CN107452177B

CN107452177B - 一种通信光缆安全预警系统

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Publication number: CN107452177B
Application number: CN201710244644.9A
Authority: CN
Inventors: 俞震; 陶洪峰; 胡伟; 葛凌峰; 冯文斌; 沈察明
Original assignee: Zhejiang Post & Telecommunication Engineering Construction Co ltd
Current assignee: Zhejiang Post & Telecommunication Engineering Construction Co ltd
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: CN107452177A

Abstract

一种通信光缆安全预警系统，包括连接地下光缆、架空光缆、光缆井和光缆交接箱的检测光纤，检测光纤上连接有光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元；光缆井中安装有光缆井检测单元；光缆交接箱中安装有光缆交接箱检测单元；光纤应力检测单元、光纤温度检测单元、光纤振动检测单元、光缆井检测单元和光缆交接箱检测单元分别与预警单元连接，预警单元用于对接收到的检测数据进行分析判断，并发送中断预警。本发明能连续实时的检测光路中光纤上的应力、压力，光纤附近的振动，光缆井及光缆交接箱的外部入侵，防止通信光缆被破坏的通信光缆安全预警系统。

Description

一种通信光缆安全预警系统

技术领域

本发明涉及光缆监测领域，尤其涉及一种通信光缆安全预警系统。

背景技术

光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，外包覆有外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。一个通信光缆的光路包括：地下光缆、架空光缆、光缆井和光缆交接箱几部分，任何一个位置的人为或自然环境损坏都可能导致光缆中断。发生以下几种情况容易损坏光缆的光路：一、架空光缆下垂至低于安全值，容易被地面上通过的车辆挂断；二、架空光缆周围发生火灾；三、埋设地下光缆的位置附近有对地面的施工；四、光缆井盖或光缆交接箱门被打开。

现有技术中，对于运行中的通信光缆已经有成熟的网管系统，可以在第一时间发现光缆中断并进行处理。但是，如何预防光缆中断，目前还没有很好的技术手段，只能通过设立警示标志、人工巡检、施工通报等措施进行事前监控，对于那些通信中断将导致重大损失的通信光缆，这些措施远远不够。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能连续实时的检测光路中光纤上的应力、压力，光纤附近的振动，光缆井及光缆交接箱的外部入侵，防止通信光缆被破坏的通信光缆安全预警系统。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种通信光缆安全预警系统，包括连接地下光缆、架空光缆、光缆井和光缆交接箱的检测光纤，检测光纤上连接有用于监测光缆应力变化及定位架空光缆下垂幅度和位置的光纤应力检测单元、用于监测及定位光纤温度变化的光纤温度检测单元和用于监测光缆振动及定位光缆的振动位置和幅度的光纤振动检测单元；光缆井中安装有用于监测井盖是否打开的光缆井检测单元；光缆交接箱中安装有用于监测光缆交接箱门是否打开的光缆交接箱检测单元；光纤应力检测单元、光纤温度检测单元、光纤振动检测单元、光缆井检测单元和光缆交接箱检测单元分别与预警单元连接，预警单元用于对接收到的检测数据进行分析判断，并发送中断预警。

作为优选技术方案，光缆井检测单元和光缆交接箱检测单元采用压力行程开关。

作为优选技术方案，所述检测光纤为三芯光纤，光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元分别连接到其中的一路光纤上。

作为优选技术方案，所述检测光纤为一芯光纤，光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元依次接入检测光纤，并接入光切换开关用于切换光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元之间分时段工作。

作为优选技术方案，光缆井监测单元和光缆交接箱监测单元分别通过NB-IoT与预警单元通讯。

作为优选技术方案，光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元与预警单元之间分别通过无线网络或有线网络进行通信。

作为优选技术方案，预警单元实时计算当前光纤应力检测风险系数、光纤温度检测风险系数和光纤振动检测风险系数，动态分配光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元的检测时间。

上述通信光缆安全预警系统利用位于光路中的光纤作为传感元件，检测光纤中的光纤不仅起到传光的作用，而且利用光纤在外界因素作用下，其光学特性(如光强、相位、偏振态等)的变化来实现对整个光路的光纤应力、温度、振动监测，并整合对光缆井和交接箱的监测，对可能危害光缆系统的情况进行预警，实现对整个光路的长距离无缝实时监测，从而帮助运行维护人员更有效的阻止破坏通信光缆事件发生，并且便于对光路的管理。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明中光纤振动检测单元的结构示意图。

图3为本发明中光纤应力检测单元的结构示意图。

图4为本发明中光纤温度检测单元的结构示意图。

图5为本发明实施例2的结构示意图。

图6为实施例2中光纤振动检测单元、光纤应力检测单元及光纤温度检测单元的连接结构示意图。

其中：1、地下光缆，2、光缆井，3、架空光缆，4、光缆交接箱，5、检测光纤，6、光纤应力检测单元，7、光纤温度检测单元，8、光纤振动检测单元，9、光缆井检测单元，10、光缆交接箱检测单元，11、预警单元，12、光切换开关。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的优选实施方案作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种通信光缆安全预警系统，包括连接地下光缆1、架空光缆3、光缆井 2和光缆交接箱4的检测光纤5，检测光纤5为三芯光纤，三路检测光纤上分别连接有光纤应力检测单元6、光纤温度检测单元7和光纤振动检测单元8。

光纤应力检测单元6对于通信光缆光路的架空部分(架空光缆)，根据光纤应力变化判断架空光缆对地距离变化(光缆长度变化)的幅度和位置。本实施例中的光纤应力单元的结构如图3所示，包括脉冲光源、耦合器和信号处理装置，光纤应力单元通过主动发射光脉冲，利用光纤布里渊后向散射原理实现对传感光纤的应变检测；利用布里渊OTDR技术实现检测定位。

光纤温度检测单元7对于通信光缆光路的架空部分(架空光缆)，根据光纤温度变化判断架空光缆火灾发生的位置和程度。光纤温度检测单元采用分布式光纤测温装置，其结构如图 4所示，光纤温度检测单元通过主动发射光脉冲，利用光纤的后向拉曼散射效应，激光脉冲与光纤分子相互作用,发生散射，光纤受外部温度影响使光纤中散射光发生变化，提供了温度的绝对指示，从而实现对沿光纤温度场的分布式测量。

光纤振动检测单元8对于通信光缆光路的地下部分(地下光缆)，根据光纤振动判断外部入侵的位置和幅度。光纤振动检测单元8采用定位型光学振动传感装置，其结构如图2所示。光纤振动检测单元通过主动发射光脉冲，利用干涉相位调制技术，通过光纤铺设环境振动信息的探测，进行入侵信号的识别。传感光纤感受到外界振动时，由于光纤的应变效应和弹光效应，光纤受振动信号作用引起光纤自身长度、直径和折射率变化，导致光波相位产生变化测量传感光纤中光波相位的变化即可知相应的振动情况。

为了对光路中的光缆井2及光缆交接箱4进行检测，光缆井2中安装有用于监测井盖是否打开的光缆井监测单元9；光缆交接箱中安装有用于监测光缆交接箱门是否打开的光缆交接箱监测单元10。优选为光缆井监测单元9和光缆交接箱监测单元10采用压力行程开关。

预警单元11通过有线和或无线方式与光纤应力检测单元6、光纤温度检测单元7、光纤振动检测单元8、光缆井监测单元9、光缆交接箱检测单元10连接，接收检测信息，对数据进行分析，产生相应的安全预警信息。

上述通信光缆安全预警系统利用位于光路中的光纤作为传感元件，检测光纤中的光纤不仅起到传光的作用，而且利用光纤在外界因素作用下，其光学特性(如光强、相位、偏振态等) 的变化来实现对整个光路的光纤应力、温度、振动监测，并整合对光缆井和交接箱的监测，对可能危害光缆系统的情况进行预警，实现对整个光路的长距离无缝实时监测，从而帮助运行维护人员更有效的阻止破坏通信光缆时间发生，并且便于对光路的管理。

实施例2：

对于长距离光缆，光纤资源可能比较紧张，光路中用作检测光纤的备用光纤不足三芯。针对这一情况，如图5-6所示，本实施例中的检测光纤为一芯光纤，光纤应力检测单元6、光纤温度检测单元7和光纤振动检测单元8依次接入检测光纤5，并接入光切换开关12用于切换光纤应力检测单元6、光纤温度检测单元7和光纤振动检测单元8之间分时段工作。

在T1时段，光纤振动检测单元8工作，光纤温度检测单元7光纤直通，光纤应力检测单元6光纤直通，进行光纤振动检测。在T2时段，光纤振动检测单元8直通，光纤温度检测单元7光纤工作，光纤应力检测单元6光纤直通，进行光纤温度检测。在T3时段，光纤振动检测单元8直通，光纤温度检测单元7光纤直通，光纤应力检测单元6光纤工作，进行光纤应力检测。T1的取值范围为10-120秒，可以人工设定；T2的取值范围为5-90秒，可以人工设定；T3的取值范围为30-90秒，可以人工设定。各个光纤检测单元的工作切换可以通过光切换开关实现，如图6所示，T1时段光切换开关切换到定位型光学振动传感装置，T2时段光切换开关切换到分布式光纤测温装置，T3时段光切换开关切换到分布式光纤应力监控装置。

为了提高安全预警响应速度，还可以对分时段检测机制进行进一步优化。优化方法如下：

β1为光纤振动检测风险系数，取值范围1到10，最低风险为1，最高风险为10。T1M为10秒。

β2为光纤温度检测风险系数，取值范围1到10，最低风险为1，最高风险为10。T2M为5秒。

β3为光纤应力检测风险系数，取值范围1到10，最低风险为1，最高风险为10。T3M为30秒。

A、B、C为时间分配系数，典型时间分配方案为A＝3，B＝6，C＝1。

系统启动后，β1、β2、β3均为1，代表最低风险状态。若取A＝3，B＝6，C＝1，T1、T2、T3均为30秒。每次检测完成后，预警单元对检测结果进行分析，根据内部风险模型计算各个检测单元的风险系数β1、β2、β3。在下个检测周期，重新计算各个检测单元的检测时间T1、T2、T3。

本实施例中除光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元的连接方式外的其他结构均与实施例1中相同。

本发明将“通信光缆”作为一个整体进行监测，当潜在风险点(地下光缆、架空光缆、光缆井、光缆交接箱)产生中断风险(人为破坏、环境破坏、人为入侵)时，及时发出风险预警，监控中心人员可以及时指挥、调度维护人员快速及时准确地赶到风险发生地点，可有效避免通信线路中断事故的发生，是通信光缆安全风险事前防控的有力技术手段。

Claims

1.一种通信光缆安全预警系统，其特征在于，包括连接地下光缆、架空光缆、光缆井和光缆交接箱的检测光纤，检测光纤上连接有用于监测光缆应力变化及定位架空光缆下垂幅度和位置的光纤应力检测单元、用于监测并定位光纤温度变化的光纤温度检测单元和用于监测光缆振动及定位光缆的振动位置和幅度的光纤振动检测单元；光缆井中安装有用于监测井盖是否打开的光缆井检测单元；光缆交接箱中安装有用于监测光缆交接箱门是否打开的光缆交接箱检测单元；光纤应力检测单元、光纤温度检测单元、光纤振动检测单元、光缆井检测单元和光缆交接箱检测单元分别与预警单元连接，预警单元用于对接收到的检测数据进行分析判断，并发送中断预警；

所述检测光纤为一芯光纤，光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元依次接入一芯光纤，并接入光切换开关用于切换光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元之间分时段工作；

预警单元实时计算当前光纤应力检测风险系数、光纤温度检测风险系数和光纤振动检测风险系数，动态分配光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元的检测时间，包括：

其中，T1为光纤振动检测单元检测时间，T2为光纤温度检测单元检测时间，T3为光纤应力检测单元检测时间；β1为光纤振动检测风险系数，β2为光纤温度检测风险系数，β3为光纤应力检测风险系数，β1、β2、β3取值范围1到10，最低风险为1，最高风险为10；T1M、T2M、T3M为预设时长；

A、B、C为时间分配系数。

2.根据权利要求1所述的一种通信光缆安全预警系统，其特征在于，光缆井检测单元和光缆交接箱检测单元采用压力行程开关。

3.根据权利要求1所述的一种通信光缆安全预警系统，其特征在于，光缆井检测单元和光缆交接箱检测单元分别通过NB-IoT与预警单元通讯。

4.根据权利要求1所述的一种通信光缆安全预警系统，其特征在于，光纤应力检测单元、光纤温度检测单元和光纤振动检测单元与预警单元之间分别通过无线网络或有线网络进行通信。