CN110071759A - 一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，包括：光源模块，发射激光信号；扰偏模块，将激光信号转换为自然偏振态激光；起偏器模块，配置为将通过扰偏模块后的自然偏振态激光转换为线偏振激光，将线偏振激光作为激励信号；白光干涉模块，配置为对激励信号在被测光缆中产生的瑞利散射信号进行等光程干涉，获得光缆各个位置的瑞利散射干涉信号；光电转换模块，配置为将白光干涉模块输出的瑞利散射干涉信号转换为电信号；和数字信号处理模块FPGA，配置为根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置。本发明实现对光缆故障位置的高灵敏度快速精确测量。本发明还涉及一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法。

Description

一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别涉及一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置及方法。

背景技术

随着通信需求和容量的不断扩大，以及通信技术的不断发展，光纤通信网络已成为通信的主要载体。

在光纤通信网络的光缆维护、后勤保障及故障抢险中，随着光纤通信网络线路的日益复杂，加重了光缆维护和保障的工作量，因此维护诊断时间成为衡量光缆故障测试的重要指标。

现有光缆故障测试技术主要包括：(1)光时域反射计测试，光时域反射计只能实现光纤故障点的定位，但无法从众多光纤线路中准确找出故障光纤，无法确定故障点的实际物理位置，必须辅以光缆识别仪进行光缆维护。(2)红光源可视故障定位仪测试，可视红光故障定位在光纤中传输损耗较大，只能对短距离光纤线路进行诊断。(3)光功率计检测，光通道功率测量可以对故障光纤进行测量，但需要逐一测量，诊断量繁重。(4)光缆识别仪检测，基于光纤干涉的光缆识别只能在光纤末端存在强菲尼尔反射的情况下使用，当故障点断裂，无强反射的情况下无法使用此方法进行故障点的物理定位。

因此，现有光缆故障测试技术存在设备携带不方便、操作复杂、光缆故障诊断效率低的问题。如何提供一种对光缆断裂故障点物理位置精确快速定位的方法，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置及方法，解决了现有技术中光缆故障诊断效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，包括：

光源模块，配置为发射激光信号；

扰偏模块，配置为将激光信号转换为自然偏振态激光；

起偏器模块，配置为将通过扰偏模块后的自然偏振态激光转换为线偏振激光，将线偏振激光作为激励信号；

白光干涉模块，配置为对激励信号在被测光缆中产生的瑞利散射信号进行等光程干涉，获得光缆各个位置的瑞利散射干涉信号；

光电转换模块，配置为将白光干涉模块输出的瑞利散射干涉信号转换为电信号；和

数字信号处理模块FPGA，配置为根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置。

可选地，所述数字信号处理模块配置为根据瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量获得扰动点位置。

可选地，所述光源模块为激光器发生模块，发射脉冲激光。

可选地，所述白光干涉模块包括：第一分光棱镜、第二分光棱镜、第一电控可变延迟线、第二电控可变延迟线、光开关、电控可调光衰减器；其中，

第一分光棱镜和第二分光棱镜为特定分光比的分光棱镜；光输入信号经过第一分光棱镜后，其中一路分光信号通过第一路径，即经过电控可调光衰减器和第一电控可变延迟线到达第二分光棱镜的第一输入端；另外一路分光信号通过第二路径，即经过光开关和第二电控可变延迟线到达第二分光棱镜的第二输入端；两路分光信号经过第二分光棱镜D2发生干涉。

可选地，所述白光干涉模块通过调整第一电控可变延迟线和第二电控可变延迟线，使得第一路径和第二路径两个干涉光信号达到零光程差。

可选地，基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置还包括检偏器模块，检偏器模块设置在白光干涉模块和光电装换模块之间。

可选地，基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置还包括中央处理控制单元，中央处理控制单元配置为对整个装置进行控制。

一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法，将上述装置连接在机房处的光缆端头上，包括：

选取光缆上任意一点进行扰动；

根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置；

根据扰动点位置与故障点位置之间的距离，选取下一个扰动点；和

重复上述过程，直至扰动点位置与故障点位置之间的距离达到预设范围。

可选地，所述根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置，包括：

根据瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量获得扰动点位置。

可选地，所述根据扰动点位置与故障点位置之间的距离，选取下一个扰动点，包括：

如果扰动点位置与故障点位置之间的距离减小，则继续向同一方向选取扰动点；

如果扰动点位置与故障点位置之间的距离增大，则向相反方向选取扰动点。

本发明的有益效果是：

(1)将光纤的偏振特性、白光干涉及光时域反射技术相结合，由于光纤弯曲或者形变将改变光信号的偏振态，因此可以通过检测光信号的偏振态变化实现故障点的精确定位；

(2)由于光信号偏振态测量非常复杂，且经过长距离传输偏振态变化杂乱无章，因此，利用白光干涉技术将光信号的偏振态变化转化为强度变化，将偏振与白光干涉相结合，实现高灵敏度光纤形变检测；

(3)同时利用光时域反射技术，将高功率光脉冲注入被测光缆，通过测量后向瑞利散射光的偏振干涉信号，并通过信号处理计算出光纤中各个位置产生与该位置相关的瑞利散射偏振干涉信号，实现对光缆物理位置的高灵敏度快速精确测量。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置示意图；

图2为本公开实施例提供的数字信号处理模块的流程示意图；

图3为本公开实施例提供的白光干涉模块的示意图；

图4为本公开实施例提供的基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法的流程示意图。

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。

图1示出了基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置的一个可选实施例。

本公开实施例提供了一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，在光缆故障定位过程中，将上述光缆故障定位装置连接在机房处的光缆端头上，通过在扰动点位置处对光缆扰动(例如弯曲或晃动)产生的波形变化确定光缆的故障点位置。

上述基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，包括：光源模块，配置为发射激光信号；扰偏模块，配置为将激光信号转换为自然偏振态激光，得到各个方向偏振态均匀的激光信号；起偏器模块，配置为将通过扰偏模块后的自然偏振态激光转换为线偏振激光，将线偏振激光作为激励信号，提高激励信号的偏振灵敏度和偏振稳定性；白光干涉模块，配置为对激励信号在被测光缆中产生的瑞利散射信号进行等光程干涉，获得光缆各个位置的瑞利散射干涉信号；光电转换模块，配置为将白光干涉模块输出的瑞利散射干涉信号转换为电信号；数字信号处理模块FPGA，配置为根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置。

由于扰动点位置的瑞利散射干涉信号相对于未扰动位置的瑞利散射干涉信号有明显区别，因此，通过光缆各个位置的瑞利散射干涉信号，可以精确获得扰动点位置。数字信号处理模块FPGA获得了光缆各个位置的瑞利散射干涉信号，这些能够产生瑞利散射干涉信号的位置中，故障点位置位于光缆上能够产生瑞利散射干涉信号最末端的位置。

在光缆故障定位过程中，将上述光缆故障定位装置连接在机房处的光缆端头上，通过对光缆弯曲或晃动产生的波形变化确定扰动点位置和故障点位置，通过不断变换扰动点，缩小扰动点位置和故障点位置之间的距离，最终确定故障点位置。

采用上述实施例，通过将激光信号的偏振特性、光纤的偏振敏感特性、光波的干涉特性与光时域反射定位技术相结合，极大提高了故障定位灵敏度，只需要弯曲或晃动光缆即可精确快速定位故障光缆的物理位置，可以实现各种复杂情况下的光缆故障定位。

在一些实施例中，数字信号处理模块FPGA根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置的过程，包括：根据光缆各个位置处反射回来的瑞利散射干涉信号的波形数据的时间，获得扰动点位置。由于光缆各个位置反射回瑞利散射干涉信号的用时时长不同，因此，接收到瑞利散射干涉信号的时间与光缆的位置一一对应，扰动点位置处反射回来的瑞利散射干涉信号的波形数据有明显变化，而该波形数据对应一个瑞利散射干涉信号接收时间，根据该接收时间可以计算出扰动点位置。

例如，t1时刻至t1+Δt时刻，接收到光缆不同位置处反射回来的瑞利散射干涉信号的波形数据，其中，某点处瑞利散射干涉信号的波形数据变化明显，则该点为扰动点，采用如下公式计算出扰动点的位置：L＝ct/2n，其中，L为扰动点位置，t为扰动点反射回瑞利散射干涉信号的用时时长，c为光速，n为光纤折射率。

在一些实施例中，数字信号处理模块FPGA配置为根据瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量获得扰动点位置。由于扰动点位置的瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量相对于未扰动位置在数值上有明显变化，因此，通过光缆各个位置的瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量，可以精确获得扰动点位置。可选地，如图2所示，数字信号处理模块FPGA获取瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量的过程，包括：判断是否有新的测试曲线，是，则设定为比对数据，否，则设定为参考模板；分别对参考模板和比对数据进行FFT变换，进行频谱、时域谱分析比对，获取比对数据的光强变化量和偏振态变化量。如果光缆某个位置的瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量达到预设范围，则该位置为扰动点位置。可选地，FPGA对获取的瑞利散射干涉信号的波形数据先进行叠加平均处理，然后判断是否有新的测试曲线。可选地，FPGA对比对数据与参考模板进行频谱、时域谱分析比对的结果先进行平滑滤波，然后获取光强变化量和偏振态变化量。

例如，t1+Δt时刻有新的瑞利散射干涉信号波形数据，则设定为比对数据；分别对参考模板(例如t1时刻瑞利散射干涉信号波形数据)和比对数据进行FFT变换，进行频谱、时域谱分析比对，获取比对数据的光强变化量和偏振态变化量。如果t1+Δt时刻接收的瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量达到预设范围，则该位置为扰动点位置。

在一些实施例中，上述光源模块为激光器发生模块，发射脉冲激光。可选地，激光器发生模块发射功率大于50mW的脉冲激光。

在一些实施例中，上述光电转换模块为雪崩光电探测器。

图3示出了白光干涉模块的一个可选实施例。

本公开实施例中，白光干涉模块包括：第一分光棱镜D1、第二分光棱镜D2、第一电控可变延迟线L1、第二电控可变延迟线L2、光开关G1、电控可调光衰减器V1。

其中，第一分光棱镜D1和第二分光棱镜D2为特定分光比的分光棱镜。光输入信号经过第一分光棱镜D1后，其中一路分光信号通过第一路径1，即经过电控可调光衰减器V1和第一电控可变延迟线L1到达第二分光棱镜D2的第一输入端；另外一路分光信号通过第二路径2，即经过光开关G1和第二电控可变延迟线L2到达第二分光棱镜D2的第二输入端；两路分光信号经过第二分光棱镜D2发生干涉。

例如，第一分光棱镜D1和第二分光棱镜D2为40:60分光比的分光棱镜。光输入信号经过第一分光棱镜D1后，其中一路60％分光信号通过第一路径1，即经过电控可调光衰减器V1和第一电控可变延迟线L1到达第二分光棱镜D2的60％输入端；另外一路40％分光信号通过第二路径2，即经过光开关G1和第二电控可变延迟线L2到达第二分光棱镜D2的40％输入端；两路分光信号经过第二分光棱镜D2发生干涉。

本公开实施例中，白光干涉模块利用特定分光比的分光棱镜，通过调节电控可调光衰减器V1使得第一路径1和第二路径2的光强差保持在±0.05dB范围内，从而实现高消光比的白光干涉，提高检测灵敏度；其次，白光干涉模块通过调整第一电控可变延迟线L1和第二电控可变延迟线L2，使得第一路径1和第二路径2两个干涉光信号达到零光程差，这样可实现三路光信号干涉，即路径D1-V1-L1-D2-L1-V1-D1与路径D1-G1-L2-D2-L2-G1-D1发生干涉，路径D1-V1-L1-D2-L2-G1-D1与路径D1-G1-L2-D2-L1-V1-D1发生干涉，从而提高有效干涉信号的利用率。

在一些实施例中，上述光缆故障定位装置还包括检偏器模块，检偏器模块设置在白光干涉模块和光电装换模块之间，用于过滤瑞利散射干涉信号中的噪声。

在一些实施例中，上述光缆故障定位装置还包括中央处理控制单元(CPU)，中央处理控制单元配置为对整个装置进行控制、显示。

在一些实施例中，上述光缆故障定位装置还包括无线控制模块，无线控制模块配置为将光缆故障检测装置与移动终端无线连接，移动终端可以实时获取光缆故障检测装置的检测信息。

图4示出了基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法的一个可选实施例。

本公开实施例提供了一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法，在光缆故障定位过程中，将上述光缆故障定位装置连接在机房处的光缆端头上，通过在扰动位置处对光缆弯曲或晃动产生的波形变化确定光缆的实际物理故障位置，实现对光缆物理位置的高灵敏度快速精确测量，包括：选取光缆上任意一点进行扰动；根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置；根据扰动点位置与故障点位置之间的距离，选取下一个扰动点；重复上述过程，直至扰动点位置与故障点位置之间的距离达到预设范围。

由于扰动点位置的瑞利散射干涉信号相对于未扰动位置的瑞利散射干涉信号有明显区别，因此，通过光缆各个位置的瑞利散射干涉信号，可以精确获得扰动点位置。在光缆上能够产生瑞利散射干涉信号的位置中，故障点位置位于最末端的位置。

在一些实施例中，上述根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置，包括：根据瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量获得扰动点位置。由于扰动点位置的瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量相对于未扰动位置在数值上有明显变化，因此，通过光缆各个位置的瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量，可以精确获得扰动点位置。

在一些实施例中，上述根据扰动点位置与故障点位置之间的距离，选取下一个扰动点，包括：如果扰动点位置与故障点位置之间的距离减小，则继续向同一方向选取扰动点；如果扰动点位置与故障点位置之间的距离增大，则向相反方向选取扰动点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，包括：

光源模块，配置为发射激光信号；

扰偏模块，配置为将激光信号转换为自然偏振态激光；

起偏器模块，配置为将通过扰偏模块后的自然偏振态激光转换为线偏振激光，将线偏振激光作为激励信号；

白光干涉模块，配置为对激励信号在被测光缆中产生的瑞利散射信号进行等光程干涉，获得光缆各个位置的瑞利散射干涉信号；

光电转换模块，配置为将白光干涉模块输出的瑞利散射干涉信号转换为电信号；和

数字信号处理模块，配置为根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置。

2.如权利要求1所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，

所述数字信号处理模块配置为根据瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量获得扰动点位置。

3.如权利要求1所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，

所述光源模块为激光器发生模块，发射脉冲激光。

4.如权利要求1所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，

所述白光干涉模块包括：第一分光棱镜、第二分光棱镜、第一电控可变延迟线、第二电控可变延迟线、光开关、电控可调光衰减器；其中，

第一分光棱镜和第二分光棱镜为特定分光比的分光棱镜；光输入信号经过第一分光棱镜后，其中一路分光信号通过第一路径，即经过电控可调光衰减器和第一电控可变延迟线到达第二分光棱镜的第一输入端；另外一路分光信号通过第二路径，即经过光开关和第二电控可变延迟线到达第二分光棱镜的第二输入端；两路分光信号经过第二分光棱镜发生干涉。

5.如权利要求4所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，

所述白光干涉模块通过调整第一电控可变延迟线和第二电控可变延迟线，使得第一路径和第二路径两个干涉光信号达到零光程差。

6.如权利要求1所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，

还包括检偏器模块，检偏器模块设置在白光干涉模块和光电装换模块之间。

7.如权利要求1所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位装置，其特征在于，

还包括中央处理控制单元，中央处理控制单元配置为对整个装置进行控制。

8.一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法，其特征在于，

将权利要求1至7任一项所述的装置连接在光缆端头上，包括：

选取光缆上任意一点进行扰动；

根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置和故障点位置；

根据扰动点位置与故障点位置之间的距离，选取下一个扰动点；和

重复上述过程，直至扰动点位置与故障点位置之间的距离达到预设范围。

9.如权利要求8所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法，其特征在于，

所述根据光缆各个位置的瑞利散射干涉信号获得扰动点位置，包括：

根据瑞利散射干涉信号的光强变化量和偏振态变化量获得扰动点位置。

10.如权利要求8所述的一种基于偏振白光干涉的光缆故障定位方法，其特征在于，

所述根据扰动点位置与故障点位置之间的距离，选取下一个扰动点，包括：

如果扰动点位置与故障点位置之间的距离减小，则继续向同一方向选取扰动点；

如果扰动点位置与故障点位置之间的距离增大，则向相反方向选取扰动点。