CN1090853C - 监控光缆的系统、方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用来监控连接在光信号传输设备(TX)与接收设备(RX)间的光缆(2)的系统，且包括用来测量光功率的第一与第二电光装置(3，4)，后者经总线(13)在传输设备(TX)与接收设备(RX)处与光缆(2)的始、末端分别相连。本发明还涉及测量光缆(2)的工作光功率(P)的紧凑电光装置(3)，它具有光输入端(5)与光输出端(7)和电输入端(9)与电输出端(11)，且包括着有输入端(19)与光输入端相连和有输出端(21)与电输出端(11)相连的光功率测量电路(20)。此测量装置(3)还包括连接在光输入端(5)与光输出端(7)之间的分光器(15)。此分光器(15)有一通过电光探测器(17)与光功率测量电路(20)连接的第二输出端(16)，并在此第二输出端(16)上依照预定的分割比(RR)分出所述工作光功率(P)的一部分(PTX)。这部分工作光功率(PTX)经上述测量电路(20)处理，提供给此电路的电输出端(21)。
Description
本发明涉及监控光缆的系统。
具体地说，本发明涉及连接在光信号传输设备与接收设备之间的光缆监控系统，此系统经总线与中央控制器连接且包括与光缆两端作永久连接的用来测量光功率的紧凑的电光装置。
本发明还涉及监控包括有上述监控系统的光纤链路的方法。
本发明还涉及用来测量光功率的可永久性地连入光缆网络内的紧凑电光装置，这类器件具有光输入与光输出以及电输入与电输出并属于这样的类型，即它所包括的光功率测量电路具有与光输入连接的输入和与电输出连接的输出，而此电输出则提供流过光缆的工作光功率值。
周知光缆已广泛用于电信网路中。事实上，在这种光载体上交换信息能改进电信系统的总体质量及其运行速度。
在本发明的具体领域中，需要一种快速的故障查找技术。
特别重要的是，需有一种可防由于通过各光缆时衰减在各个点上的变化而发生故障的能力，这样的能力则视作为受损光缆线路的一种可靠表征。
为此目的，已有了一批可用于监控光缆系统的装置，能对光缆特性评价提供有用的信息。
第一种现有技术的解决方法是对“失效的”光缆，即从它正常连接的设备上脱开的光缆，测量通过它时的衰减。
这种现有的解决方法采用的测量系统模拟发射机/接收机系统并给光缆输入一试验信号。根据对发射的和接收的信号的测量结果，可以检查光缆的性能。
但这第一种解决方法并不能核查“使用中的”即正常运行的光缆的性能。此外，监控各条光缆和整个网络是耗时的。
第二种现有技术的解决方法不是去测量通过光缆的衰减而是采用一种反射计或OTDR(光时域反射计)。
这种反射计与光缆的第一端相连而使光的试验信号通过此光缆传送。
由上述第一端测量了由此光缆反射回的光波的强度与到达时间，根据这些值就可回求出光缆的衰减值和/或可能故障的位置。
用OTDR试验设备所作的测量易于对“非使用中”光缆施行，也可在工作中的光缆上进行。
在上述后一情形，是用合适的光耦合器将光试验信号加到工作中的光信号之上。这时，光试验信号的波长与工作中光信号的波长必须相差很大，用以最大限度减少对信号的干扰。
这第二种既有的解决方法虽可实现欲追求的目的但并非完美无缺，主要的缺点之一是OTDR试验设备的庞大与高价。
由于所述限制，一套OTDR试验设备通常为一批光缆共用，因而只能进行循环的监控。而这就涉及到要用许多光开关。
此外，存在着两个具有不同波长的光信号时会在接收端产生噪声，后者既不能完全抑制也不能采用滤光片。
日本专利文摘No.JP--A-3 053 141描述了一种用于根据发送和接收的光功率的探测来测量通过光缆的衰减的方法。实际上，这种方法是在TX端探测部分光功率的强度，但它在RX端却是测量整个光功率。因此，这样的方法在光纤工作期间不能使用，即，相应的设备提供的是光纤″非使用中″的监测。
此外，日本专利文摘No.JP-A-62137535涉及到一种方法，它使用投射进或从光纤射出的激光束测量光纤的传输特性，即，吸收系数或光纤长度的变化。
最后，Tahara等的美国专利No.418366描述了一种测量光学材料，尤其是光纤的光传输损耗的方法。这样的方法是基于散射功率的测量，即，对于具有散射元素的光纤是有用的。可是，传输系统的光纤并不是这种情形。
本发明拟从技术上解决的问题是去为连续监控光缆提供电光测量装置和相关系统，它们的结构与功能特点能克服现有技术监控系统仍无法解决的缺点。
作为本发明基础的解决问题的思想是，应用永久性地装于光缆端部的紧凑电光测量装置来长期地连续测量光缆的衰减。
根据上述解决方法的思路，本发明提供一种用来监控连接在光信号发射设备TX与接收设备RX间的光缆的系统，特征在于，此系统包括用来连续测量光功率的等同的第一电光装置和第二电光装置，它们经总线与中央控制器连接，并在上述发射设备TX与接收设备RX的邻近，分别与光缆的始端与末端作永久性连接。
有关的技术问题的解决是通过提供一种监控建立在光信号发射设备TX与接收设备RX之间的光纤链路的方法，该方法包括的步骤是测量通过光纤链路的工作光功率P衰减，特征在于，所述测量步骤的完成是通过依据一预设的固定分割比RR，作为在发射端与接收端拾取的光功率部分PTX和PRX间的比来测量功率衰减，以便评价光缆的性能。
上述问题的解决进一步是通过提供一种测量光缆的工作光功率P的紧凑型电光装置，它具有光输入端与光输出端以及电输入端与电输出端，并属于包括有光功率测量电路的类型，该电路具有与上述光输入端连接的输入端和与上述电输出端连接的输出端，特征在于：此电光装置包括有连接在所述光输入端和光输出端之间的分光器，同时具有经电光探测器与前述光功率测量电路连接的第二输出端，而所述分光器能有效地根据预定的分割比RR将工作光功率P的一部分PTX分流到上述第二输出端上，且这部分工作光功率PTX由光功率测量电路处理并提供给此电路的电输出端。该装置按高度紧凑的形式设置，并于试验中的光缆的始端和末端抽取工作中光信号的预定部分，以计算经此光缆传送的光功率的平均值。
从下面参考附图以非限定性示例给出的本发明实施形式的详细描述中，将可了解到本发明的监控系统与电光测量装置的特点与优点。
附图中：
图1是本发明的光缆双向连接的监控系统简图；
图2是示意性地表明图1中监控系统的简图；
图3以高度紧凑的实施形式概示本发明的用于测量光功率的电光装置；
图4概示本发明的用于测量光功率的电光装置的改型实施形式。
现来参看附图，总体以标号1表示的是用来监控铺设在发射设备TX与接收设备RX间的双向连接的光缆2。
具体地说，光缆2是连接到接收设备RX中包括的光/电变换器O/E的光输入端80和发射设备TX中包括的激光发射机LD的光输出端。
检查通过光缆2的衰减的最直接的方法，是去计算发射的工作光功率PT的值与接收的工作光功率PR的对应之比(要是这些值以dBm表示，即两者的差)。
在本发明的方法中，上述光功率间的比最好以通过光缆2的总光功率的部分PTX与PRX给出这样的部分取预设的固定分割比，以能正确地求出通过光缆的衰减值。
为此目的，前述监控系统1包括第一光电装置3和第二电光装置4用来测量光功率，它们分别在发射设备TX与接收设备RX处连接光缆2的始端与末端。
测量光功率用的电光装置3与4具有至少两个光输入端5、6和至少两个光输出端7、8以及各自的电输入端9、10和电输出端11、12。
具体地说，电光测量装置3的光输入端5与发射设备TX的输出端50相连而它的输出端7则与光缆2连接。
类似地，电光测量装置4的光输入端6与光缆2相连而它的输出端8则与接收设备RX的输入端80相连。
如图1与2所示，监控系统1经总线13和中央控制器14相连，此中央控制器位于监控系统1的外部或很远处并在其中计算通过光缆2的衰减。
图3所示为本发明的用于测量光功率的电光装置的最佳实施形式，例如装置3。
电光装置3包括插接于光输入端5和光输出端7之间的分光器15，并具有与电光探测器17连接的第二输出端16，此探测器17本身又同光功率测量电路20的输入端19相连。
特别是分光器15，它根据预定的分割比从发射设备TX的输出端50分出工作光功率P的一部分PTX。
在一最佳实施形式中，分光器15能按分割比RR90∶10，在光输出端7与第二输出端16之间有效地分划存在于光输入端5上的光功率。
电光装置3所用的分光器15最好具有低功率的额外插入损耗，例如小于0.25dB的。
根据本发明，最好通过采用高灵敏型的电光探测器17和高阻抗的前置放大器18，使电光装置3能探测功率级在-50dB之下的光功率。
这样，测量电路20将在输出端21供给存在于输入端19的光功率部分PTX。输出端21连接到模数转换器22上，将光功率部分PTX转换为二进制码，并由发射协议处理电路23发送给电光测量装置3的电输出端11，而由此传送到中央控制器14。
上述发射协议处理电路23以单向方式连接接收协议处理电路24，后者又连接到电光装置3的电输入端9同时连接到中央控制器14上。
此发射协议控制电路23给中央控制器14发送外出的光功率部分的测量值DPTX，以及与电光测量装置3相关的并可由中央控制器14识别的识别二进制码COD3。类似地，接收协议处理电路24则能识别与其相关的由中央控制器14发送来的识别二进制码COD3。
根据本发明，电光测量装置3最好包括远程供电电路25，后者应用DC值IC，经过总线13传送，产生一能有效给电光测量装置供给功率的电压Vs。
这样，可以很方便地将另外一些装置连接到总线13之上，用来起到相同的作用或是去测量不同量级的光功率，而这样一些装置都可通过总线13本身远程供电或进行遥控。
远程供电电路25通过第一电阻器R1和第二去耦电阻器R2与电输入端9和电输出端11分别连接。去耦电阻器R1与R2将存在于总线13上所有的有用电信号例如COD3或DPTX从DC远程供应的电流Ic分开。
下面说明本发明的监控系统1的工作。
电光测量装置3与4由中央控制器14用轮询型或中断型程序查询。在任一种情形下，电光测量装置3与4都被输入识别码COD3、COD4，同时将从与电光测量装置3与4的连接点处输入与测得的光功率部分PTX、PRX相对应的二元值DPTX、DPRX，并将输入应答测量装置的识别码COD3或COD4。
特别是在本发明的最佳实施形式中，与中央控制器交换信息是应用系列型HDCL(高级数据链路控制规程)的协议进行的，这在下述构型的监控系统中虽是适当的，其中的电光测量装置3、4经单一总线13相互连接并与中央控制器14连接。
根据所接收到的光功率部分的值DPTX与DPRX，中央控制器14就能计算通过光缆2的衰减，而据此即可检查此光缆的性能或可能的故障。
在实际工作中，电信网路通常采用双向链路，即取连接相应成对的接收设备RX-RX′与发送设备TX、TX′，如图1所示。这时的中央控制器14将接收成对的输入的DPRX、DP′RX和输出的DPTX、DP′TX光功率部分的二元值，并在两个方向上计算通过双向链路2、2′的总衰减。
本发明的监控系统也适用于点到点单向构型连接的或一点到多点单向构型连接的光纤传输形式。
特别重要的是把监控系统1用于具有树型结构的光分配网络。这种网络中光链路的高度的复杂的结构，事实上要求对于流过这种链路的光功率衰减变动引起的任何退化都需能及时查明。
本发明的这种电光测量器件也同样能连接到应用于一点到多点分配网络中光放大器的输出端，以改进整个系统的可靠性。
图4是本发明的电光测量装置3″的改进实施形式，它可以用于装配有人员保安用自动光学防护装置的电信网路中发射设备的输出端。
在上述系统中，供给工作光功率P并且连接在发射设备TX内的工作光源(由于属已知类型，已在图4中略去)事实上当光纤因破损或断开而截止光的传输时，会自动关闭。
要是发射设备TX没有工作光功率P发出时，则不能根据发射设备TX本身发生有故障而说是由于光缆破损造成的故障(这有可能造成发射设备TX的光源变坏)。
为了摆脱上述限制，此电光测量装置3″还包括有连接在分光器15与光输出端7两者间的光耦合器26。光耦合器26用来给工作光信号增加经光缆2输送来的功率P，给辅助光信号增加级别在此系统任何操作人员危险阈2下的功率PA。
光耦合器26连接到辅助光源27上，例如低功率的光发射机或LED，或低功率激光器，后者本身又通过平均功率探测器28与测量电路28的输出端21连接。
下面讨论本发明的电光测量装置3″的上述改型实施形式的作业。
只要没有工作光功率P时，平均功率探测器28便会接通辅助光源27，以远低于工作功率的水平，给光缆2形成的链路供给辅助功率PA。
这样就能在下述作业状态间作出区别：
正常作业-接收的光功率部分PRX所具有的值接近于依照分光器15引入的分割比RR所得到的工作功率P的部分FP。
光缆故障-接收不到光功率部分PRX。
发射机故障-接收到的光功率PRX减小，减小成的值由辅助光功率PA确定。
本发明的电光测量装置3″于是能够测定光缆的衰减，并能指出发射设备中因光纤断裂故障而引起的故障。
有利的是，本发明的电光测量装置3、3″能够以单一的小型化模件或单一的集成电路用高度紧凑的形式实现，这样就使其易于安装到电信网路中和减少成本和减小体积。
此电光测量器件3与3″能够用集成到氧化铅或硅衬底上的光学部件和半导体电路晶片，由混合工艺实现。
特别是分光器15与光耦合器26能够由“熔接光纤”的工艺实现，以提供近似理论设计值的极低插入损耗。
当采用硅衬底时，分光器15与光耦合器26可以用光的导向器件形成在同一衬底上的“光波导”技术实现。
总之，本发明提供的用于光功率测量的电光装置和用来监控光缆的系统，能够检查由光缆组成的链路在其正规运行时通过它所发生的衰减，由此能检查它可能有的变质恶化情况，而不中断或以任何方式干扰所传送的工作信号。
此外，本发明的用于光功率测量的，能用在设有自动光学保护的电信网路中的这一电光装置可以根据发射设备中的损坏造成的故障来说明由于光纤断裂造成的故障。
Claims (25)
1.用来监控连接在光信号发射设备(TX)与接收设备(RX)间的光缆(2)的系统，特征在于，此系统包括用来连续测量光功率的等同的第一电光装置(3)和第二电光装置(4)，它们经总线(13)与中央控制器(14)连接，并在上述发射设备(TX)与接收设备(RX)的邻近，分别与光缆(2)的始端与末端作永久性连接。
2.权利要求1所述的监控系统，特征在于，此系统具有：分别与上述发射设备(TX)的输出端(50)和光缆(2)连接的相应光输入端(5，6)；分别与光缆(2)和上述接收设备(RX)的输入端(80)连接的相应光输出端(7，8)；以及与所述总线(13)连接的各相应电输入端(9，10)与电输出端(11，12)。
3.权利要求2所述的监控系统，特征在于，有另外的测量装置连接到所述总线(13)上，并有耦合电阻器(R1，R2)将存在于总线(13)上的各有用信号与能给上述另外的测量装置远程供给功率的供给电流(IC)相分开。
4.一种监控建立在光信号发射设备(TX)与接收设备(RX)之间的光纤链路(2)的方法，该方法包括的步骤是测量通过光纤链路(2)的工作光功率(P)衰减，特征在于，所述测量步骤的完成是通过依据一预设的固定分割比(RR)，作为在发射端与接收端拾取的光功率部分(PTX，PRX)间的比来测量功率衰减，以便评价光缆(2)的性能。
5.权利要求4所述的并由监控系统(1)实施的监控方法，此监控系统(1)包括第一电光测量装置(3)和第二电光测量装置(4)，它们在光信号发射设备(TX)与接收设备(RX)处永久性地连接着光纤链路(2)的始端与末端，同时经总线(13)与中央控制器相连，特征在于，此方法包括下述步骤：
中央控制器(14)询问电光测量装置(3，4)而给电输入端(9，10)供给识别此测量装置的二进制码(COD3，COD4)；
电光测量装置(3，4)对连接中央控制器(14)的电输出端(11，12)供给分别对应于连接电光测量装置(3，4)处测量的第一与第二光功率部分(PTX，PRX)的第一与第二二进制码(DPTX，DPRX)，以及应答装置的识别码(COD3，COD4)；以及
由中央控制器(14)计算，作为由第一电光测量装置(3)测量的发射光功率部分(PTX)与由第二电光测量装置(4)测量的接收光功率部分(PRX)二者间比率的光纤链路(2)的衰减，所述第一和第二电光测量装置(3，4)是等同的。
6.权利要求5所述的监控方法，特征在于，与中央控制器(14)交换信息是通过发射协议处理器电路(23)和接收协议处理器(24)进行的，这两种处理器都应用了HDLC型的协议。
7.权利要求5所述的监控方法，特征在于，中央控制器(14)通过轮询或中断程序来询问电光测量装置(3，4)。
8.权利要求4所述的且可以用在即使是光纤链路网络中有光学安全自动防护装置在工作的监控方法，特征在于，当光纤链路(2)上不存在工作的光功率(P)时，给光纤链路(2)输入水平低于此工作光功率(P)的辅助功率(PA)，以在下述三种作业状态间作出区别：
正常作业-接收的光功率部分(PRX)所具有的值接近于依照分割比(RR)所得到的工作功率(P)的部分(FP)；
光纤链路(2)故障-接收不到光功率部分(PRX)；以及
发射设备(TX)故障-接收到的光功率(PRX)减小，减小成的值由辅助光功率(PA)确定。
9.权利要求8所述并由监控系统(1)实施的监控方法，此监控系统(1)包括第一电光测量装置(3)和第二电光测量装置(4)，它们在光信号发射设备(TX)与接收设备(RX)处永久性地连接着光纤链路(2)的始端与末端，同时经总线(13)与中央控制器相连，特征在于，此第一电光测量装置(3)包括有平均功率探测器(28)，后者连接到用来供给辅助光功率(PA)的辅助光源(27)。
10.权利要求9所述的监控方法，特征在于，所述平均功率探测器(28)当光缆(2)上不存在工作光功率(P)时即接通上述辅助光源(27)。
11.权利要求4所述的监控方法，特征在于，所述光纤链路(2)包括光缆。
12.权利要求4所述监控方法，特征在于，所述光纤链路(2)属于双向型，包括着一对连接在光信号发射设备(TX，TX′)与接收设备(RX，RX′)相应的对之间的一对光缆(2，2′)。
13.权利要求12所述的监控方法，特征在于，所述双向链路具有单向的点到点构型。
14.权利要求12所述的监控方法，特征在于，所述双向光纤连接具有单向的点到多点构型。
15.测量光缆(2)的工作光功率(P)的紧凑型电光装置(3)，它具有光输入端(5)与光输出端(7)以及电输入端(9)与电输出端(11)，并属于包括有光功率测量电路(20)的类型，电路(20)具有与上述光输入端(5)连接的输入端(19)和与上述电输出端(11)连接的输出端(21)，特征在于：此电光装置包括有连接在所述光输入端(5)和光输出端(7)之间的分光器(15)，同时具有经电光探测器(17)与前述光功率测量电路(20)连接的第二输出端(16)，而所述分光器(15)能有效地根据预定的分割比(RR)将工作光功率(P)的一部分(PTX)分流到上述第二输出端(16)上，且这部分工作光功率(PTX)由光功率测量电路(20)处理并提供给此电路的电输出端(21)。
16.权利要求15所述的装置，特征在于，前述光功率测量电路(20)的输出端(21)与模数转换器(22)相连，后者则将光功率部分(PTX)的值变换为二进制码(DPTX)，它与识别测量装置(3)的另一二进制码(COD3)一起传送给电输出端(11)。
17.权利要求16所述装置，特征在于，所述二进制码(DPTX)是通过与连接到上述电输入端(9)的接收协议处理器(24)相连的发射协议处理器电路(23)而传送给输入端(9)，该输入端(9)用于接收识别二进制码(COD3)。
18.权利要求15所述的装置，特征在于，所述分光器(15)是通过前置放大器(18)与该功率测量电路(20)相连。
19.权利要求15所述的装置，特征在于，此装置包括的远程供电电路(25)能产生适当的电压(Vs)给电光测量装置(3)提供功率，并能通过第一阻挡电阻器(R1)和第二阻挡电阻器(R2)与电输入端(9)和电输出端(11)分别连接。
20.权利要求15所述的装置，特征在于，前述分光器(15)对光输入端(5)上存在的光功率按分割比(RR)90∶10分给光输出端(7)与第二输出端(16)。
21.权利要求18所述的装置，特征在于，所述电光探测器(17)属高灵敏型而所述前置放大器(18)属高阻抗型。
22.权利要求15所述的装置，特征在于，所述分光器(15)具有的附加插入损耗小于0.25dB。
23.权利要求19所述的且能在光缆(2)的网络用的自动光学安全防护装置业已起动后仍可有效工作的装置，特征在于，此装置包括连接在分光器(15)与光输出端(7)之间且与前述功率测量电路(20)相连的光耦合器(26)，此光耦合器(26)将一功率低于危险阈的辅助光功率信号(PA)加到通过光缆(2)传播的工作功率信号(P)上。
24.权利要求23所述的装置，特征在于，所述光耦合器(26)连接到辅助光源(27)，而后者又通过平均功率探测器(28)与所述测量电路(20)的输出端(21)相连。
25.权利要求24所述的装置，特征在于，所述辅助光源(27)是低功率的光发射器LED或低功率的激光器。
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