CN109916600B - 一种opgw光缆双因子加速偏振模色散测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，包括以下步骤：确定温度加速试验的加速因子；确定应力加速试验的加速因子；确定基于温度因子加速试验效果的温度水平，分配不同温度水平下的试验时间；确定基于应力因子加速试验效果的应力水平，分配不同应力水平下的试验时间；获取温度水平下的实际PMD值；获取应力水平下的实际PMD值；构建PMD与温度水平仿真模块；构建PMD与应力水平仿真模块；计算温度水平下的理论PMD值；计算应力水平下的理论PMD值；判定光缆光纤有效的PMD值。本发明能够得出OPGW光缆在高原高寒恶劣环境下架空安装后，在大风吹和极端温度的作用下偏振模色散的变化及其对光纤衰减变化的影响。
Description
技术领域
本发明涉及光缆光纤技术领域，更具体的说是涉及一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法。
背景技术
随着光通信技术的高速发展，光通信链路信号的传输格式将采用高阶传输格式，且未来建设的光通信系统传输速率将达到100Gbit/s，甚至超过200Gbit/s或400Gbit/s等，这个时候PMD会损害系统的传输性能，使脉冲展宽很大，从而大幅提高数字通信系统的误码率，严重限制系统的传输带宽，甚至时常中断信号网络，为此需缩短中继距离，大量建造基站，从而浪费大量的制造成本、建设成本和维护成本，给社会经济与生活造成难以估量的损失。
引起PMD的因素可以是内在的，如光纤制造过程中所产生的纤芯或包层的不对称性等，也可以是外在的，如外部应力、弯曲和扭曲等。这些因素在极端温度、大风吹、雨雪气候以及长距离条件下会引起显著的双折射和模耦合，从而产生较大的PMD。而藏中地区地处险峻地形复杂多变地势参差严重，而且气候复杂多变，如夏冬温差可能高达30～80℃，昼夜温差也可能高达10～30℃，此外，藏中地区大风风速和风力都是复杂多变的，从而导致较大的PMD。
迄今为止，国内外对光缆光纤偏振模色散已做过大量的分析，比较著名的有C.D.Poole建立的偏振模色散的主态理论等，但是由于偏振模色散具有很大的不确定性，且形成机理非常复杂，至今国内外还没有有效的方法可以完全补偿它。
因此，如何提供一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，采用温度和应力双重因子对偏振模色散的影响进行测试，能够得出OPGW光缆在高原高寒恶劣环境下架空安装后，在大风吹和极端温度的作用下偏振模色散的变化及其对光纤衰减变化的影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，包括如下步骤：
(1)基于温度因子加速试验，测试光缆光纤偏振膜色散的变化，从而确定加速因子；
(2)基于应力因子加速试验，测试光缆光纤偏振膜色散的变化，从而确定加速因子；
(3)确定基于温度因子加速试验效果的温度水平，分配不同温度水平下的试验时间；
(4)确定基于应力因子加速试验效果的应力水平，分配不同应力水平下的试验时间；
(5)获取温度水平下的实际PMD值和信号衰减值；
(6)获取应力水平下的实际PMD值和信号衰减值；
(7)结合步骤(3)和步骤(5)，得出PMD与温度的关系曲线图以及PMD与信号衰减的关系曲线图；
(8)结合步骤(4)和步骤(6)，得出PMD与应力的关系曲线图以及PMD与信号衰减的关系曲线图；
(9)计算温度水平下的理论PMD值，并对照PMD与温度的关系曲线图和PMD与信号衰减的关系曲线图，得出最佳PMD值PMDTmin；
(10)计算应力水平下的理论PMD值，并对照PMD与应力的关系曲线图和PMD与信号衰减的关系曲线图，得出最佳PMD值PMDFmin；
(11)结合PMDTmin和PMDFmin，取两者间的最佳值PMD＝min{PMDTmin，PMDFmin}，判定光缆光纤有效PMD值。
优选的，步骤(3)中，可根据OPGW光缆全年的实际使用情况，固定被测光缆光纤长度不变，分配温度水平下的试验时间，按预设时间进行一次，测量OPGW光缆线路偏振模色散的变化以及线路信号衰减的变化。
优选的，步骤(4)中，根据OPGW光缆全年的实际使用情况，固定被测光缆光纤长度不变，分配应力水平下的试验时间，按预设时间进行一次，测量OPGW光缆线路偏振模色散的变化以及线路信号衰减的变化。
优选的，步骤(5)中，所述的获取温度水平下的实际PMD值的方法为：在每次温度循环中得到的PMD完全稳定后，取每一个不同温度下的稳定周期内的平均值，从而得到PMD值。
优选的，步骤(6)中，所述的获取应力水平下的实际PMD值的方法为：在对光缆进行试验的过程中连续测试光纤的PMD值，并取应力水平周期下所得的多个值，再取平均值，即可获取应力水平下的PMD值。
优选的，步骤(9)中，温度水平下的理论PMD值，可表示为：
式中，Δτ1为差分群时延，用来衡量PMD的大小，τx1为慢轴时延，τy1为快轴时延，Δβ1为光纤在两个正交模式下的传输常数之差，B1为归一化双折射，为光纤在两个正交模式下的归一化传输常数之差，ω1为光的角频率。
优选的，在每一次温度循环试验过程中均选择一个波长且保持不变，此外，需固定被测光缆光纤以保持被测光缆光纤在试验过程中没有位移发生，从而得出最佳PMD值PMDTmin。
优选的，步骤(10)中，应力水平下的理论PMD值，可表示为：
式中，Δτ2为差分群时延，用来衡量PMD的大小，τx2为慢轴时延，τy2为快轴时延，Δβ2为光纤在两个正交模式下的传输常数之差，B2为归一化双折射，为光纤在两个正交模式下的归一化传输常数之差，ω2为光的角频率。
优选的，每一次应力循环试验过程中均选择一个波长且保持不变，此外，需保持被测光缆光纤在试验过程中没有温度变化，此处均为常温，从而得出最佳PMD值PMDFmin。
优选的，整个温度循环试验过程中，需保持被测光缆光纤固定不动；整个应力性能试验中，摆动的次数为10万次，测试频率为1次每秒到4次每秒之间，拉力负荷为2％RTS，光缆链路被测光纤为100m，终端间跨距不少于40m。
本发明的有益效果在于：
本发明采用温度和应力双重因子对偏振模色散的影响进行测试，能够得出OPGW光缆在高原高寒恶劣环境下架空安装后在大风吹和极端温度的作用下偏振模色散的变化及其对光纤衰减变化的影响，测试方法简单，准确度高；避免了数字通信系统的误码率高，光缆传输带宽限制严重，甚至信号网络时常中断的问题发生，有利于解决大量建造基站，浪费大量的制造成本、建设成本和维护成本的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的流程框图。
图2附图为本发明温度因子测试机构的结构示意图。
图3附图为本发明应力因子测试机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅附图2-3，本发明实施例公开了一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试系统，包括温度因子测试机构和应力因子测试机构，温度因子测试机构包括可调谐激光源、偏振调节器、偏振器和光功率计；其中，偏振调节器与可调谐激光器电性相连，偏振调节器与第一光缆光纤的一端连接，第一光缆光纤的另一端与偏振器相连，偏振器电性连接有光功率计，偏振调节器还通过单模光纤连接有OTDR；应力因子测试机构包括摆动设备、光放大器、PMD测试仪和OTDR，其中，摆动设备上安装有第二光缆光纤，第二光缆光纤的两端与PMD测试仪相连接，第二光缆光纤还与光放大器和OTDR相连接。
在另一种实施例中，温度因子测试机构还包括温度环境舱，第一光缆光纤位于所述温度环境舱内，将置于温度环境舱的第一光缆光纤经受温度循环，并分许多步进行，每一步按10℃增加，温度范围为-65℃至+75℃。
在另一种实施例中，第一光缆光纤通过连接器与偏振器相连，通过连接器实现了第一光缆光纤与偏振器的光电信号的连接，从而利用偏振器使输入光变为偏振光。
在另一种实施例中，第一光缆光纤与连接器的熔接处以及第一光缆光纤与偏振调节器的熔接处均安装有保护盒，熔接好的接头设置于保护盒里面，对熔接头起到一定的保护作用。
在另一种实施例中，光功率计、可调谐激光源和PMD测试仪通过通用接口总线连接有PC，PMD随温度变化以及PMD随应力变化的整个的实验数据信息均在PC端得到清晰的展示。
在另一种实施例中，应力因子测试机构还包括夹持设备，夹持设备设置有两个，分别位于摆动设备的两侧。采用两个夹持设备对之间部分的第二光缆光纤起到固定作用。
在另一种实施例中，应力因子测试机构还包括光缆卷轴，摆动设备距离光缆卷轴500m。
参阅附图1-3，本发明实施例还公开了一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，包括如下步骤：
S1：首先分析引起OPGW光缆光纤产生PMD的起因，极端低温、极端高温以及大温差都会引起OPGW光缆光纤的圆不对称特性，从而对光缆光纤偏振模色散造成很大的影响，得出重要结论即光缆光纤的PMD对温度的变化极为敏感，然后分析PMD受温度影响的机理，以此确定表征PMD的常用物理量，从而建立PMD对温度的依赖关系模型，并基于温度因子加速试验，测试光缆光纤偏振膜色散的变化，其中，需结合工程经验，确定一个极端低温为-65℃，确定一个极端高温为75℃，并按10℃的固定温度间隔进行调整作为温度水平，测试光缆光纤偏振模色散的变化，以及测试线路传输信号的衰减变化。
S2：首先分析引起OPGW光缆光纤产生PMD的起因，架空后的光缆会受到大风吹的作用，从而产生舞动、蠕变等现象，使得OPGW光缆光纤因受到附加应力而变形，而使OPGW光缆线路偏振模色散受到很大的影响，得出重要结论即光缆光纤的PMD对应力的变化极为敏感，然后分析PMD受应力影响的机理，以此确定表征PMD的常用物理量，从而建立PMD对应力的依赖关系模型，并基于应力因子加速试验，测试光缆光纤偏振膜色散的变化，其中，结合工程经验，架空后的光缆会受到大风吹的作用，在试验过程中，设定附加应力的频率大小和工作时长，从而测试光缆线路偏振模色散的变化，以及测试光缆链路传输信号的衰减变化。
S3：参阅附图2，待温度因子测试机构组装完备后，在测试过程中，保持很低的湿度(50％RH)且不变；不断调节可调谐激光源使其在整个测试期间内连续改变激光的输出波长；然后在可调谐激光源输出某一波长后，利用偏振调节器匹配光信号在传输过程中的每个往返的传输光的偏振态，以便实现对波长振荡个数和波长间隔的控制等；然后将置于温度环境舱的第一光缆光纤经受温度循环，并分许多步进行，每一步按10℃增加，温度范围为-65℃至+75℃，OPGW光缆的温度范围根据我国实际标准设置，且光谱扫描按1nm增加，单次测量需要5分钟；此外，保护盒里面是熔接好的接头，可以只有一个，也可以有许多个，以便测量PMD对熔接损耗的影响；在回路中，利用偏振器使输入光变为偏振光，并同时用光功率计测量原始光信号经过光偏振处理后的功率大小；PMD随温度变化的整个的实验数据信息均在PC端得到清晰的展示；与此同时，在试验的过程中，还利用OTDR测量光缆光纤链路信号衰减变化；需注意，大部分样品被缠绕在线轴上，此外，还需要考虑热惯性，并注意光缆与周围环境间的热传递，而且还需要考虑每一个不同温度下得到的PMD在被测试之前必须稳定下来；在温度循环过程中，PMD测量按固定的时间间隔即每隔20分钟进行一次；此外，光缆光纤在测试时是被固定的，以减少不可控的偏振变化。
S4：确定基于应力因子加速试验效果的应力水平，根据OPGW光缆全年的实际使用情况，固定被测光缆光纤长度不变，分配应力水平下的试验时间，按预设时间进行一次，测量OPGW光缆线路偏振模色散的变化以及线路信号衰减的变化。
参阅附图3，在PMD-应力测试过程中，需保持常温不变，首先将第二光缆光纤绕至距离光缆卷轴500m处的摆动设备上，以实现第二光缆光纤的曲挠、扭转、反复弯曲和振动，第二光缆光纤的两端采用夹持设备固定，然后，将光放大器与第二光缆光纤相连，通过光放大器向第二光缆光纤输入放大光信号，再将第二光缆光纤中任意一根光纤的两头与PMD测试仪表的两段熔接起来以保证耦合状态不变，连续测试20次，作为一个应力循环。在设备对第二光缆光纤进行试验的过程中连续测试光纤的PMD值，观察其变化，PMD变化的整个的实验数据信息均在PC端得到清晰的展示；此外，在试验的过程中设置扰动频率为30次/分、40次/分、50次/分，每种扰动频率扰动周期为8小时，作为应力水平。与此同时，在试验的过程中，还利用OTDR测量光缆光纤链路信号衰减变化。
S5：结合步骤S3，获取温度水平下的实际PMD值和信号衰减值；其中，获取温度水平下的实际PMD值的方法为：温度范围由-65℃至+75℃作为一个温度循环，在每次的温度循环中得到的PMD完全稳定下来之前等待2小时，再取每一个温度水平下的稳定周期内的10个值，再取平均值，即可获取温度水平下的PMD值。
S6：结合步骤S4，获取应力水平下的实际PMD值和信号衰减值；其中，获取应力水平下的实际PMD值的方法为：在对光缆进行试验的过程中连续测试光纤的PMD值，并取应力水平周期下所得的10个值，再取平均值，即可获取应力水平下的PMD值。
S7：结合步骤S3和步骤S5，分析已经取得的实验数据集，构建PMD与温度水平模块，利用MATLAB仿真软件编写仿真程序，并不断调整核心系数和关键参数，进行多次迭代程序的修改与计算，得出PMD与温度的关系曲线图以及PMD与信号衰减的关系曲线图。
S8：结合步骤S4和步骤S6，分析已经取得的实验数据集，构建PMD与应力水平模块，利用MATLAB仿真软件编写仿真程序，并不断调整核心系数和关键参数，进行多次迭代程序的修改与计算，得出PMD与应力的关系曲线图以及PMD与信号衰减的关系曲线图。
S9：偏振模色散具有不确定性但可以通过统计手段进行分析，即有任意一段光纤的PMD是一个服从麦克斯韦分布的随机变量，且其瞬时PMD值随波长、时间、温度和位移等因素的变化而变化，取其平均值即为本发明所提的偏振模色散值PMD，可表示为：
式中，Δτ1为差分群时延，用来衡量PMD的大小，τx1为慢轴时延，τy1为快轴时延，Δβ1为光纤在两个正交模式下的传输常数之差，B1为归一化双折射，为光纤在两个正交模式下的归一化传输常数之差，ω1为光的角频率。本发明在每一次温度循环试验过程中均选择一个波长且保持不变，此外，需固定被测光缆光纤以保持被测光缆光纤在试验过程中没有位移发生，同时从不同的角度分析计算PMD对链路传输信号性能的影响，在时域上，将PMD表现为脉冲的展宽，从而将方向x1和方向y1模式叠加成光信号计算信号链路传输性能；在频域上，将PMD与光频率关联起来，并展现出PMD的频域特征，从而更为方便的计算信号链路传输特性，从而得出最佳PMD值PMDTmin。
S10：偏振模色散具有不确定性但可以通过统计手段进行分析，即有任意一段光纤的PMD是一个服从麦克斯韦分布的随机变量，且其瞬时PMD值随波长、时间、温度和位移等因素的变化而变化，取其平均值即为本发明所提的偏振模色散值PMD，可表示为：
式中，Δτ2为差分群时延，用来衡量PMD的大小，τx2为慢轴时延，τy2为快轴时延，Δβ2为光纤在两个正交模式下的传输常数之差，B2为归一化双折射，为光纤在两个正交模式下的归一化传输常数之差，ω2为光的角频率。本发明在每一次应力循环试验过程中均选择一个波长且保持不变，此外，需保持被测光缆光纤在试验过程中没有温度变化，此处均为常温，同时从不同的角度分析计算PMD对链路传输信号性能的影响，在时域上，将PMD表现为脉冲的展宽，从而将方向和方向模式叠加成光信号计算信号链路传输性能；在频域上，将PMD与光频率关联起来，并展现出PMD的频域特征，从而更为方便的计算信号链路传输特性，从而得出最佳PMD值PMDFmin；
S11：判定光缆光纤有效的PMD值，在温度和应力双重因子对PMD的影响下，结合PMDTmin和PMDFmin，取两者间的最佳值PMD＝min{PMDTmin，PMDFmin}，即可判定为OPGW光缆线路的最佳偏振模色散值。
整个温度循环试验过程中，需保持被测光缆光纤固定不动；整个应力性能试验中，摆动的次数为10万次，测试频率为1次每秒到4次每秒之间，拉力负荷为2％RTS，光缆链路被测光纤为100m，终端间跨距不少于40m。
本发明采用温度和应力双重因子对偏振模色散的影响进行测试，能够得出OPGW光缆在高原高寒恶劣环境下架空安装后在大风吹和极端温度的作用下偏振模色散的变化及其对光纤衰减变化的影响，测试方法简单，准确度高；避免了数字通信系统的误码率高，光缆传输带宽限制严重，甚至信号网络时常中断的问题发生，有利于解决大量建造基站，浪费大量的制造成本、建设成本和维护成本的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)基于温度因子加速试验，测试光缆光纤偏振膜色散的变化，从而确定加速因子；
(2)基于应力因子加速试验，测试光缆光纤偏振膜色散的变化，从而确定加速因子；
(3)确定基于温度因子加速试验效果的温度水平，分配不同温度水平下的试验时间；
(4)确定基于应力因子加速试验效果的应力水平，分配不同应力水平下的试验时间；
(5)获取温度水平下的实际PMD值和信号衰减值；
(6)获取应力水平下的实际PMD值和信号衰减值；
(7)结合步骤(3)和步骤(5)，得出PMD与温度的关系曲线图以及PMD与信号衰减的关系曲线图；
(8)结合步骤(4)和步骤(6)，得出PMD与应力的关系曲线图以及PMD与信号衰减的关系曲线图；
(9)计算温度水平下的理论PMD值，并对照PMD与温度的关系曲线图和PMD与信号衰减的关系曲线图，得出最佳PMD值PMDTmin；
(10)计算应力水平下的理论PMD值，并对照PMD与应力的关系曲线图和PMD与信号衰减的关系曲线图，得出最佳PMD值PMDFmin；
(11)结合PMDTmin和PMDFmin，取两者间的最佳值PMD＝min{PMDTmin，PMDFmin}，判定光缆光纤有效PMD值。
2.根据权利要求1所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，步骤(3)中，根据OPGW光缆全年的实际使用情况，固定被测光缆光纤长度不变，分配温度水平下的试验时间，按预设时间进行一次，测量OPGW光缆线路偏振模色散的变化以及线路信号衰减的变化。
3.根据权利要求1所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，步骤(4)中，根据OPGW光缆全年的实际使用情况，固定被测光缆光纤长度不变，分配应力水平下的试验时间，按预设时间进行一次，测量OPGW光缆线路偏振模色散的变化以及线路信号衰减的变化。
4.根据权利要求1所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的获取温度水平下的实际PMD值的方法为：在每次温度循环中得到的PMD完全稳定后，取每一个不同温度下的稳定周期内的平均值，从而得到实际PMD值。
5.根据权利要求1所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的获取应力水平下的实际PMD值的方法为：在对光缆进行试验的过程中连续测试光纤的PMD值，并取应力水平周期下所得的多个值，再取平均值，即获取应力水平下的实际PMD值。
6.根据权利要求1所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，步骤(9)中，温度水平下的理论PMD值，表示为：
式中，Δτ1为差分群时延，用来衡量PMD的大小，τx1为慢轴时延，τy1为快轴时延，Δβ1为光纤在两个正交模式下的传输常数之差，B1为归一化双折射，为光纤在两个正交模式下的归一化传输常数之差，ω1为光的角频率。
7.根据权利要求6所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，在每一次温度循环试验过程中均选择一个波长且保持不变，固定被测光缆光纤以保持被测光缆光纤在试验过程中没有位移发生，从而得出最佳PMD值PMDTmin。
8.根据权利要求7所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，步骤(10)中，应力水平下的理论PMD值，表示为：
式中，Δτ2为差分群时延，用来衡量PMD的大小，τx2为慢轴时延，τy2为快轴时延，Δβ2为光纤在两个正交模式下的传输常数之差，B2为归一化双折射，为光纤在两个正交模式下的归一化传输常数之差，ω2为光的角频率。
9.根据权利要求8所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，每一次应力循环试验过程中均选择一个波长且保持不变，保持被测光缆光纤在试验过程中没有温度变化，此处均为常温，从而得出最佳PMD值PMDFmin。
10.根据权利要求1所述的一种OPGW光缆双因子加速偏振模色散测试方法，其特征在于，整个温度循环试验过程中，保持被测光缆光纤固定不动；整个应力性能试验中，摆动的次数为10万次，测试频率为1次每秒到4次每秒之间，拉力负荷为2％RTS，光缆链路被测光纤为100m，终端间跨距不少于40m。
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