CN112601945A - 光学时域反射仪、光学传输线路的测试方法以及光学传输线路的测试系统 - Google Patents

光学时域反射仪、光学传输线路的测试方法以及光学传输线路的测试系统 Download PDF

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CN112601945A CN201980055376.3A CN201980055376A CN112601945A CN 112601945 A CN112601945 A CN 112601945A CN 201980055376 A CN201980055376 A CN 201980055376A CN 112601945 A CN112601945 A CN 112601945A
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Abstract

光源(2)输出监视光(ML)。光学检测单元(4)检测来自光学传输线路(TL)的返回光(BL)，并输出指示该返回光(BL)的强度的检测信号(VB)。光复用/解复用器(3)将从光源(2)输入的监视光(ML)输出到光学传输线路(TL)，并且将从光学传输线路(TL)输入的返回光(BL)输出到光学检测单元(4)。处理单元(1)检测检测信号(VB)小于第一阈值的第一时刻，检测检测信号(VB)小于第二阈值的第二时刻，并且计算第一和第二时刻之间的时段中的检测信号(VB)的第一变化率。处理单元(1)改变第一和第二阈值以计算多个时段的第一变化率，并且，当两个相邻时段中的第一变化率之间的第二变化率大于阈值时，一个时段中的第一和第二时刻的一个被检测为破坏位置。

Description

光学时域反射仪、光学传输线路的测试方法以及光学传输线 路的测试系统
技术领域
本发明涉及光学时域反射仪、光学传输线路的测试方法以及光学传输线路的测试系统。
背景技术
通常使用被称为OTDR的光学时域反射仪来检测由光纤等构成的光学传输线路的破坏。光学时域反射仪将作为监视光的光脉冲输出到光学传输线路，并且监视来自光学传输线路的各个部分的反向散射光(所谓的返回光)的返回时间和强度以检测破坏位置。由于返回光不从破坏位置返回，此后，可以通过检测返回光的强度减小的时刻来确定光学传输线路的破坏位置。
例如，已经提出了一种OTDR波形确定方法，该方法不仅能够选择光学传输线路的破坏，而且能够选择由于构成光学传输线路的纤维的缠绕状态而引起的异常部分(PTL1)。
此外，如上所述，存在通过将脉冲光(监视光)输出到光学传输线路并测量来自故障位置的反射光返回的时间来检测故障位置的位置的各种已知方法(PLT2和PTL3)。
引用列表
专利文献
PTL1：日本未审专利申请公开号No.2011-38785
PTL2：日本未审专利申请公开号No.H4-132931
PTL3：日本未审专利申请公开号No.2008-3068
发明内容
发明解决的技术问题
当光学传输线路中发生破坏时，上述的常见光学时域反射仪被用来确定破坏位置。在这种情况下，将监视光输出到光学传输线路，获取指示返回光的强度变化的曲线，并且用户确定返回光的强度减小的时刻，从而确定破坏位置。然而，为了更可靠地维护光学传输线路，期望自动地检测光学传输线路的破坏并将检测结果告知用户。因此，需要自动地检测光学传输线路的破坏并高精度地检测破坏位置。
鉴于上述情况做出了本发明，并且本发明旨在准确且自动地检测光学传输线路的破坏位置。
解决技术问题的技术方案
本公开的一方面是一种光学时域反射仪，包括：光源，其被配置为输出监视光；光学检测单元，其被配置为检测来自光学传输线路的返回光并且输出指示返回光的强度的检测信号；光学复用器/解复用器，其被配置为将从光源输入的监视光输出到所述光学传输线路，并且将从光学传输线路输入的返回光输出到光学检测单元；处理单元，其被配置为检测检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测检测信号的值变为小于不同于第一阈值的第二阈值的第二时刻以及计算第一变化率，所述第一变化率是在第一时刻和第二时刻之间的时段中的检测信号的变化率，其中，处理单元：通过改变第一阈值和第二阈值，计算多个时段的第一变化率；以及当作为第一时段中的第一变化率和与第一时段相邻的第二时段中的第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与第一时段中的第一变化率或第二变化率相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
本公开的一方面是一种光学传输线路的测试方法，包括：将监视光输出到光学传输线路；检测来自光学传输线路的返回光，并且输出指示返回光的强度的检测信号；以及检测检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测检测信号的值变为小于不同于第一阈值的第二阈值的第二时刻以及计算第一变化率，所述第一变化率是在第一时刻和第二时刻之间的时段中的检测信号的变化率，其中，通过改变第一阈值和第二阈值，计算多个时段的第一变化率；以及当作为第一时段中的第一变化率和与第一时段相邻的第二时段中的第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与第一时段中的第一变化率或第二变化率相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
本公开的一方面是一种光学传输线路的测试系统，包括：第一光学传输装置，其被配置为发送和接收光学信号；第二光学传输装置，其被配置为发送和接收光学信号；光学传输线路，其连接第一光学传输装置和第二光学传输装置；以及光学时域反射仪，其连接到第一光学传输装置，并且被配置为测试光学传输线路；其中，光学时域反射仪包括：光源，其被配置为输出监视光；光学检测单元，其被配置为检测来自光学传输线路的返回光并且输出指示返回光的强度的检测信号；光学复用器/解复用器，其被配置为将从光源输入的监视光输出到光学传输线路，并且将从光学传输线路输入的返回光输出到光学检测单元；处理单元，其被配置为检测检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测检测信号的值变为小于不同于第一阈值的第二阈值的第二时刻以及计算第一变化率，所述第一变化率是在第一时刻和第二时刻之间的时段中的检测信号的变化率，其中，处理单元：通过改变第一阈值和第二阈值，计算多个时段的第一变化率；以及当作为第一时段中的第一变化率和与第一时段相邻的第二时段中的第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与第一时段中的第一变化率或第二变化率相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
发明的有益效果
根据本发明，可以准确且自动地检测光学传输线路的破坏位置。
附图说明
图1是示意地示出根据第一示例性实施例的光学时域反射仪的应用示例的图；
图2是示意地示出根据第一示例性实施例的光学时域反射仪的配置的图；
图3是更详细地示出根据第一示例性实施例的光学时域反射仪的配置的图；
图4是示出由根据第一示例性实施例的光学时域反射仪观察到的返回光的强度的图；
图5是示出根据第一示例性实施例的光学时域反射仪中的时刻TF的检测操作的流程图；
图6是示出根据第一示例性实施例的光学时域反射仪的破坏检测操作的流程图；
图7是示出当检测信号急剧变化的时段中包括时刻Ti和时刻Ti+1时的比较信号的图；
图8是示出当时刻Ti+1首次变为与破坏位置接近的位置相对应的时刻时的比较信号的图；
图9是示出在第三示例性实施例中，当光学传输线路破坏时的返回光的强度变化的图；
图10是示出在第三示例性实施例中，当光学传输线路未破坏但已劣化时的返回光的强度变化的图；
图11是示出当光学信号的瞬时中断发生时的返回光的强度和当恢复光学信号的瞬时中断时的返回光的强度的图；
图12是示出光学传输线路破坏的截面与监视光的反射之间的关系的图；
图13是示出由于反射光的影响引起的返回光的强度变化的峰值的图；以及
图14是示意性示出根据第六示例性实施例的光学时域反射仪的配置的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图，描述本发明的示例性实施例。
在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，因此根据需要省略重复的描述。
第一示例性实施例
将描述根据第一示例性实施例的光学时域反射仪。光学时域反射仪连接到通过例如光学传输线路连接的两个终端站之一，被配置为将监视光输出到光学传输线路并且检测返回光。图1示意性地示出了根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100的使用示例。在此，将描述检测连接终端站TS1和终端站TS2的光学传输线路TL的破坏的示例。终端站TS1、终端站TS2和监视控制设备1001构成光学通信网络1000。光学时域反射仪100连接到光学通信网络1000，以与光学通信网络1000一起构成光学传输线路测试系统。
终端站TS1包括被配置为能够发送和接收光学信号的光学传输装置TR1(也被称为第一光学传输装置)和光学波长滤波器M1。光学波长滤波器M1被配置为2输入/1输出光学波长滤波器。光学传输装置TR1连接到光学波长滤波器M1的一个输入(端口P11)。光学时域反射仪100连接到光学波长滤波器M1的另一输入(端口P12)。光学波长滤波器M1的输出(端口P13)连接到光学传输线路TL。
终端站TS2包括被配置为能够发送和接收光学信号的光学传输装置TR2(也被称为第二光学传输装置)和光学波长滤波器M2。光学波长滤波器M2被配置为1输入/2输出光学波长滤波器。光学波长滤波器M2的输入(端口P21)连接到光学传输线路TL。光学传输装置TR2连接到光学波长滤波器M2的一个输出(端口P22)。尽管在图1中光学波长滤波器M1的另一输出(端口P23)是开放的，但是可以适当地连接各种装置。
光学时域反射仪100通过光学波长滤波器M1将监视光ML输出到光学传输线路TL，并且通过光学波长滤波器M1检测从光学传输线路TL返回的返回光BL。光学时域反射仪100被配置为通过检测返回光BL的强度来检测光学传输线路TL的破坏。光学时域反射仪100可以将例如光学传输线路TL的破坏的检测结果告知监视控制设备1001。监视控制设备1001可以在光学传输线路破坏时指示光学传输装置TR1和TR2之一或两者停止发送和接收光学信号。
接下来，将具体描述光学时域反射仪100。图2示意性地示出了根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100的配置。光学时域反射仪100至少包括处理单元1、光源2、光学复用器/解复用器3和光学检测单元4。如稍后所述，处理单元1基于检测信号VB的值，检测光学传输线路TL的破坏位置。因此，在图2中，检测信号VB被表示为被提供给处理单元1。然而，这并不意味着检测信号VB被直接输入到处理单元1，而是可以将基于检测信号VB生成的其他信号提供给处理单元1。
图3更详细地示出了根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100的配置。与图2相比，光学时域反射仪100进一步包括比较器5和阈值电压生成单元6。
处理单元1被配置为能够通过控制信号CON1来控制光源2的操作。处理单元1被配置为能够调整施加到比较器5的一个输入的阈值电压Vth。
将描述处理单元1的配置。处理单元1包括运算单元11、脉冲发生器12、阈值电压控制单元13和计时器14。运算单元11被配置为能够监视从比较器5输出的比较信号COMP并且控制脉冲发生器12、阈值电压控制单元13和计时器14的操作。
脉冲发生器12将控制信号CON1输出到光源2，以使光源2输出监视光ML的脉冲。阈值电压控制单元13通过将控制信号CON2施加到阈值电压生成单元6来控制从阈值电压生成单元6输出到比较器5的阈值电压Vth的值。计时器14被配置为能够测量时刻。运算单元11可以通过将从计时器14输出的时刻的信息与从比较器5输出的比较信号COMP的值链接，获取表示比较信号COMP的历史信息的时间序列数据。
光源2被配置为能够输出脉冲监视光ML。光源2包括激光二极管(LD)模块21和驱动电路22。驱动电路22从处理单元1接收控制信号CON1，并且响应于控制信号CON1来驱动LD模块21。因此，LD模块21响应于控制信号CON1而输出脉冲监视光ML。
光学复用器/解复用器3被配置为例如定向耦合器、光环行器或将从光源2输入的监视光ML输出到光学传输线路TL并且将从光学传输线路TL输入的返回光BL输出到光学检测单元4的3-db耦合器。在图2和3中，示出了光学传输线路TL的端子TP。端子TP指示光学传输线路TL的端子或光学传输线路TL的连接目的地处的端子的位置。在图1中，作为终端站TS2的光学波长滤波器M2的开放端的端口P23的一端，对应于端子TP。
光学检测单元4将从光学复用器/解复用器3输入的返回光BL转换为模拟电信号。具体地，光接收元件41例如是光电二极管，并且将返回光BL转换成电流信号CB。在这种情况下，放大器42被配置为电流-电压转换器(跨阻放大器)。放大器42放大电流信号CB，将放大的信号转换成作为电压信号的检测信号VB，并且将检测信号VB输出到比较器5。放大器42可以被配置为各种放大器，诸如线性放大器和对数放大器。
比较器5将从光学检测单元4输出的检测信号VB与阈值电压Vth进行比较，并且将作为比较结果的比较信号COMP输出到处理单元1。如上所述，阈值电压Vth由阈值电压生成单元6生成并被施加到比较器5。
在图3中，阈值电压Vth被输入到比较器5的非反相输入端，并且检测信号VB被输入到反相输入端。在这种情况下，当检测信号VB高于阈值电压Vth(VB>Vth)时，将“0”输出为比较信号COMP。当检测信号VB低于阈值电压Vth(VB<Vth)时，将“1”输出为比较信号COMP。因此，通过监视比较信号COMP的值，运算单元11可以确定返回光BL的强度是否大于或小于期望值。当检测信号VB和阈值电压Vth相等(VB＝Vth)时，比较器5可以被配置为适当地输出“0”或“1”。
图4示出了由根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100观察到的返回光BL的检测信号VB的强度。如图4所示，返回光BL的强度首先达到最大值，然后随着时间的流逝而减小，即随着返回光B从光学时域反射仪100向外传播而减小。
在这种情况下，当光学传输线路TL破坏时，返回光BL的强度迅速降低。在图4的示例中，检测信号VB的强度在时刻TF迅速减小。在这种情况下，光学传输线路TL在与时刻TF相对应的位置处破坏。在本配置中，通过适当地设置施加到比较器5的阈值电压Vth并检测检测信号VB的强度的减小，可以检测到光学传输线路TL中的破坏的发生以及破坏位置。在图4中，当光学传输线路TL没有破坏时的检测信号VB的强度由虚线表示。对应于光学传输线路TL的端子TP的时刻，即，检测信号VB变为低于预定值的阈值电压Vth的时刻被表示为T0。
接下来，将描述在光学时域反射仪100中检测时刻TF的操作。图5是示出在根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100中检测时刻TF的操作的流程图。
步骤S1
首先，运算单元11读取参考时刻Tth。在此，将上述时刻T0设置为参考时刻Tth。参考时刻Tth可以预先提供给运算单元11，或者可以在适当的任意时刻被提供给运算单元11。例如，指示参考时刻Tth的信息可以被存储在设置在处理单元1中的存储设备(图中未示出)中，并且运算单元11可以在适当时，从存储设备中读出指示参考时刻Tth的信息。
步骤S2
运算单元11指示脉冲发生器12将控制信号CON1输出到光源2，并开始监视比较信号COMP。脉冲发生器12将控制信号CON1输出到光源2的驱动电路22。因此，驱动电路22响应于控制信号CON1来驱动LD模块21，并且LD模块21将监视光ML输出到光学传输线路TL。
步骤S3
当监视光ML被输出到光学传输线路TL时，由于光学传输线路TL中的反向散射，返回光BL通过光学复用器/解复用器3进入光接收元件41。光接收元件41将返回光BL转换为电流信号CB，并且将该电流信号CB输出到放大器42。放大器42将电流信号CB转换为检测信号VB，以及放大转换后的信号，并且将放大后的信号输出到比较器5。比较器5将从光学检测单元4输出的检测信号VB和阈值电压Vth进行比较。作为比较的结果，当时刻TF晚于参考时刻Tth时，运算单元11确定光学传输线路TL没有破坏，并且使过程返回到步骤S1，以便不断地监视光学传输线路TL。当时刻TF等于参考时刻Tth(TF＝Tth)时，处理可以适当地进行到步骤S1或S5
步骤S4
作为比较的结果，当时刻TF早于参考时刻Tth时，运算单元11检测比较信号COMP从“0”(第一值)变为“1”(第二值)的时刻TF(也被称为第一时刻)。
然而，当将与图5所示的步骤中检测到的时刻TF相对应的位置被确定为破坏位置时，出现以下问题。在图4中，理想地，返回光BL的检测信号VB的强度在破坏位置(图4中的检测信号VB的拐点)处几乎垂直地减小。在这种情况下，当将阈值电压Vth设置在破坏位置(图4中的检测信号VB的拐点)处的返回光BL的检测信号VB的强度与返回光的强度变为0的点之间的任意位置时，距离测量(时刻TF的检测)中不会发生误差。然而，如图4所示，检测信号VB的强度实际上以不垂直的恒定斜率减小，从而根据设置为阈值电压的值，在测量距离中出现误差。因此，为了准确地检测破坏位置(即，时刻TF)，需要将阈值电压Vth设置为尽可能接近破坏位置(图4中的检测信号VB的拐点)。因此，在本示例性实施例中，在下文中，将描述在破坏位置附近设置阈值电压Vth的方法。
图6是示出根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100的破坏检测操作的流程图。在下文中，引入参数i，其为0或更大的整数，并且将第i个阈值电压表示为Vthi(也被称为第一阈值)，并且将第i个时刻表示为Ti(也被称为第一时刻)。
步骤S101
首先，运算单元11将Vth0(i＝0)设置为阈值电压Vthi的初始值，并且将T0(i＝0)设置为时刻Ti的初始值。
步骤S102
接下来，运算单元11计算第(i+1)个阈值电压Vthi+1(也被称为第二阈值)。在此，第(i+1)个阈值电压Vthi+1由下述等式表示：
Vthi+1＝Vthi+ΔVi(i＝0,1,2,…)。
注意，ΔVi可以是恒定值或可以改变。
步骤S103
为了输出监视光ML，脉冲发生器12将控制信号CON1输出到驱动电路22。驱动电路22响应于控制信号CON1来驱动LD模块21，从而监视光ML从LD模块21被输出到光学传输线路TL。当监视光ML被输出到光学传输线路TL时，由于光学传输线路TL中的反向散射，返回光BL通过光复用/解复用器3进入光接收元件41。光接收元件41将返回光BL转换为电流信号CB，并且将电流信号CB输出至放大器42。该信号被转换为检测信号VB并由放大器42放大，以及被输出至比较器5。
步骤S104
如上所述，比较器5将从光学检测单元4输出的检测信号VB与阈值电压Vthi+1进行比较。当检测信号VB变为低于阈值电压Vthi+1(VB<Vthi+1)时，运算单元11测量时刻Ti+1(也被称为第二时刻)。运算单元11可以通过使用从计时器14输出的计数信号来具体地测量时刻Ti+1。
步骤S105
运算单元11计算时刻Ti和时刻Ti+1之间的时间差ΔT。时间差ΔT由下述等式表示：
ΔT＝|Ti-Ti+1|。
步骤S106
运算单元11计算在时刻Ti与时刻Ti+1之间的ΔT期间的检测信号VB的变化率Ri，即，示出在时刻Ti与时刻Ti+1之间的ΔT期间的检测信号VB的时间变化的曲线的斜率。变化率Ri由下述等式表示：
Ri＝ΔVi/ΔT。
步骤S107
运算单元11确定时刻Ti是否为T0(Ti＝T0)。当时刻Ti为T0(Ti＝T0)时，处理进行到步骤S110。
步骤S108
当时刻Ti不是T0(Ti≠T0)时，运算单元11计算在下述等式中示出的变化率R的变化率ΔRi：
ΔRi＝|Ri-Ri-1|。
对应于变化率Ri的时段被称为第二时段，以及对应于变化率Ri-1的时段被称为第一时段。
步骤S109
运算单元11确定变化率ΔRi是否大于预定阈值ΔRth(也被称为速率阈值)(ΔRi>ΔRth)。
步骤S110
当在步骤S107中时刻Ti为T0(Ti＝T0)时，或者当在步骤S109中变化率ΔRi小于预定阈值ΔRth时(ΔRi<ΔRth)，运算单元11将参数i递增到i＝i+1，并且使处理返回到步骤S102。
步骤S111
当变化率ΔRi大于预定阈值ΔRth(ΔRi>ΔRth)时，运算单元11将与时刻Ti相对应的位置检测为光学传输线路TL的破坏位置。当变化率ΔRi等于预定阈值ΔRth(ΔRi＝ΔRth)时，可以将与时刻Ti相对应的位置适当地检测为光学传输线路TL的破坏位置。
步骤S112
运算单元11输出指示光学传输线路TL中发生了破坏的信号和检测到的破坏位置。例如，运算单元11将破坏发生警报和光学传输线路TL的破坏位置输出到图1所示的监视控制装置1001。
因此，监视控制设备1001可以告知用户等已经接收到警报。因此，根据本配置，可以实现一种光学时域反射仪，该光学时域反射仪能够持续监视光学传输线路，并且在光学传输线路路中发生了破坏时，能够自动地检测破坏的发生和破坏位置。
接下来，将描述变化率R与破坏位置之间的关系。图7示出了在检测信号VB迅速变化的时段中包括时刻Ti和时刻Ti+1时的比较信号。如图7所示，在时刻Ti(第一时刻)，检测信号VB变为低于阈值电压Vthi(第一阈值)。在时刻Ti+1(第二时刻)，检测信号VB变为低于阈值电压Vthi+1(Vthi+ΔVi，第二阈值)。在这种情况下，由于时刻Ti+1和时刻Ti都被包括在检测信号VB迅速变化的时段中，所以时间差ΔT变为相对小的值。因此，变化率R是相对大的值。即，当时间差ΔT相对小时，即，当变化率R相对大时，可以理解到，检测信号VB在破坏位置附近迅速减小。但是，由于在该时段附近检测信号的斜率大致恒定，因此变化率Ri(即，检测信号VB的一阶导数值，也称为第一变化率)的变化率ΔRi(即检测信号VB的二阶导数值，也被称为第二变化率)为相对小值。在这种情况下，为了高精度地捕获检测信号VB的变化，优选将阈值电压Vth的初始值Vth0设置为足够小的值，例如，接近零的值。
之后，重复执行步骤S102至S109，并且将检测信号VB与阈值电压及时地进行追溯比较。在此，将描述在检测信号VB开始减小的时刻附近的操作。图8示出了当时刻Ti+1首次变为与接近破坏位置的位置相对应的时刻时的比较信号。在这种情况下，即使当增量ΔVi恒定，由于存在在时刻Ti和时刻Ti+1之间检测信号VB的变化是逐渐变化的时段，所以时间差ΔT也变成相对大的值。因此，变化率Ri是相对小的值。另一方面，如上所述，在紧接该时段之前的相邻时段中，变化率Ri-1是相对大的值。因此，由于目标时段中的变化率Ri的值相对于紧接在目标时段之前的时段中的变化率Ri-1相对大地变化，所以变化率ΔRi(第二变化率)的值相对大。
即，如图7和8所示，可以理解到，变化率ΔRi在整个破坏位置上变化很大。因此，通过相对于变化率ΔRi适当地设定阈值ΔRth(变化率阈值)，可以检测变化率ΔRi大幅改变的时段或时刻(即拐点)。因此，通过在变化率ΔRi迅速改变的时段中，即，在存在拐点的时段中，检测与时刻Ti或时刻Ti+1相对应的位置作为破坏位置，可以高精度地检测出光学传输线路TL真正破坏的位置。
如在本示例性实施例中，当将阈值电压控制为从初始值Vth0增加时，优选地，将与正好在图7和8中的检测信号VB的曲线的拐点之前的时刻Ti相对应的位置确定为破坏位置。
也可以将阈值电压的初始值Vth0设置为大的值，并控制阈值电压从初始值Vth0减小。在这种情况下，优选地，将与紧接检测信号VB的曲线的拐点之后的时刻Ti+1相对应的位置确定为破坏位置。
通常，在控制阈值电压Vth从初始值减小的情况下，当存在除破坏以外的故障发生的位置时(例如，图10)，可能错误地将故障位置视为破坏。因此，为了检测破坏而与破坏以外的故障无关，如上所述，期望从初始值Vth0增加阈值电压。
如上所述，在常见的光学时域反射仪中，需要获得指示返回光的强度变化的曲线。由于返回光的强度相对弱，因此通过多次输出监视光、多次观察返回光的强度变化并平均观察结果来获得指示返回光的强度变化的曲线。因此，常见的光学时域反射仪中的破坏检测需要长时间。此外，难以自动且准确地检测破坏位置。
另一方面，在本配置中，比较器5简单地将检测信号VB与阈值电压进行比较，并监视返回光BL的强度变化，因此，可以自动地检测光学传输线路的破坏的发生和破坏位置。此外，通过重复输出监视光并监视返回光，可以不断地监视光学传输线路是否破坏。
接下来，将描述参考时刻Tth的确定。例如，当光学时域反射仪100第一次连接到光学传输线路TL时或当更换光学传输线路TL时，光学传输线路TL的长度是未知的，因此无法确定时刻Tth。因此，尚未确定参考时刻Tth。因此，为了根据本实施例执行破坏检测，需要确定参考时刻Tth。
首先，与图4所示的步骤S2相同，光学时域反射仪100将监视光ML输出到光学传输线路TL。
接着，与图4所示的步骤S3相同，运算单元11监视比较信号COMP，并参考输出监视光ML的时刻，检测比较信号COMP从“0”变为“1”的时刻。在这种情况下，假设光学传输线路TL没有破坏，则返回光BL的强度在与光学传输线路TL的端子TP相对应的时刻迅速减小。因此，运算单元11可以将检测到的时刻T0确定为参考时刻Tth。运算单元11可以保持参考时刻Tth，或者将指示参考时刻Tth的信息写入上述的存储设备等中，并且适当地读取指示参考时刻Tth的信息。此外，如上所述，可以将比检测到的时刻早预定值α的时刻保持为参考时刻Tth。
第二示例性实施例
将描述根据第二示例性实施例的光学传输装置。在此，将描述使用光学时域反射仪100检测光学传输线路TL的长度变化的操作。
例如，可以假设由于维护工作等原因，由光学时域反射仪监视的光学传输线路的长度发生变化。例如，当更换光学传输线路并由此变长并且光学时域反射仪100执行图5和6所示的操作时，光学传输返回光BL的强度在比参考时刻Tth晚的时刻(即TF>Tth)迅速降低。在这种情况下，光学时域反射仪100可以自动检测出光学传输线路TL的长度已经增加。
此时，由于参考时刻Tth与光学传输线路TL的实际长度不对应，因此需要校正参考时刻Tth。在这种情况下，如在第一示例性实施例中所述，光学时域反射仪100重置参考时刻Tth并自动确定参考时刻Tth，从而可以确定与光学传输线路TL的实际长度相对应的参考时刻Tth。
如上所述，根据本配置，当光学传输线路TL的长度改变时，可以自动地重置参考时刻Tth。
第三示例性实施例
将描述根据第三示例性实施例的光学传输装置。在此，将描述使用光学时域反射仪100区分在光学传输线路TL中引起的故障的模式的操作。作为光学传输线路TL的故障模式，可以考虑破坏和除破坏以外由于光学传输线路TL的劣化等引起的返回光BL的强度降低等的故障。在这种情况下，尽管光学传输线路TL没有破坏，但是可以想到，返回光的强度在发生劣化的位置降低。
因此，设置用于检测光学传输线路TL的破坏的初始阈值电压VthA(也被称为第一阈值)和用于检测光学传输线路TL的劣化的初始阈值电压VthB(也被称为第三阈值)，并且通过设置VthA<VthB来区分故障模式。在此，将与光学传输线路TL的端子TP处的返回光BL的强度相对应的检测信号VB的值设定为阈值电压VthB的值。
图9示出了在第三示例性实施例中，当光学传输线路TL已经破坏时的返回光BL的强度变化。如图9所示，返回光BL的强度在发生破坏的位置(时刻TA)处变为低于初始阈值电压VthA。在这种情况下，如图6所示，可以高精度地检测破坏位置。
图10示出了在第三示例性实施例中，当光学传输线路TL没有破坏但是已经劣化时的返回光BL的强度变化。如图10所示，在时刻TB，检测信号VB变为低于阈值电压VthB，但是保持高于阈值电压VthA。在此，检测信号VB变为低于阈值电压VthB的时刻TB也被称为第二时刻。在这种情况下，运算单元11通过检测存在检测信号VB变为低于阈值电压VthB但是保持高于阈值电压VthA的时刻，可以检测到在光学传输线路TL中已经发生除了破坏以外的故障(诸如劣化)。
换句话说，根据本配置，通过适当地设置两个初始阈值电压，可以分别检测在光学传输线路TL中可能发生的诸如破坏和劣化的故障模式。
第四示例性实施例
将描述根据第四示例性实施例的光学传输装置。在此，将描述用于检测光学传输线路TL中的光学信号的瞬时中断的光学时域反射仪100的操作。在光学传输线路TL中，由于例如雷击的影响，可能发生光学信号的瞬时中断。在本示例性实施例中，通过监视返回光BL的强度来检测光学信号的瞬时中断。
当光学传输线路TL破坏时，返回光BL的强度连续地大大减小，而当发生光学信号的瞬时中断时，返回光BL的强度临时减小。因此，认为可以通过检测返回光BL的强度的临时降低来检测光学信号的瞬时中断。
如在上述示例性实施例中所述，由于光学时域反射仪100不断地检测光学传输线路TL，所以它连续地检测时刻TF。当光学传输线路TL已经破坏时，在发生破坏之后，时刻TF变为早于参考时刻Tth(TF<Tth)。此后，即使当继续监视光学传输线路TL时，时刻TF也保持在比参考时刻Tth早的时刻(TF<Tth)。
另一方面，当在光学传输线路TL中发生光学信号的瞬时中断时，时刻TF示出了不同于光学传输线路TL破坏的情况的变化。图11示出了当发生光学信号的瞬时中断时的返回光BL的强度以及当已经恢复光学信号的瞬时中断时的返回光BL的强度。当在光学传输线路路TL中发生光学信号的瞬时中断时，在发生瞬时中断的时间的位置处的时刻TF成为比参考时刻Tth早的时刻(TF<Tth)。此后，当恢复瞬时中断时，返回光BL到达光学传输线路TL的端子TP而没有在中间被削弱，使得时刻TF的值增加，并且该时刻变为等于或晚于参考时刻Tth(TF≥Tth)。
因此，当时刻TF一旦早于参考时刻Tth(TF<Tth)，并且然后时刻TF的值增加，变为与参考时刻Tth相同或晚于参考时刻Tth的时刻(TF≥Tth)时，光学时域反射仪100可以检测出在光学传输线路TL中发生了光学信号的瞬时中断而不是破坏。
当已经检测到光学信号的瞬时中断的发生和恢复时，光学时域反射仪100可以将例如光学信号的瞬时中断的发生告知监视控制设备1001。此外，光学时域反射仪100还可以告知已经恢复光学信号的瞬时中断。
根据本配置，可以检测光学信号的瞬时中断的发生，同时将其与光学传输线路TL的破坏或劣化区分开来。因此，被告知发生了瞬时中断的用户等可以认识到其是不需要维护工作的暂时现象，与光学传输线路TL的破坏或劣化不同。
当在同一条光学传输线路中频繁发生光学信号的瞬时中断时，除了防止诸如破裂或劣化的故障的措施之外，还可以采取防止瞬时中断发生的措施。
第五示例性实施例
将描述根据第五示例性实施例的光学传输装置。在此，将描述在光学时域反射仪100中检测信号VB的增量ΔVi的确定。当光学传输线路TL已经破坏时，取决于破坏截面的状况，在端面处反射监视光，并且返回光可能具有峰值。
图12示出了光学传输线路TL破坏的截面与监视光的反射之间的关系。当破坏面相对于光学传输线路TL的延伸方向倾斜时，一部分监视光ML在与光学传输线路TL的延伸方向不平行的方向上反射，因此包括在返回光BL中的反射光RL的影响变小。另一方面，当破坏面垂直于光学传输线路TL的延伸方向时，监视光ML在反方向上反射，因此，返回光BL的强度由于反射光RL的影响而达到峰值。
图13示出了由于反射光的影响而引起的返回光BL的强度变化的峰值。如图13所示，在与光学传输线路TL破坏的位置相对应的时刻，由于反射光RL的影响，返回光BL的强度具有峰值PB。由于峰值PB是由在破坏面上反射的返回光引起的，因此变为具有相对窄的宽度的尖峰。
在本示例性实施例中，通过以与检测信号VB的增量ΔVi相对应的时间差ΔT足够宽于峰值PB的宽度的方式设置增量ΔVi，可以以与第一示例性实施例相同的方式检测破坏位置，而不受峰值PB的影响。
即使当图13所示的时刻Ti+1与峰值PB重叠时，变化率R也变为大的值。然而，通过检测此后变化率变小的时刻，与第一示例性实施例的情况一样，可以高精度地检测破坏位置。
此外，即使当图13中所示的时刻Ti与峰值PB重叠时，变化率R也变为小的值。结果，可以将不与峰值PB重叠的、与时刻Ti+1相对应的位置检测为破坏位置。
第六示例性实施例
将描述根据第六示例性实施例的光学传输装置。图14示意性地示出了根据第六示例性实施例的光学时域反射仪600的配置。光学时域反射仪600具有下述配置：分别用处理单元7和模数(A/D)转换器8替换根据第一示例性实施例的光学时域反射仪100的处理单元1和比较器5。
A/D转换器8将作为从放大器42输出的模拟信号的检测信号VB转换成作为数字信号的输出信号DAT。
处理单元7具有这样的配置：处理单元1的运算单元11由运算单元71替换，并且去除阈值电压控制单元13。
运算单元71参考作为指示检测信号VB的值的数字信号的输出信号DAT，将输出信号DAT与预定阈值进行比较。即，如上述示例性实施例中所述，可以通过替换数字信号的等效处理来执行由比较器5执行的用于将检测信号VB和阈值电压Vth进行比较的模拟信号处理。
如上所述，根据本配置，能够执行与根据上述实施例的光学时域反射仪100相同的操作。此外，在本配置中，由于可以通过运算单元71中的数据处理来执行与根据上述示例性实施例的光学时域反射仪100相同的处理，因此可以改变用于执行数据处理的程序或参数并轻易地改变阈值。
其他示例性实施例
本发明不限于上述示例性实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下适当地修改。例如，根据上述示例性实施例的处理单元、光源和光学检测单元的配置仅是示例性的，并且可以适当地使用其他配置。
尽管上文已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述示例性实施例。
(附录1)一种光学时域反射仪，包括：光源，其被配置为输出监视光；光学检测单元，其被配置为检测来自光学传输线路的返回光并且输出指示返回光的强度的检测信号；光学复用器/解复用器，其被配置为将从光源输入的监视光输出到光学传输线路，并且将从光学传输线路输入的返回光输出到光学检测单元；处理单元，其被配置为检测检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测检测信号的值变为小于不同于第一阈值的第二阈值的第二时刻以及计算第一变化率，所述第一变化率是在第一时刻和第二时刻之间的时段中的检测信号的变化率，其中，处理单元：通过改变第一阈值和第二阈值，计算多个时段的第一变化率；以及当作为第一时段中的第一变化率和与第一时段相邻的第二时段中的第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与第一时段中的第一时刻或第二时刻相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
(附录2)根据权利要求1所述的光学时域反射仪，其中，第一时段中的第二阈值等于第二时段中的第一阈值。
(附录3)根据权利要求1或2所述的光学时域反射仪，其中，第二阈值Vthi由Vthi+1＝Vthi+ΔVi或Vthi+1＝Vthi-ΔVi表示，其中，将i定义为等于或大于0的整数，将检测信号的值变为小于第一阈值Vthi的时刻定义为Ti，将检测信号的值变为小于第二阈值Vthi+1的时刻定义为Ti+1，将第一阈值Vthi和第二阈值Vthi+1之间的差的绝对值定义为ΔVi，以及将当i＝0时的第一阈值Vthi的初始值定义为Vth0。
(附录4)根据权利要求3所述的光学时域反射仪，其中，当i等于或大于1时，将第一时段中的第一变化率定义为Ri-1，将第二时段中的第一变化率定义为Ri，第二变化率ΔRi由ΔRi＝|Ri-Ri-1|表示。
(附录5)根据权利要求4所述的光学时域反射仪，其中，当第二变化率ΔRi变为大于变化率阈值时，处理单元：在Vthi+1＝Vthi+ΔVi的情况下，将与第一时刻相对应的位置检测为所述光学传输线路的破坏位置，并且在Vthi+1＝Vthi-ΔVi的情况下，将与第二时刻相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
(附录6)根据权利要求2所述的光学时域反射仪，其中，当检测信号大于第一阈值且小于第三阈值时，处理单元检测到在光学传输线路中已经发生了与破坏不同的故障。
(附录7)根据权利要求6所述的光学时域反射仪，其中，当检测信号大于第一阈值且小于第三阈值时，处理单元检测到光学传输线路已经劣化。
(附录8)根据权利要求6所述的光学时域反射仪，其中，当检测信号变为小于第三阈值时并且然后检测信号变为大于第三阈值时，处理单元检测到通过光学传输线路传输的光学信号的瞬时中断已经发生。
(附录9)根据权利要求7或8所述的光学时域反射仪，其中，第三阈值是与光学传输线路的末端处的返回光的强度相对应的值。
(附录10)根据权利要求1至9中的任一项所述的光学时域反射仪，其中，当返回光从比光学传输线路的预定长度远的位置返回时，处理单元将被检测为破坏位置的位置与光学时域反射仪之间的距离设置为光学传输线路的长度。
(附录11)一种光学传输线路的测试方法，包括：将监视光输出到光学传输线路；检测来自所述光学传输线路的返回光，并且输出指示返回光的强度的检测信号；以及检测检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测检测信号的值变为小于不同于第一阈值的第二阈值的第二时刻以及计算第一变化率，所述第一变化率是在第一时刻和第二时刻之间的时段中的检测信号的变化率，其中，通过改变第一阈值和第二阈值，计算多个时段的第一变化率；以及当作为第一时段中的第一变化率和与第一时段相邻的第二时段中的所述第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与第一时段中的第一时刻或第二时刻相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
(附录12)一种光学传输线路的测试系统，包括：第一光学传输装置，其被配置为发送和接收光学信号；第二光学传输装置，其被配置为发送和接收光学信号；光学传输线路，其连接第一光学传输装置和第二光学传输装置；以及光学时域反射仪，其连接到第一光学传输装置，并且被配置为测试光学传输线路；其中，光学时域反射仪包括：光源，其被配置为输出监视光；光学检测单元，其被配置为检测来自光学传输线路的返回光并且输出指示返回光的强度的检测信号；光学复用器/解复用器，其被配置为将从光源输入的监视光输出到光学传输线路，并且将从光学传输线路输入的返回光输出到光学检测单元；处理单元，其被配置为检测检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测所述检测信号的值变为小于不同于第一阈值的第二阈值的第二时刻以及计算第一变化率，所述第一变化率是在第一时刻和第二时刻之间的时段中的检测信号的变化率，其中，处理单元：通过改变第一阈值和第二阈值，计算多个时段的第一变化率；以及当作为第一时段中的第一变化率和与第一时段相邻的第二时段中的第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与第一时段中的第一时刻或第二时刻相对应的位置检测为光学传输线路的破坏位置。
尽管上文已经参考实施例描述了本发明，但是本发明不限于前述内容。在本发明的范围内，本领域技术人员可以理解本发明的结构和细节上的各种改变。
本申请要求基于2018年8月30日提交的日本专利申请No.2018-161342的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
参考标记列表
1,7 处理单元
2 光源
3 光学复用器/解复用器
4 光学检测单元
5 比较器
6 阈值电压生成单元
8 A/D转换器
11 运算单元
12 脉冲发生器
13 阈值电压控制单元
14 计时器
21 LD模块
22 驱动电路
41 光接收元件
42 放大器
71 运算单元
100,200,300,600 光学时域反射仪
1000 光学通信网络
1001 监视控制设备
BL 返回光
CB 电流信号
COMP 比较信号
CON1,CON2 控制信号
M1,M2 波长滤波器
ML 监控光
P11至P13,P21至P23 端口
TL 光学传输线路
TP 端子
TR1,TR2 光学传输装置
TS1,TS2 终端站
VB 检测信号

Claims (12)

1.一种光学时域反射仪，包括：
光源，所述光源被配置为输出监视光；
光学检测单元，所述光学检测单元被配置为检测来自光学传输线路的返回光并且输出指示所述返回光的强度的检测信号；
光学复用器/解复用器，所述光复用/解复用器被配置为将从所述光源输入的所述监视光输出到所述光学传输线路，并且将从所述光学传输线路输入的所述返回光输出到所述光学检测单元；
处理单元，所述处理单元被配置为检测所述检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测所述检测信号的值变为小于不同于所述第一阈值的第二阈值的第二时刻，以及计算第一变化率，所述第一变化率是在所述第一时刻和所述第二时刻之间的时段中的所述检测信号的变化率，其中，
所述处理单元：
通过改变所述第一阈值和所述第二阈值，计算多个时段的所述第一变化率；以及
当作为第一时段中的所述第一变化率和与所述第一时段相邻的第二时段中的所述第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与所述第一时段中的所述第一时刻或所述第二时刻相对应的位置检测为所述光学传输线路的破坏位置。
2.根据权利要求1所述的光学时域反射仪，其中，所述第一时段中的所述第二阈值等于所述第二时段中的所述第一阈值。
3.根据权利要求1或2所述的光学时域反射仪，其中，
所述第二阈值Vthi由Vthi+1＝Vthi+ΔVi或Vthi+1＝Vthi-ΔVi表示，其中，
将i定义为等于或大于0的整数，
将所述检测信号的值变为小于所述第一阈值Vthi的时刻定义为Ti，
将所述检测信号的值变为所述小于第二阈值Vthi+1的时刻定义为Ti+1，
将所述第一阈值Vthi和所述第二阈值Vthi+1之间的差的绝对值定义为ΔVi，以及
将当i＝0时的所述第一阈值Vthi的初始值定义为Vth0。
4.根据权利要求3所述的光学时域反射仪，其中，
当i等于或大于1时，将所述第一时段中的所述第一变化率定义为Ri-1，将所述第二时段中的所述第一变化率定义为Ri，
所述第二变化率ΔRi由ΔRi＝|Ri-Ri-1|表示。
5.根据权利要求4所述的光学时域反射仪，其中，
当所述第二变化率ΔRi变为大于所述变化率阈值时，
所述处理单元：
在Vthi+1＝Vthi+ΔVi的情况下，将与所述第一时刻相对应的位置检测为所述光学传输线路的所述破坏位置，并且
在Vthi+1＝Vthi-ΔVi的情况下，将与所述第二时刻相对应的位置检测为所述光学传输线路的所述破坏位置。
6.根据权利要求2所述的光学时域反射仪，其中，当所述检测信号大于所述第一阈值且小于第三阈值时，所述处理单元检测到在所述光学传输线路中已经发生了与所述破坏不同的故障。
7.根据权利要求6所述的光学时域反射仪，其中，当所述检测信号大于所述第一阈值且小于所述第三阈值时，所述处理单元检测到所述光学传输线路已经劣化。
8.根据权利要求6所述的光学时域反射仪，其中，当所述检测信号变为小于所述第三阈值并且然后所述检测信号变为大于所述第三阈值时，所述处理单元检测到通过所述光学传输线路传输的所述光学信号的瞬时中断已经发生。
9.根据权利要求7或8所述的光学时域反射仪，其中，所述第三阈值是与所述光学传输线路的末端处的所述返回光的强度相对应的值。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的光学时域反射仪，其中，当所述返回光从比所述光学传输线路的预定长度远的位置返回时，所述处理单元将被检测为所述破坏位置的位置与所述光学时域反射仪之间的距离设置为所述光学传输线路的长度。
11.一种光学传输线路的测试方法，包括：
将监视光输出到光学传输线路；
检测来自所述光学传输线路的返回光，并且输出指示所述返回光的强度的检测信号；以及
检测所述检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测所述检测信号的值变为小于不同于所述第一阈值的第二阈值的第二时刻，以及计算第一变化率，所述第一变化率是在所述第一时刻和所述第二时刻之间的时段中的所述检测信号的变化率，其中，
通过改变所述第一阈值和所述第二阈值，计算多个时段的所述第一变化率；以及
当作为第一时段中的所述第一变化率和与所述第一时段相邻的第二时段中的所述第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与所述第一时段中的所述第一时刻或所述第二时刻相对应的位置检测为所述光学传输线路的破坏位置。
12.一种光学传输线路的测试系统，包括：
第一光学传输装置，所述第一光学传输装置被配置为发送和接收光学信号；
第二光学传输装置，所述第二光学传输装置被配置为发送和接收所述光学信号；
光学传输线路，所述光学传输线路连接所述第一光学传输装置和所述第二光学传输装置；以及
光学时域反射仪，所述光学时域反射仪被连接到所述第一光学传输装置，并且被配置为测试所述光学传输线路；其中，
所述光学时域反射仪包括：
光源，所述光源被配置为输出监视光；
光学检测单元，所述光学检测单元被配置为检测来自所述光学传输线路的返回光并且输出指示所述返回光的强度的检测信号；
光学复用器/解复用器，所述光复用/解复用器被配置为将从所述光源输入的所述监视光输出到所述光学传输线路，并且将从所述光学传输线路输入的所述返回光输出到所述光学检测单元；
处理单元，所述处理单元被配置为检测所述检测信号的值变为小于第一阈值的第一时刻，检测所述检测信号的值变为小于不同于所述第一阈值的第二阈值的第二时刻，以及计算第一变化率，所述第一变化率是在所述第一时刻和所述第二时刻之间的时段中的所述检测信号的变化率，其中，
所述处理单元：
通过改变所述第一阈值和所述第二阈值，计算多个时段的所述第一变化率；以及
当作为第一时段中的所述第一变化率和与所述第一时段相邻的第二时段中的所述第一变化率之间的变化率的第二变化率大于变化率阈值时，将与所述第一时段中的所述第一时刻或所述第二时刻相对应的位置检测为所述光学传输线路的破坏位置。
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