CN108259083A - 一种对光纤光栅网络故障进行检测的方法 - Google Patents

一种对光纤光栅网络故障进行检测的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对光纤光栅网络故障进行检测的方法，该方法用于光纤光栅网络故障检测中，其包括：由所述逻辑控制器对高速光开关一进行开关控制，使得光源发出的光形成固定宽度的光脉冲，同时控制高速光开关二，在一定延时时间后打开一定时间，接收反射的光能量，这样即可完成对光缆上某个特定位置上的扫描；通过连续调整两个光开关的打开延时，可以完成整条光缆上的扫描；依据扫描结果，即可判断整条光缆的状态，包括有无故障等。可识别的故障类型包括：光缆结束、光缆中断以及光缆衰耗。本发明将光缆进行分段扫描，避免了不同位置反射光互相叠加影响，识别结果准确，识别效率高，同时具有低成本等优点。

Description

一种对光纤光栅网络故障进行检测的方法
技术领域
本发明涉及利用光纤光栅检测光缆故障的方法，属于光纤传感以及光缆故障诊断技术领域。
背景技术
近年来，随着光纤光栅传感技术的发展，光纤光栅传感器获得大量的应用，广泛应用于温度测量、应变测量、压力测量等领域。光纤光栅需要通过光纤进行连接使用，光纤为光纤光栅提供了一条信号传输通道，光纤传输质量的好坏直接影响到光纤光栅传感器的测量性能。当光纤出现故障时，传统的方式是需要外加OTDR设备对故障进行诊断和识别。
现有的技术，通常采用OTDR通过测量反射光信号来分析光纤的工作状态。OTDR一方面本身具有工作盲区，限制了其检测的范围，另一方面，由于OTDR的引入，通常需要在网络中加入额外的分光电路，这就引入了衰耗，同时光纤光栅网络中由于光栅的存在，本身就有较多的衰耗点，从而需要OTDR具有更大的动态范围。这就造成了成本的增加，同时也会扩大OTDR的盲区范围。
例如在申请号为CN201410776821.4的专利申请中，采用OTDR结合波峰检测的方式，对光网络中的点进行测试；又如在申请号为CN201310170697.2的专利申请中，其采用OTDR本次检测信号反射峰与以往测试信号的反射峰进行对比，获知发生变化的反射峰，从而实现故障或中断定位。上述方法中，均是通过OTDR以及与OTDR配合使用的复杂外部设备，通过寻峰等算法，实现对故障点或中断点的检测，其设备应用成本高，系统运维难度大，且检测效果一般，对于复杂网络，尤其复杂的光纤光栅传感器网络，有一定的局限性。上述检测方法均因存在各种问题而导致在现实中存在各种使用的不便和诟病，急需要提供一种新的替代检测技术。
发明内容
在光纤传感系统中，通常都配备光纤光栅解调仪，本发明针对现有技术问题，提出了一种利用系统自带的光纤光栅解调仪结合光纤光栅对光缆状态直接进行测量和诊断的方法，从而无需外加OTDR设备，降低系统复杂度，提高设备利用率，降低系统成本，进一步的，可实现在线故障诊断功能。
本发明提出了一种对光纤光栅网络故障进行检测和识别的方法，其用于光纤光栅网络系统中所述系统包括宽带光源、分光器、高速光开关一、高速光开关二、环形器、衰耗器一、衰耗器二、光纤光栅解调仪、逻辑控制器、光缆及光纤光栅；所述宽带光源、高速光开关一、衰耗器一与环形器相连；所述解调仪、高速光开关二、衰耗器二与环形器相连；所述环形器与光缆相连，所述光纤光栅置于光缆的光纤中；所述逻辑控制器分别与宽带光源、高速光开关、衰耗器一、衰耗器二、高速光开关二、跟踪滤波器和解调仪相连，并对这些部件进行逻辑控制；所述光纤光栅串由多个不同波长的光纤光栅组成，串接在光纤中；其特征在于，所述检测方法包括：
所述的逻辑控制器对高速光开关一进行开关控制，使得每次只打开一段时间，从而形成一段固定脉宽的入射光；
在形成固定脉宽的入射光之后的一段固定延时后，打开高速光开关二，接收反射光，此处不同的延时时间，对应不同的光缆距离处的反射光，从而可以通过调节延时时间，接收到不同距离处的反射光；
调整两个高速光开关之间不同的延时时间，进行多次扫描，即可获得整条光缆上的反射光强的分布曲线；
根据扫描获得的反射光强分布曲线，即可对光缆故障进行检测。
优选地，逻辑控制器接收光纤光栅解调仪测量到的反射光信号，根据接收到的光强，动态调整衰耗器的衰耗幅度，使得光纤光栅解调仪始终可以获取到合适的反射光强，以提高系统的灵敏度。
优选地，系统故障点位置的测量精度取决于相邻两个扫描点的扫描时间差，测量精度满足公式
其中，ΔL为测量精度，Δt为两个高速光开关的打开延时，C0为光在真空中传播的速率，R(λn)为波长为λn的光在光纤中的折射率。
优选地，完成一次扫描并形成整条光缆的反射光强分布曲线后，对曲线进行滤波处理，采用数字滤波的方式，滤除掉光纤光栅波长范围外的杂波信号。
优选地，通过对扫描形成的反射光强分布曲线进行记录和分析，可以获得光缆故障状态信息，包括：光缆中断故障及中断位置、光缆衰耗故障及故障位置、光缆结束端及光缆长度、光缆更换事件。
优选地，如果出现当前测量曲线某个测量点的光能量出现明显的大幅降低，则判断该位置为光缆的终端结束位置，通过与之前记录的反射光强曲线对比，如果该结束位置与之前曲线的结束位置相同，则判断该点为光缆结束端，从而确定光缆长度；如果该点位置明显小于原有曲线的结束端位置，则可判断该点处出现了光缆中断故障，该点位置即为中断位置。
优选地，如果当前测量曲线某个测量点处的光能量相对于原有测量曲线出现明显衰减，但依然有反射光能量，则判断该点位置出现了衰耗故障，该点位置即为衰耗点的位置。
优选地，将当前测量曲线与之前测量曲线进行匹配，如果二者不能匹配，或者测量到的光纤光栅波长等特性出现不一致，即可判定光缆出现了光缆更换事件。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1.本方法中无需外加OTDR设备，克服了OTDR设备有存在盲区，以及用于光纤光栅检测系统中需要有更大的动态范围的问题。
2.本方法中采用系统自带的光纤光栅解调仪作为测量设备，可在不影响光纤光栅传感网络正常工作的情况下，同步的对光缆网络故障进行在线实时诊断。
3.本方法还具有系统结构简单，低成本，检测结果准确的优点。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的结构示意图；
图2为扫描到的反射光强随光缆长度变化的示意图。
其中，图1中：1-宽带光源、2-高速光开关一、3-衰耗器一、4-环形器、5-光缆、6-光纤光栅串、7-衰耗器二、8-高速光开关二、9-解调仪、10-逻辑控制器；
图2中：1-反射光强随光缆长度变化的扫描曲线。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
另外需要指出的是，本发明所提出的各个可实施方式或方法，是可以进行任意结合或组合使用的，例如可以将其中任意两种或更多种调整方式结合起来使用，以提高检测效果和系统精度，也可以仅采用其中的单个方式，上述这些组合或者拆分，均应视为落入本发明的保护范围之内。
以下通过各个具体的实施例，对本发明的可供优选的实施方式进行详细阐述。以下在各具体实施例中所涉及到的各具体参数数值，仅作为例举而用，以方便对本发明实施方式的解释说明，并不作为本发明保护范围的限定。
实施例1
本发明的目的是：解决现有光纤光栅网络故障诊断需要外加OTDR设备进行故障诊断的问题，克服OTDR设备存在检测盲区，应用于光纤光栅传感网络时需要更大动态范围的问题，提供利用系统自带的光纤光栅解调仪来直接对光纤网络故障进行检测的方法，可实现不影响系统正常正常运行的情况下，实现在线的故障诊断功能。
在一具体的优化实施方式中，本发明具体的测试方法可以如下进行：
该方法可适用于光缆系统中，在一具体的实施方式中，如图1所示，该系统包括宽带光源、分光器、衰耗器一、高速光开关一、环形器、光缆、光纤光栅串、衰耗器二、高速光开关二、光纤光栅解调仪以及逻辑控制器。所述逻辑控制器(10)与宽带光源(1)、光纤光栅解调仪(9)、高速光开关一(2)、高速光开关二(8)、衰耗器一(3)以及衰耗器二(7)相连；宽带光源(1)与高速光开关一(2)相连；高速光开关一(2)与衰耗器一(3)相连；衰耗器一(3)与环形器(4)入口端相连；环形器(4)出口端与光缆(5)相连；光缆(5)上串接光纤光栅串(6)；环形器(4)回端出口与衰耗器二(7)相连；衰耗器二(7)与高速光开关二(8)相连；高速光开关二(8)与光纤光栅解调仪(9)相连。
在一具体的实施方式中，该系统可具体设置如下：系统包括至少一个宽带光源(1)，中心波长为1550nm，带宽为20nm；高速光开关一(2)，中心波长为1550nm，3dB带宽为1.5nm；衰耗器一(4)，为TTL驱动光纤衰耗器，调节范围0-30db；环形器(4)用来对反射光进行分光；光缆(5)，对于1550nm左右光纤的传输损耗为0.25dB/km；光纤光栅串(6)，数个中心波长为1550nm附近，且波长不重复，波长间隔最少0.5nm的光纤光栅；衰耗器二(7)，参数同衰耗器一；高速光开关二(8)，中心波长为1550nm，3dB带宽为1.5nm；光纤光栅解调仪(9)，可检测的中心波长为1550nm，检测带宽为20nm；逻辑控制器(10)，与各个器件相连并对其实现控制。
在一具体的实施方式中，所述的逻辑控制器对高速光开关一进行开关控制，使得每次只打开一段时间，从而形成一段固定脉宽的入射光。在形成固定脉宽的入射光之后的一段固定延时后，打开高速光开关二，接收反射光，此处不同的延时时间，对应不同的光缆距离处的反射光，从而可以通过调节延时时间，接收到不同距离处的反射光。调整两个高速光开关之间不同的延时时间，进行多次扫描，即可获得整条光缆上的反射光强的分布曲线。
在一具体的实施方式中，根据扫描获得的反射光强分布曲线，即可对光缆故障进行检测。
在一具体的实施方式中，逻辑控制器接收光纤光栅解调仪测量到的反射光信号，根据接收到的光强，动态调整衰耗器的衰耗幅度，使得光纤光栅解调仪始终可以获取到合适的反射光强，以提高系统的灵敏度。
在一具体的实施方式中，如果出现当前测量曲线某个测量点的光能量出现明显的大幅降低，则判断该位置为光缆的终端结束位置，通过与之前记录的反射光强曲线对比，如果该结束位置与之前曲线的结束位置相同，则判断该点为光缆结束端，从而确定光缆长度；如果该点位置明显小于原有曲线的结束端位置，则可判断该点处出现了光缆中断故障，该点位置即为中断位置。
在一具体的实施方式中，如果当前测量曲线某个测量点处的光能量相对于原有测量曲线出现明显衰减，但依然有反射光能量，则判断该点位置出现了衰耗故障，该点位置即为衰耗点的位置。
在一具体的实施方式中，将当前测量曲线与之前测量曲线进行匹配，如果二者不能匹配，或者测量到的光纤光栅波长等特性出现不一致，即可判定光缆出现了更换事件。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种对光纤光栅网络故障进行检测的方法，该方法适用于光纤光栅网络系统中，所述系统包括宽带光源、分光器、高速光开关一、高速光开关二、环形器、衰耗器一、衰耗器二、光纤光栅解调仪、逻辑控制器、光缆及光纤光栅；所述宽带光源、高速光开关一、衰耗器一与环形器相连；所述解调仪、高速光开关二、衰耗器二与环形器相连；所述环形器与光缆相连，所述光纤光栅置于光缆的光纤中；所述逻辑控制器分别与宽带光源、高速光开关、衰耗器一、衰耗器二、高速光开关二、跟踪滤波器和解调仪相连，并对这些部件进行逻辑控制；所述光纤光栅串由多个不同波长的光纤光栅组成，串接在光纤中；其特征在于，所述的故障诊断方法包括：
所述的逻辑控制器对高速光开关一进行开关控制，使得每次只打开一段时间，从而形成一段固定脉宽的入射光；
在形成固定脉宽的入射光之后的一段固定延时后，打开高速光开关二，接收反射光，此处不同的延时时间，对应不同的光缆距离处的反射光，从而可以通过调节延时时间，接收到不同距离处的反射光；
调整两个高速光开关之间不同的延时时间，进行多次扫描，即可获得整条光缆上的反射光强的分布曲线；
根据扫描获得的反射光强分布曲线，即可对光缆故障进行检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：逻辑控制器接收光纤光栅解调仪测量到的反射光信号，根据接收到的光强，动态调整衰耗器的衰耗幅度，使得光纤光栅解调仪始终可以获取到合适的反射光强，以提高系统的灵敏度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：系统故障点位置的测量精度取决于相邻两个扫描点的扫描时间差，测量精度满足公式：
其中，ΔL为测量精度，Δt为两个高速光开关的打开延时，C0为光在真空中传播的速率，R(λn)为波长为λn的光在光纤中的折射率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：完成一次扫描并形成整条光缆的反射光强分布曲线后，对曲线进行滤波处理，采用数字滤波的方式，滤除掉光纤光栅波长范围外的杂波信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：通过对扫描形成的反射光强分布曲线进行记录和分析，可以获得光缆故障状态信息，所述故障状态信息包括：光缆中断故障及中断位置、光缆衰耗故障及故障位置、光缆结束端及光缆长度、光缆更换事件。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：如果出现当前测量曲线某个测量点的光能量出现明显的大幅降低，则判断该位置为光缆的终端结束位置，通过与之前记录的反射光强曲线对比，如果该结束位置与之前曲线的结束位置相同，则判断该点为光缆结束端，从而确定光缆长度；如果该点位置明显小于原有曲线的结束端位置，则可判断该点处出现了光缆中断故障，该点位置即为中断位置。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：如果当前测量曲线某个测量点处的光能量相对于原有测量曲线出现明显衰减，但依然有反射光能量，则判断该点位置出现了衰耗故障，该点位置即为衰耗点的位置。
8.如如权利要求5所述的方法，其特征在于：将当前测量曲线与之前测量曲线进行匹配，如果二者不能匹配，或者测量到的光纤光栅波长等特性出现不一致，即可判定光缆出现了光缆更换事件。
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