各传感节点的背向脉冲光信号，分析得到各传感节点脉冲峰值位置。

8.根据权利要求1-3任一所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述第一百分比为10％-20％。

9.一种脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述方法包括：

定时器向脉冲光发生器发出周期性触发信号；

脉冲光发生器在收到周期性触发信号后同时发出前向脉冲光和向数据采样模块发送开始数据采样指令；

数据采样模块在接收到开始采样指令后以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据；

去噪模块对当前采样周期数据进行进一步去噪处理；

消光识别模块从存储器中取出各传感节点脉冲峰值位置；

将所述去噪后的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值；

差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的第一百分比，则改变光纤开关节点传感器的状态并修改位置存储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录；否则，消光判别模块缓存当前采样周期数据。

10.根据权利要求9所述的脉冲光光纤开关状态检测方法，其特征在于，所述第一百分比为10％-20％。