CN109752684A - 一种光电模块反向测试方法及故障诊断判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电模块反向测试方法及故障诊断判别方法。该方法具体步骤包括：外观检查、基本光电检查、故障复现检查，对于故障复现模块则继续进行系统测试、损耗计算和故障定位分析；对于故障未复现模块采取温湿度环境模拟试验检测，如若故障复现则转到系统测试步骤，如若仍未能复现则继续进行Allan方差计算和探测器返回及相位调制信号检测，利用上述计算结果对比设定的阈值条件进行性能评估，性能较差的模块作为试验材料，性能较好的模块作为备品备件。本发明具有故障诊断和判别全面、准确、可靠的特点。

Description

一种光电模块反向测试方法及故障诊断判别方法

技术领域

本发明涉及一种光电模块反向测试方法及故障诊断判别方法，属于光纤电流互感器领域。

背景技术

随着数字化变电站智能电网的不断发展推进，全光纤电流互感器凭借其区别于传统电磁式互感器的独特优势，越来越受到智能化电网建设的青睐。但目前制约全光纤电流互感器进一步大规模应用的主要因素是其长期运行稳定性差、故障率高的问题。

全光纤电流互感器主要由一次敏感环、二次采集器和连接它们之间的保偏光缆组成。其中由光电子元器件组成的光电模块是二次采集器中的核心部件，主要负责光信号的收发、调制和解调。由于变电站现场高低温骤变、瞬时机械振动和强电磁干扰等复杂环境影响，光电模块中的光电子元器件性能会发生劣变，最终导致寿命衰减或失效。经过对现运行的全光纤电流互感器的故障情况统计，光电模块的故障率一直高居不下，直接影响到全光纤电流互感器整机的长期运行可靠性，所以对光电模块的故障诊断和识别显得尤为重要。

目前，国内大多是针对全光纤电流互感器整机的故障诊断方法进行研究，主要包括两个方面，即基于信号处理和基于硬件改进。基于信号处理包括使用Allan方差、波形反演和小波变换等算法对全光纤电流互感器的输出数据进行分析，以此甄别其故障情况；基于硬件改进包括在全光纤电流互感器原光路和电路增加探测器和AD(数模转换)采样等用来进行状态监测和故障识别。但是，以上方法都是针对全光纤电流互感器故障发生前或发生时进行状态监测和诊断，并且大都不能定位具体故障模式和故障器件。

针对故障情况事前预防固然重要，但事后的系统性分析和研究也必不可少。光电模块包含SLD光源、保偏耦合器、Y波导和探测器等多种光电子器件，每个器件的性能劣化和失效都会在一定程度上导致全光纤电流互感器故障。目前尚缺乏专门针对光电模块系统性的故障诊断和判别方法，无法建立更加准确的光电子器件失效模型，从而影响到全光纤电流互感器的性能改进和提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光电模块反向测试方法及故障诊断判别方法，该方法具体步骤包括：外观检查、基本光电检查、故障复现检查，对于故障复现模块则继续进行系统测试、损耗计算和故障定位分析；对于故障未复现模块采取温湿度环境模拟试验检测，如若故障复现则转到系统测试步骤，如若仍未能复现则继续进行Allan方差计算和探测器返回及相位调制信号检测，利用上述计算结果对比设定的阈值条件进行性能评估，性能较差的模块作为试验材料，性能较好的模块作为备品备件。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种光电模块反向测试方法，所述光电模块包括光源、耦合器A、Y波导、耦合器B、光纤延迟环、光电探测器；其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、测试耦合器A与光电探测器之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，转入步骤九；否则转入步骤二；

步骤二、测试光纤延迟环与外部光纤之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，转入步骤九；否则转入步骤三；

步骤三、测试耦合器B与光纤延迟环之间的光纤熔点的损耗，测试光纤延迟环的附加损耗；当耦合器B与光纤延迟环之间的光纤熔点的损耗值小于等于相应预设值，且，光纤延迟环的附加损耗小于等于相应预设值时，转入步骤四；否则当耦合器B与光纤延迟环之间的光纤熔点的损耗值大于相应预设值，对该熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九，当光纤延迟环的附加损耗大于相应预设值时，对光纤延迟环进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；

步骤四、测试耦合器B的两个输出端的输出光功率比，当该输出光功率比大于相应预设值时，对耦合器B进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则转入步骤五；

步骤五、测试耦合器B的两个输入端分别与Y波导之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值均分别小于等于相应预设值时，转入步骤六；否则对步骤五中任一损耗值大于相应预设值的光纤熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；

步骤六、测试Y波导的分光比，当该分光比大于相应预设值时，对Y波导进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则测试耦合器B的附加损耗，当该附加损耗大于相应预设值时，对耦合器B进行分离测试和故障排查，如果该附加损耗小于等于相应预设值，则测试Y波导的附加损耗，当该附加损耗大于相应预设值时，对Y波导进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九，如果该附加损耗小于等于相应预设值时，转入步骤七；

步骤七、测试耦合器A与Y波导之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则测试耦合器A的两个输出端的输出光功率比，当该输出光功率比大于相应预设值时，对耦合器A进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则转入步骤八；

步骤八、测试耦合器A与光源之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则测试光源输出的光功率值，当该光功率值小于相应预设值，对光源进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九，如果该光功率值大于等于相应预设值，转入步骤九；

步骤九、光电模块反向测试结束。

上述光电模块反向测试方法，所述步骤一中的耦合器A与光电探测器之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤二中光纤延迟环与外部光纤之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤三中耦合器B与光纤延迟环之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤三中光纤延迟环的附加损耗预设值最大为2dB；所述步骤四中耦合器B的两个输出端的输出光功率比预设值最大为1.5；所述步骤五中耦合器B的两个输入端分别与Y波导之间的光纤熔点的损耗预设值最大均为1dB；所述步骤六中Y波导的分光比预设值最大为1.2；所述步骤六中耦合器B的附加损耗预设值最大为2dB；所述步骤六中Y波导的附加损耗预设值最大为5dB；所述步骤七中耦合器A与Y波导之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤七中耦合器A的两个输出端的输出光功率比预设值最大为1.5；所述步骤八中耦合器A与光源之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤九中光源输出的光功率值预设值最小为800uW。

一种光电模块故障诊断判别方法，包括如下步骤：

步骤一、检查光电模块的光路是否折断或损伤，如果光电模块的光路存在折断或损伤，则对该电路进行光路分离试验；然后检查光电模块的器件是否有焊接缺陷，如果光电模块的器件存在焊接缺陷，则对该器件进行电路分离试验；

步骤二、测试光电模块的供电电路，如果供电电路异常，则对供电电路进行电路分离试验；测试光电模块的光纤延迟环输出的光功率，如果该光功率小于相应预设值，则对光电模块的光路进行光路分离试验；测试光电模块的光电探测器的零位电压，如果该零位电压异常，则对光电探测器进行分离试验；测试光电模块的光源的驱动电压，如果该驱动电压异常，则对光源进行光源分离试验；

步骤三、将光电模块的光纤延迟环与标准敏感环尾纤熔接，采集光电模块的输出数据，测试光电模块是否报警；如果光电模块报警，则采用上述光电模块反向测试方法确定故障点；如果光电模块未报警，采用Allan方差分析和高低温筛选试验确定光电模块的故障点。

上述光电模块故障诊断判别方法，所述高低温筛选试验的温度变化范围为-40℃～70℃，温度变化速率为1℃/min。

上述光电模块故障诊断判别方法，所述Allan方差分析包括如下步骤：

步骤(3a)、以固定的采样频率f对光纤电流互感器输出的保护通道1数据进行采集；

步骤(3b)、将步骤步骤(3a)中采集的电流数据分为J组；

步骤(3c)、对步骤(3b)中的每组电流数据计算群平均的随机变量集合；

步骤(3d)、根据步骤步骤(3c)中的群平均的随机变量集合计算Allan方差。

上述光电模块故障诊断判别方法，所述Allan方差为：

式中，σ为Allan方差，τ_m为每个电流数据组的持续时间，J为电流数据组数，k为序数，m为每个电流数据组的电流样本个数，为群平均的随机变量集合。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明提出了针对全光纤电流互感器所用光电模块的故障诊断和判别方法，规范了对疑似故障光电模块的审理流程和处理方法，能够快速判别光路故障和电路故障，提高了对光电模块的故障诊断效率；

(2)本发明提出的光电模块故障诊断和判别方法，采取反向光路测试和排查不仅能够准确定位故障点，更最大程度的保证了光路的完整性；通过排查的非故障元器件不影响其二次使用，避免了材料浪费；

(3)本发明不仅可以实现对故障光电模块的具体故障原因定位，也提出了对非故障复现光电模块的处理方法；通过Allan方差分析和高低温筛选对其进行品级分类，不仅可以实现对非故障复现模块的回收利用，更能够方便建立不合格产品数据库；通过分析故障数据、提取故障特征和总结故障模式，对今后全光纤电流互感器可靠性提高和技术水平改进有重要意义。

附图说明

图1为一种光电模块故障诊断判别方法的步骤流程图；

图2为光纤电流互感器所用光电模块结构组成示意图；

图3为光电模块光路连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

本发明一种光电模块故障诊断判别方法，如图1所示，详细说明如下：

在本实施例中，记录信息步骤主要是针对该疑似故障光电模块进行基本信息汇总和分析，便于后续故障诊断和判别。

将疑似故障光电模块外壳打开后，记录该模块的基本信息，包括模块生产编号、光路部分编号、电路板编号以及该模块所属全光纤电流互感器编号和所应用变电站情况等；记录该模块的故障告警信息，包括告警频次、告警时间以及现场测试数据和处理方法。

在本实施例中，外观检查步骤主要是针对该疑似故障光电模块整体以及光路部分和电路部分进行基本检查，从而快速识别光路和电路部分是否有明显故障点。

如图2所示，光电模块主要由光路部分、电路部分和电源和通讯接口三部分组成，其中光路部分主要包括光源(1)，耦合器A(2)，Y波导(3)，光纤延迟环(4)等器件；电路部分主要包括光电探测器(6)等电路元器件。

包括但不限于使用放大镜等对光路部分检查光纤连接是否有破损、断裂；检查各光学器件和熔点是否有缺陷和损伤，如有则直接进行光路分离试验检测；检查电路板上电子元件是否有错焊、漏焊和虚焊，以及是否有多余物，如有则直接进行电路分离试验检测。

进一步的，所述光路分离试验检测，指的是基于以上外观检查可推测光路故障是导致光电模块故障的主要原因，以下对光路部分进行故障诊断，以确定光路故障和定位具体故障点。

进一步的，所述电路板分离试验检测，指的是基于以上外观检查可推测电路故障是导致光电模块故障的主要原因，以下对电路板电子元件进行故障诊断，以确定电路故障和定位具体故障点。

在本实施例中，基本光电检查步骤主要是在通电的情况下，对该疑似故障光电模块进行电路板供电、光源供电和探测器供电检查，以及该光电模块输出光功率检查，从而快速定位关键光电子器件是否有明显故障。

进一步的，所述对于电路板供电检查，如图2所示，将该光电模块的电源和通讯接口与相应的外部电源接口相连，用万用表两个表笔置于电路板供电测试点(11)，测量该电路板供电电压。如果测试值满足±5V±0.5V则电路板供电正常，继续进行以下测试；如果测试值不满足条件，则基本推断电路板供电异常，单独对电路板供电进行分离试验检查和故障排查。

进一步的，所述对于光源供电检查，如图2所示，将万用表两个表笔置于光源驱动电压测试点(9)，测量该SLD光源的驱动电压大小。如果测试值满足±2V～±3V则光源供电正常，继续进行以下测试；如果测试值不满足条件，则基本推断光源驱动电压异常，单独对该光源进行分离试验检查和故障排查。

进一步的，所述对于探测器零位电压检查，如图2所示，将万用表两个表笔置于探测器返回电压测试点(8)，测量没有光输入时该探测器的返回电压，即零位电压值。如果测试值满足±1.7V±0.1V则探测器零位电压正常，继续进行以下测试；如果测试值不满足条件，则基本推断探测器零位电压异常，单独对该探测器进行分离试验检查和故障排查。

进一步的，所述对于光电模块输出光功率测试，如图2所示，测试光电模块延迟环输出尾纤(7)的输出光功率。如果测试值满足大于80μW则输出光功率正常，继续进行以下测试；如果测试值不满足条件，则基本推断光路异常，单独对光路部分进行分离试验和故障排查。

在本实施例中，故障复现检查步骤主要是对该疑似故障光电模块和标准敏感环连接，即延迟环尾纤(7)与光纤敏感环尾纤熔接，然后利用相关数据采集软件得到该光电模块的输出数据，与故障现场测试的数据进行比较。如果故障情况复现则继续进行以下测试；如果故障情况没能复现，则进行故障不复现光电模块处理流程，如图1虚线框中部分。

进一步的，所述光纤熔接需保证熔接工艺无误且合规范，避免由于熔纤错误带来二次故障干扰。

进一步的，所述故障状态复现检查，故障状态包括但不限于光电模块无输出数据、输出数据为固定值以及状态字置位等。其中光路故障出现频次最高，一般根据光电模块输出数据中状态字是否置为来判断。如果测试与故障现场测试光电模块都出现状态字置位，则判断故障状态复现；反之，则判断故障状态不复现。

进一步的，所述故障不复现光电模块处理流程，具体包括如下：

(1)温湿度环境模拟试验检测。根据对疑似故障光电模块故障情况的记录和分析，尤其针对故障告警频次较低，且容易在特定时间及特定温湿度环境中发生故障告警的光电模块进行环境模拟试验检测。单独将疑似故障光电模块放入高低温试验箱以及将光电模块，光纤敏感环与其它电源、数据采集设备放置于高低温试验箱外。设置温湿度变化曲线与故障发生地和发生时间温湿度相近，进行温度循环试验检测，同时对光电模块的故障状态进行监测。如果发生故障复现，则进行以下系统测试；反之则进行以下Allan方差计算、探测器返回与相位调制信号检测。

(2)Allan方差计算。将进行完环境模拟试验故障未复现的光电模块取出重新采集输出数据。对采集数据进行Allan方差分析，计算得到不同的噪声分布。

Allan方差法可以在时域上对光纤电流互感器数据频域稳定性进行计算，并在logτ-logσ_τ双对数坐标图上利用曲线斜率来辨识各项随机误差的模型即参数。Allan方差可以写为：

其中，Q为量化噪声系数；N为角度随机游走噪声系数；B为偏值不稳定性噪声系数；K为速率随机游走噪声系数；R为速率斜坡噪声系数。以上每种类型的噪声误差在Allan方差-相关时间双对数图上对应不同的斜率，分别为-1，-0.5，0，0.5，1。

具体步骤如下：

a获取电流数据。以固定的采样频率f对光纤电流互感器的输出数据量保护通道1数据进行采集，共采样L个点，得到长度为L的电流样本集合[ω₁，ω₂，...，ω_L]；

b.生成独立数组。将上述电流样本集合中每m(m＝1,2，...，M，M<L/2)个电流数据分成一组，得到J个独立数组，J＝[L/m]，[]表示向下取整；

c.平均电流数据。对每组原始数据取平均值，即求群平均aver(ω(m))，得到元素为群平均的随机变量集合：

式中，k＝1,2,…J

d.计算方差。定义每个数组的持续时间τ_m＝mTs为相关时间，Allan方差可按下式计算：

选取不同的τ_m，可以得到量化噪声方差σ_Q、角度随机游走方差σ_N、偏置不稳定噪声方差σ_B、速率随机游走噪声方差σ_K、速率斜坡噪声方差σ_R。

(3)探测器返回与相位调制信号检测。将数字示波器的两个通道的表笔分别与图2中的(8)和(10)相连进行信号检测。(8)为探测器返回电压测试点，(10)为Y波导相位调制信号测试点。通过示波器观察探测器返回信号和相位调制信号波形，计算得到探测器返回信号的有效值P_Pin和Y波导相位调制信号的调制周期T_Y。

(4)性能评估。

将上面步骤(2)中计算得到的量化噪声方差σ_Q、角度随机游走方差σ_N、偏置不稳定噪声方差σ_B、速率随机游走噪声方差σ_K、速率斜坡噪声方差σ_R分别与各自设定的对应阈值△Qm、△Nm、△Bm、△Km和△Rm进行比较，如果有其中任意两项或以上同时超出阈值，则判别光电模块性能为较差。反之，判别其性能为较好。

将上面步骤(3)中计算得到的探测器返回信号有效值P_Pin和Y波导相位调制信号周期T_Y分别与设定的对应阈值△P_Pin和△T_Y进行比较。如果P_Pin和T_Y有任意一个小于对应阈值，则判别光电模块性能为较差。反之，判别其性能为较好。

在本实施例中，系统测试步骤主要是对该疑似故障光电模块的光路部分依次进行测试和排查，用来定位疑似故障源。

如图3所示，光电模块的主要光路组成如下，光源(1)；耦合器A(2)；Y波导(3)；耦合器B(4)；光纤延迟环(5)；光电探测器(6)。

其中(21)为耦合器A(2)的A1端与光源(1)之间的光纤熔点；(22)为耦合器A(2)的A2端与探测器(6)之间的光纤熔点；(23)为Y波导(3)的Y单端与耦合器(2)的A3端之间的熔点；(42)为耦合器B(4)的B2端与Y波导(3)的Y1端之间的光纤熔点；(44)为耦合器的B4(4)端与Y波导(3)的Y2端之间的光纤熔点；(41)为耦合器B(4)的B1端与纤延迟环(5)光之间的光纤熔点；(51)为光纤延迟环(5)与光纤敏感环之间的光纤熔点。

其中耦合器A(2)的A4端为空头，耦合器B(4)的B3端为空头，不与其它器件相连。

对图3中的光电模块反向测试方法，具体步骤如下：

(1)、测量经过光纤熔点(22)进入到光电探测器(6)的光功率P₂₂，去掉该光纤熔点再次测试耦合器A(2)的A2端输出光功率P_A2，计算得到光纤熔点(22)的附加损耗L₂₂，

如果L₂₂大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

需要注意的是，包括这次以下在截取熔点的时候，为便于后续测试，熔点两端的光纤预留要尽量长一些，一般不短于5cm；

(2)、测量经过光纤熔点(51)的延迟环光纤输出光功率P₅₁，去掉该光纤熔点再次测试光纤延迟环出纤功率P’₅₁，计算得到光纤熔点(51)的附加损耗L₅₁，

如果L₅₁大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(3)、测量经过光纤熔点(41)的输出光功率P₄₁，去掉该光纤熔点测量耦合器B(4)的B1端输出光功率P’₄₁，计算得到光纤延迟环(5)的附加损耗L₅和光纤熔点(41)的附加损耗L₄₁，

如果L₅大于2dB，则推测光纤延迟环损耗过大，直接对该延迟环进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

如果L₄₁大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(4)、测量耦合器B(4)的B3空头光纤的输出光功率P_4空，与上述步骤测试得到的P’₄₁进行比较，

需要指出的是，一般耦合器B选用2×2型，即双入双出，且分光比接近1：1，最大不超过60％：40％；

如果P’₄₁/P_4空>1.5，则推测耦合器B分光比超差，直接对耦合器B进行分离试验和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(5)、测量耦合器B(4)的B2端输入光功率P_B2，去掉光纤熔点(42)，测量Y波导(3)的Y1端输出光功率P_Y1，计算光纤熔点(42)的附加损耗L₄₂，

如果L₄₂大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(6)、测量耦合器B(4)的B4端输入光功率P_B4，去掉光纤熔点(44)，测量Y波导(3)的Y2端输出光功率P_Y2，计算光纤熔点(44)的附加损耗L₄₄，

如果L₄₄大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(7)、根据以上测量得到的Y波导(3)Y1端和Y2端的输出光功率P_Y1和P_Y2，计算Y波导的分光比，

需要指出的是，Y波导的分光比指标对直接影响到后端光路的平衡性，从而对整个干涉光路系统造成较大影响。一般要求其分光比接近1：1，最大不超过55％：45％；

如果P_Y1/P_Y2>1.2(其中默认P_Y1>P_Y2)，则推测Y波导分光比超差，直接对Y波导进行分离试验和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(8)、根据以上测试结果得出的耦合器B(4)的输入输出光功率分别为P_B2、P_B4、P_4空和P’₄₁，计算耦合器B的附加损耗L₄，

如果L₄大于2dB，则推测耦合器B附加损耗过大，直接对耦合器B进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(9)、测量Y波导(3)的Y单端输入光功率P_Y单，根据以上测试结果得到Y波导Y1端和Y2端的输出光功率P_Y1和P_Y2，计算Y波导的附加损耗L₃，

需要指出的是，Y波导的功能为起偏和分光，所以对其附加损耗的要求应该包括3dB的偏振损耗。

如果L₃大于5dB，则推测Y波导附加损耗过大，直接对Y波导进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(10)、去掉光纤熔点(23)，测量耦合器A(2)的A3端输入光功率P_A3，计算光纤熔点(23)的附加损耗L₂₃，

如果L₂₃大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(11)、测量耦合器A(2)的A4空头光纤的输出光功率P_2空，与上述步骤测试得到的P_A3进行比较，

需要指出的是，一般耦合器A选用2×2型，即双入双出，且分光比接近1：1，最大不超过60％：40％；

如果P_A3/P_2空>1.5，则推测耦合器A分光比超差，直接对耦合器A进行分离试验和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

(12)、测量耦合器A(2)的A1端输入光功率P_A1，去掉光纤熔点(21)，测量光源(1)输出光功率P₁，计算光纤熔点(21)的附加损耗L₂₁，

如果L₂₁大于1dB，则推测该熔点损耗过大，直接对该熔点进行分离测试和故障排查；否则，继续进行以下其它测试。

同时，如果P₁小于800uW，则推测光源光功率衰减过大，直接对该光源进行分离测试和故障排查。

在本实施例中，损耗计算步骤主要是根据上述光路各器件和熔点损耗计算结果，得出正向光路总损耗和反向光路总损耗，分别与设定的阈值损耗对比，判断故障的严重程度。

根据图3光路图以及上述测量和计算结果，利用延迟环尾纤输出光功率P₅₁和光源输出功率P₁可得出光电模块正向光路损耗L_正，

同时，利用各器件和熔点损耗也可计算正向光路总损耗L’_正，

L'_正＝L₂₁+L₂₂+L₂+L₂₃+L₃+L₄₂+L₄₄+L₄+L₄₁+L₅+L₅₁

一般的，L_正≤10dB，L’_正≤10dB，为光路无故障结果，反之则判定光路损耗过大，光路故障；同时如果L_正≈L’_正，则验证了以上测试和计算的有效性。

利用探测器返回电压功率P₂₂和光源输出光功率P1，计算反向光路损耗L_反，

一般的，L_反一般在23dB～26dB之间，如果满足则光路正常，反之则判定光路损耗过大，光路故障。

在本实施例中，故障定位分析步骤主要是根据上述系统测试和损耗计算结果，与出厂测试记录进行对比，定位光路故障具体故障点，给出故障处理措施。

进一步的，根据系统测试结果，将故障筛查出的光学器件测试数据与该光电模块出厂测试数据记录进行对比。

一般的，故障器件的性能测试数据要明显劣于出厂测试结果，记录故障器件的基本信息，包括但不仅限于生产厂家，批次编号和具体型号等。建立光电模块故障器件库，便于后期查询和调用。

需要注意的是，以上光功率测试过程中已经裸纤适配器自身的插入损耗计算在内，在每个光功率测试点采用同一个裸纤适配器进行测试，避免外部测试工具对光路系统测试的影响；

本发明针对全光纤电流互感器所用光电模块提供了一种具体的故障诊断和判别方法。首先，对于突变性明显故障，首先进行关键元器件故障筛查，提供了包括外观检查和基本光电检查的快速诊断方法；对于光电模块具体器件和光纤熔点故障则进行了系统测试，反向故障筛查方法避免了传统测量引入的二次干扰，能够准确的测试和计算各器件和熔点的损耗。同时损耗计算可以得出正向光路和反向光路的总损耗，便于和设定阈值直接进行比较，具有故障诊断无遗漏、故障判别数据化的特点。在故障定位分析阶段，结合以上测试数据，与出厂数据进行对比判别故障器件劣化及故障程度，便于建立光电模块故障数据库，从而建立完整的、规范的光电模块故障审查体系。

然而，疑似故障光电模块具有故障特征多样化、故障表现特定化的特点。即对于光电模块渐变性非明显故障，在故障复现检查阶段利用光电模块输出数据状态字是否置位来判定是否故障复现。如果故障复现，则进行系统测试排查和定位具体故障点；如果故障无复现，则根据光电模块现场故障特征和故障表现，通过特定的环境模拟试验检验光电模块是否故障复现，这种方法可以加速暴露非明显故障光电模块的故障发生，从而进行具体故障原因定位。如果非复现故障光电模块在经过环境模拟试验后仍未能复现故障，则主要依据Allan方差计算和探测器返回及相位调制信号检测对其进行性能评估。通过以上两种方法的结合使用，可更准确的判别性能较差和性能较好，从而给出具体处理措施。这种对于非故障复现光电模块的处理流程具有准确、可靠的特点，即解决了非明显故障光电模块的难以处理的问题，又通过综合性能评估避免了材料的浪费。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种光电模块反向测试方法，所述光电模块包括光源(1)、耦合器A(2)、Y波导(3)、耦合器B(4)、光纤延迟环(5)、光电探测器(6)；其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、测试耦合器A(2)与光电探测器(6)之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，转入步骤九；否则转入步骤二；

步骤二、测试光纤延迟环(5)与外部光纤之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，转入步骤九；否则转入步骤三；

步骤三、测试耦合器B(4)与光纤延迟环(5)之间的光纤熔点的损耗，测试光纤延迟环(5)的附加损耗；当耦合器B(4)与光纤延迟环(5)之间的光纤熔点的损耗值小于等于相应预设值，且，光纤延迟环(5)的附加损耗小于等于相应预设值时，转入步骤四；否则当耦合器B(4)与光纤延迟环(5)之间的光纤熔点的损耗值大于相应预设值，对该熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九，当光纤延迟环(5)的附加损耗大于相应预设值时，对光纤延迟环(5)进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；

步骤四、测试耦合器B(4)的两个输出端的输出光功率比，当该输出光功率比大于相应预设值时，对耦合器B(4)进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则转入步骤五；

步骤五、测试耦合器B(4)的两个输入端分别与Y波导(3)之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值均分别小于等于相应预设值时，转入步骤六；否则对步骤五中任一损耗值大于相应预设值的光纤熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；

步骤六、测试Y波导(3)的分光比，当该分光比大于相应预设值时，对Y波导(3)进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则测试耦合器B(4)的附加损耗，当该附加损耗大于相应预设值时，对耦合器B(4)进行分离测试和故障排查，如果该附加损耗小于等于相应预设值，则测试Y波导(3)的附加损耗，当该附加损耗大于相应预设值时，对Y波导(3)进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九，如果该附加损耗小于等于相应预设值时，转入步骤七；

步骤七、测试耦合器A(2)与Y波导(3)之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则测试耦合器A(2)的两个输出端的输出光功率比，当该输出光功率比大于相应预设值时，对耦合器A(2)进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则转入步骤八；

步骤八、测试耦合器A(2)与光源(1)之间的光纤熔点的损耗，当该损耗值大于相应预设值时，对该熔点进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九；否则测试光源(1)输出的光功率值，当该光功率值小于相应预设值，对光源(1)进行分离测试和故障排查，然后转入步骤九，如果该光功率值大于等于相应预设值，转入步骤九；

步骤九、光电模块反向测试结束。

2.根据权利要求1所述的一种光电模块反向测试方法，其特征在于：所述步骤一中的耦合器A(2)与光电探测器(6)之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤二中光纤延迟环(5)与外部光纤之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤三中耦合器B(4)与光纤延迟环(5)之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤三中光纤延迟环(5)的附加损耗预设值最大为2dB；所述步骤四中耦合器B(4)的两个输出端的输出光功率比预设值最大为1.5；所述步骤五中耦合器B(4)的两个输入端分别与Y波导(3)之间的光纤熔点的损耗预设值最大均为1dB；所述步骤六中Y波导(3)的分光比预设值最大为1.2；所述步骤六中耦合器B(4)的附加损耗预设值最大为2dB；所述步骤六中Y波导(3)的附加损耗预设值最大为5dB；所述步骤七中耦合器A(2)与Y波导(3)之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤七中耦合器A(2)的两个输出端的输出光功率比预设值最大为1.5；所述步骤八中耦合器A(2)与光源(1)之间的光纤熔点的损耗预设值最大为1dB；所述步骤九中光源(1)输出的光功率值预设值最小为800uW。

3.一种光电模块故障诊断判别方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、检查光电模块的光路是否折断或损伤，如果光电模块的光路存在折断或损伤，则对该电路进行光路分离试验；然后检查光电模块的器件是否有焊接缺陷，如果光电模块的器件存在焊接缺陷，则对该器件进行电路分离试验；

步骤二、测试光电模块的供电电路，如果供电电路异常，则对供电电路进行电路分离试验；测试光电模块的光纤延迟环(5)输出的光功率，如果该光功率小于相应预设值，则对光电模块的光路进行光路分离试验；测试光电模块的光电探测器(6)的零位电压，如果该零位电压异常，则对光电探测器(6)进行分离试验；测试光电模块的光源(1)的驱动电压，如果该驱动电压异常，则对光源(1)进行光源分离试验；

步骤三、将光电模块的光纤延迟环(5)与标准敏感环尾纤熔接，采集光电模块的输出数据，测试光电模块是否报警；如果光电模块报警，则采用权利要求1所述的光电模块反向测试方法确定故障点；如果光电模块未报警，采用Allan方差分析和高低温筛选试验确定光电模块的故障点。

4.根据权利要求3所述的一种光电模块故障诊断判别方法，其特征在于：所述高低温筛选试验的温度变化范围为-40℃～70℃，温度变化速率为1℃/min。

5.根据权利要求3所述的一种光电模块故障诊断判别方法，其特征在于：所述Allan方差分析包括如下步骤：

步骤(3a)、以固定的采样频率f对光纤电流互感器的输出的保护通道1数据进行采集；

步骤(3b)、将步骤步骤(3a)中采集的电流数据分为J组；

步骤(3c)、对步骤(3b)中的每组电流数据计算群平均的随机变量集合；

步骤(3d)、根据步骤步骤(3c)中的群平均的随机变量集合计算Allan方差。

6.根据权利要求5所述的一种光电模块故障诊断判别方法，其特征在于：所述Allan方差为：

式中，σ为Allan方差，τ_m为每个电流数据组的持续时间，J为电流数据组数，k为序数，m为每个电流数据组的电流样本个数，为群平均的随机变量集合。