CN114710202B - 一种基于光时域反射在线监测系统及相应的监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于光时域反射在线监测系统及相应的监测方法，所述系统包括光测量模块和监控装置，其中所述光测量模块包括功率探测子单元、判别单元、提醒信号发生单元以及发射单元；所述功率探测子单元用于对流过检测用的光纤的光信号的强度进行测量以获得光强度数据，所述判别单元用于根据所述光强度数据判断出光纤是否出现问题，所述监控装置用于从所述光测量模块接收所述提醒信号。该监测方法可以在光缆出现异常时自动告警，能够优化监测光缆过程中人工成本高、告警不及时的问题。

Description

一种基于光时域反射在线监测系统及相应的监测方法

技术领域

本发明涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种用于实时地发现光缆中的问题光纤的检测手法。

背景技术

现今，基于光纤的通信技术及相应衍生出来的光通信网络的应用规模在不断地扩大，许多场景中所使用的传统通信方式被光纤通信所取代，而在通信光缆中检测光纤是否能正常运行就显得很有必要，如何在通信光纤出现问题后对其进行及时地发现和定位，就成了当下急需解决的一个问题。现阶段，虽然有众多的光纤检测系统能对光纤的运行状态和环境进行监测，但是多数是基于人工的方式，具体地，是在通信光纤出现问题后，由用户去查询并通过使用经验数学算法去确定出问题发生的位置，然后再通过常见的无线通信方式告知运维人员，运维人员再使用特定的因素去限定检查的范围，这过程通常需要若干个小时才能完成。因此现有的技术解决方案存在人工成本高、监测效率低等问题。在这种情况下，如何利用程序与设备的交互，做到对光缆的实时自动监控，成为了一个急需解决的问题。

发明内容

鉴于上述因素的不足，本发明提出一种基于光时域反射在线监测系统及相应的监测方法，它可以在光缆出现异常时自动告警，能够优化监测光缆过程中人工成本高、告警不及时的问题。

本发明提出的技术方案如下：

一种基于光时域反射在线监测系统，所述系统包括光测量模块和监控装置，其中所述光测量模块包括功率探测子单元、判别单元、提醒信号发生单元以及发射单元；所述功率探测子单元用于对流过检测用的光纤的光信号的强度进行测量以获得光强度数据，所述判别单元用于根据所述光强度数据判断出光纤是否出现问题，提醒信号发生单元用于在得知光纤出现问题之后，产生相应的用于提醒用户光纤出现问题的信号，所述提醒信号连同所述光强度数据一并通过所述发射单元发送给所述监控装置；所述监控装置用于从所述光测量模块接收所述提醒信号。

进一步地，所述系统还包括光时域反射器，所述光时域反射器用于将光信号输入到需要检测的光纤中，并对从该检测的光纤所反射回来的光信号进行测量；所述监控装置还包括光时域反射器控制单元，其用于在接收到所述提醒信号时，发出指令以指示所述光时域反射器对所述反射回来的光信号进行测量。

进一步地，所述监控装置还包括光纤损坏地点确定单元和损坏点地图位置确定单元，其中所述光纤损坏地点确定单元用于根据获得的光时域发射测量结果确定出光缆出现质量问题的位置，而损坏点地图位置确定单元根据所述光纤损坏地点确定单元所确定的光纤出现质量问题的位置给出该位置在地图上的坐标显示。

进一步地，所述监控装置还包括损坏原因确定单元，其可以根据由所述光测量模块发送过来的光纤的光时域反射测量后的数据来推断出光纤所发生的质量问题原因。

进一步地，所述推断出光纤所发生的质量问题原因具体包括：在初始化录入光缆信息时，录入对应的监测距离，设定光缆的长度为 1km，那么在获取到otdr波形之后，根据算法分析对应事件，得到对应的光缆反射事件，这里假设事件的损耗值为ydb，得到的otdr波形长度为x，那么，系统需要进行判断，如果x<1km-20m,那么结合告警门限，确定系统生成断纤，如果x>1km+20m,确定系统出现光缆延长的问题；如果x=1km±20m，那么系统判定光缆长度正常，接着再根据事件损耗，判断0.5<y<2db是否成立，如果成立系统生成光缆损耗一般告警，如果2<y<5db,系统生成光缆损耗重要告警，如果y>5db,系统生成光缆损耗严重告警。

进一步地，光测量模块含有用于对模块结构内部的温度进行检测的温度探测器，检测出的温度可以对功率探测子单元所输出的光强度的数值进行补偿。

进一步地，光测量模块以查找表的形式记录了温度探测器所输出的电压与补偿因数a和b的关系，不同的温度探测值对应着不同的电压输出值，在探测出温度值后，可以通过上述查找表获得a和b的值，进而通过式子S1=a*S0-b得出补偿后的光强值，其中S0为补偿前的光强值，补偿后的光强值数值被输入到所述判别单元。

此外，本发明还提出一种基于光时域反射在线监测方法，其由光时域反射在线监测系统执行，所述系统包括光测量模块和监控装置，其中所述光测量模块包括功率探测子单元、判别单元、提醒信号发生单元以及发射单元；所述监控装置首先监测是否有提醒信号从所述光测量模块发送过来，如果判断为是的话，则由所述监控装置中的光时域反射器控制单元通过唤醒指令启动光时域反射器，并通过预设的光纤测量关系对应表确定要使用光时域反射测量的检测光纤，其中所述预设的光纤测量关系对应表记录了需要被检测的光纤与实际发生质量问题的光纤之间的对应关系；随后将获得的结果保存在所述监控装置所包含的光时域发射测量结果存储子单元中；所述监控装置所包含的光纤损坏地点确定单元根据上述的测量结果定位出光纤在信号传输方向上出现损坏的位置，并将该位置数据保存在所述监控装置所包含的计算结果存储单元中。

此外，还提出了一种计算机可读存储介质，其包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，能够完成上述本申请所公开的基于光时域反射在线监测方法。

本发明提出的检测系统结合使用了光时域反射器和光测量模块，可以在线地、无需工作人员参与的情况下由光测量模块发现出现异常现象的光纤时及时地发出提醒信号，接着启动光时域反射器来对出现问题的具体位置进行定位，不用工作人员去到现场，就能精确推断出问题原因以及获知问题发生位置，为制定抢修方案提供了支撑，能够有效地降低问题排查时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例中的用于对光缆进行监控的检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中对光缆中问题光纤进行发现及定位的流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个” 及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示的检测系统可以对光缆中的光纤是否存在质量问题进行监控，光缆埋藏于地下并连接于不同的楼栋内的主机，其包含有多根光纤，在对光纤进行质量诊断时，如果每一条都由工作人员使用设备去逐条检测，将会耗费大量的人力物力，效率不高，并且监控结果实时性也不强。

为此，在对光缆进行检测时，我们只抽取部分光纤用于检测。为了能尽可能地反映光缆内众多光纤的位置分布，选取了以光缆圆周方向上的彼此相隔固定距离的光纤作为检测用的光纤，由于越是靠近光缆外侧部分的光纤越容易出现问题，因此尽可能地选择光缆外边缘方向上的光纤用于检测。

检测系统包括有光时域反射器1、光测量模块2、监控装置3以及监控器6。其中光时域反射器1由光源11和选择单元12构成，光测量模块2由功率探测子单元21、判别单元22、提醒信号发生单元23、发射单元24组成，监控装置3由光时域反射器控制单元31、光纤损坏地点确定单元32、损坏点地图位置确定单元33、损坏原因确定单元34、存储单元4以及显示单元5组成，而存储单元4则由测量光纤关系表存储子单元41、提醒信息存储子单元42、光时域发射测量结果存储子单元43、计算结果存储单元44和地图数据存储子单元45组成。

光测量模块2可以对经光纤传输的光的强度，并且在检测出问题的情况下发送提醒信号，该提醒信号传输到监控装置3中。光时域反射器1通过光源11可以生成检测用的光信号，由选择单元12确定出上述用于测量的光纤，将该光信号传输到确定出的测量的光纤，并对反射回来的光的强度进行检测，获得的检测数据接着发送给监控装置3。

监控装置3根据上述强度数据或者提醒信号来获知光缆内的光纤的状态，确定出其是否存在问题。在确定出存在问题的情况下，定位发生问题的位置。监控器6与监控装置3连接，关于光纤出现问题而引起的光强度变化以及相关的问题位置点的数据都在监控器6上面显示。在本发明中，由于将光测量模块2和光时域反射器1结合使用，使得可以实现对光缆中众多光纤的精准的监测并且可以定位出出现问题的位置。

具体地，功率探测子单元21对流过检测用的光纤的光信号的强度进行测量获得光强度数据，而判别单元22根据该光强度值与预先设定好的门限值进行比较，如果探测出的光强度值（例如在某特定时间段内的光强度均值）小于所述的门限值，则确定出光纤出现问题。此时，在得知光纤出现问题之后，提醒信号发生单元23产生相应的用于提醒用户光纤出现问题的信号，该提醒信号连同光强度数据一并通过发射单元24发送给监控装置3。

此外，光测量模块2含有用于对模块结构内部的温度进行检测的温度探测器，检测出的温度可以对功率探测子单元21所输出的光强度的数值进行补偿，光测量模块2以查找表的形式记录了温度探测器所输出的电压与补偿因数a和b的关系，不同的温度探测值对应着不同的电压输出值，因此在探测出温度值后，可以通过上述查找表获得a和b的值，进而通过式子S1=a*S0-b得出补偿后的光强值，其中S0为补偿前的光强值。补偿后的光强值数值被输入到判别单元22。

监控装置3在接收到上述提醒信号之后，监控装置3内的光时域反射器控制单元31发出控制信号使光时域反射器1对来自此刻由光纤所发射回来的光信号进行检测，存储单元4的测量光纤关系表存储子单元41内保存有光纤测量关系对应表，该表记录了需要被检测的光纤与实际发生质量问题的光纤之间的对应关系。光时域反射器控制单元31通过该对应表，确定出要使用光时域反射器1进行测量的光纤，光时域反射器1通过选择单元12选择出检测检测用的测量光纤。例如，对于一条光缆而言，选择出四条用于检测的测量光纤，当出现在光缆中的某段光纤发生质量问题的情况下，根据该发生质量问题的光纤与检测用的测量光纤的位置关系，确定出要作为检测用的测量光纤，只需要对该检测用的测量光纤进行测量即可。

提醒信息存储子单元42将收到提醒信号的具体时间、出现质量问题的光纤的标识以及问题类型等信息记录下来，而光时域反射检测的结果则保存在光时域发射测量结果存储子单元43中。

光时域反射器控制单元31可以被设置为按照一定的周期开展检测行为，例如，以预设的时间段作为周期来检测用的光纤进行测量，以查明光纤是否在使用过程中出现问题，检查的结果数据保存在光时域发射测量结果存储子单元43中。

光纤损坏地点确定单元32利用获得的光时域发射测量结果并结合存储子单元43中的光强测量结果可以确定出光纤出现质量问题的位置。具体地，光纤损坏地点确定单元32可以计算出该出现质量问题的位置距离光缆端口的直线距离，该距离保存在计算结果存储单元44中。

损坏点地图位置确定单元33根据地图数据存储子单元45的地图电子数据以及光纤损坏地点确定单元32所确定的光缆出现质量问题的位置给出该位置在地图上的坐标显示。

损坏原因确定单元34可以根据由光测量模块2发送光纤的光时域反射测量后的数据来推断出光纤所发生的质量问题原因，例如，可以将光强数值与一定的门限值进行比较以确定问题出现的原因，这个门限值也称为告警门限，结合告警门限，将告警区分为光缆断纤告警、光缆损耗告警、光缆延长告警。其中，光缆断纤告警的门限，主要是设置被监测的光缆长度是否变短，光缆损耗告警则是区分为一般告警、重要告警、严重告警，分别对应的光缆每公里的平均损耗是否在0.5-2db、2-5db、5db以上；光缆延长告警则是判断光缆长度是否会突然变长，突然变长则表示有人偷接光缆。

在初始化录入光缆信息时，录入对应的监测距离，例如光缆的长度为 1km，那么在获取到otdr波形之后，根据算法分析对应事件，得到对应的光缆反射事件，这里假设事件的损耗值为ydb，得到的otdr波形长度为x，那么，系统需要进行判断，如果x<1km-20m,那么结合告警门限，系统生成断纤告警，如果x>1km+20m,系统生成光缆延长告警。如果x=1km±20m，那么系统判定光缆长度正常，接着再根据事件损耗，判断0.5<y<2db是否成立，如果成立系统生成光缆损耗一般告警，如果2<y<5db,系统生成光缆损耗重要告警，如果y>5db,系统生成光缆损耗严重告警；如果光缆没有出现问题，那么就继续进行下一轮的光缆监控，反之则生成告警信息并以短信等方式通知光缆维护人员，使光缆维护人员可以快速得知光缆出现问题，并且得知光缆告警类型（断纤、纤芯质量损耗等）与告警点所属的光缆光路距离。

参见图2的流程图，该流程图描绘了在监控装置3的控制下完成光纤质量检测的流程。监控装置3首先监测是否有提醒信号发送过来，具体地，由光时域反射器控制单元31来确定是否存在提醒信号，如果为否，则重复上述监测步骤，如果为是的话，则由光时域反射器控制单元31通过唤醒指令启动光时域反射器1，并通过上述光纤测量关系对应表确定要使用光时域反射测量的检测光纤。

然后，控制选择单元12将要测量的检测光纤接入到光时域反射器1的光源11中，并进行光时域反射测量，随后将获得的结果保存在光时域发射测量结果存储子单元43中，对其它检测光纤测量时，只需重复上述的步骤即可。

接下来，光纤损坏地点确定单元32根据上述的测量结果定位出光纤在信号传输方向上出现损坏的位置，并将该位置数据保存在计算结果存储单元44中。具体地，损坏点地图位置确定单元33将调用地图数据存储子单元45的数据将出现问题的位置在地图上显示出来，同时把显示的位置数据保存在计算结果存储单元44中。

最后，损坏原因确定单元34根据由光测量模块2发送给的光纤的光强数据来推断出光纤所发生的质量问题原因，并将其保存在计算结果存储单元44中，至此完成整个测量过程。

此外，监控装置3还配置有显示单元5，该显示单元5将为用户提供查看光纤实时运行状态的各个菜单模块，例如光纤信息模块、问题原因模块等。当用于点击这些菜单模块后，便可以监控器6中详细地显示出与各个菜单模块对应的细节信息，方便用户实时了解情况。

综上，本发明提出的检测系统结合使用了光时域反射器和光测量模块，可以在线地、无需工作人员参与的情况下由光测量模块发现出现异常现象的光纤时及时地发出提醒信号，接着启动光时域反射器来对出现问题的具体位置进行定位，不用工作人员去到现场，就能精确推断出问题原因以及获知问题发生位置，为制定抢修方案提供了支撑，能够有效地降低问题排查时间。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品 销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解， 本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中， 该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中， 所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、 对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括： 能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、 磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软 件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照 前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特 征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发 明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于光时域反射在线监测系统，其特征在于：所述系统包括光测量模块和监控装置，其中所述光测量模块包括功率探测子单元、判别单元、提醒信号发生单元以及发射单元；所述功率探测子单元用于对流过检测用的光纤的光信号的强度进行测量以获得光强度数据，所述判别单元用于根据所述光强度数据判断出光纤是否出现问题，所述提醒信号发生单元用于在得知光纤出现问题之后，产生相应的用于提醒用户光纤出现问题的信号，所述提醒信号连同所述光强度数据一并通过所述发射单元发送给所述监控装置；所述监控装置用于从所述光测量模块接收所述提醒信号；所述在线监测系统还包括光时域反射器，所述光时域反射器由光源和选择单元构成；所述监控装置包括存储单元，所述存储单元包含测量光纤关系表存储子单元，该表记录了需要被检测的光纤与实际发生质量问题的光纤之间的对应关系；

所述选择单元在所述监控装置通过所述测量光纤关系表确定出需要被检测的光纤后，将相应的光纤作为检测用的测量光纤；其中，在对光缆进行检测时，选取以光缆圆周方向上的彼此相隔固定距离的光纤作为检测用的光纤，进一步地，选择所述光缆外边缘方向上的光纤用于检测；

所述监控装置还包括损坏原因确定单元，其可以根据由所述光测量模块发送过来的光纤的光时域反射测量后的数据来推断出光纤所发生的质量问题原因；所述推断出光纤所发生的质量问题原因具体包括：在初始化录入光缆信息时，录入对应的监测距离，设定光缆的长度为 1km，那么在获取到otdr波形之后，根据算法分析对应事件，得到对应的光缆反射事件，这里假设事件的损耗值为ydb，得到的otdr波形长度为x，那么，系统需要进行判断，如果x<1km-20m,那么结合告警门限，系统生成断纤告警，如果x>1km+20m,确定系统出现光缆延长的问题；如果x=1km±20m，那么系统判定光缆长度正常，接着再根据事件损耗，判断0.5<y<2db是否成立，如果成立系统生成光缆损耗一般告警，如果2<y<5db,系统生成光缆损耗重要告警，如果y>5db,系统生成光缆损耗严重告警。

2.根据权利要求1所述的系统，所述光时域反射器用于将光信号输入到需要检测的光纤中，并对从该检测的光纤所反射回来的光信号进行测量；所述监控装置还包括光时域反射器控制单元，其用于在接收到所述提醒信号时，发出指令以指示所述光时域反射器对所述反射回来的光信号进行测量。

3.根据权利要求1所述的系统，所述监控装置还包括光纤损坏地点确定单元和损坏点地图位置确定单元，其中所述光纤损坏地点确定单元用于根据获得的光时域发射测量结果确定出光缆出现质量问题的位置，而损坏点地图位置确定单元根据所述光纤损坏地点确定单元所确定的光纤出现质量问题的位置给出该位置在地图上的坐标显示。

4.根据权利要求1所述的系统，所述光测量模块含有用于对模块结构内部的温度进行检测的温度探测器，检测出的温度可以对功率探测子单元所输出的光强度的数值进行补偿。

5.根据权利要求4所述的系统，所述光测量模块以查找表的形式记录了温度探测器所输出的电压与补偿因数a和b的关系，不同的温度探测值对应着不同的电压输出值，在探测出温度值后，可以通过上述查找表获得a和b的值，进而通过式子S1=a*S0-b得出补偿后的光强值，其中S0为补偿前的光强值，补偿后的光强值数值被输入到所述判别单元。

6.一种基于光时域反射在线监测方法，该方法由光时域反射在线监测系统执行，其特征在于：所述系统包括光测量模块和监控装置，其中所述光测量模块包括功率探测子单元、判别单元、提醒信号发生单元以及发射单元；

所述监控装置首先监测是否有提醒信号从所述光测量模块发送过来，如果判断为是的话，则由所述监控装置中的光时域反射器控制单元通过唤醒指令启动光时域反射器，并通过预设的光纤测量关系对应表确定要使用光时域反射测量的检测光纤，其中所述预设的光纤测量关系对应表记录了需要被检测的光纤与实际发生质量问题的光纤之间的对应关系；在对光缆进行检测时，选取以光缆圆周方向上的彼此相隔固定距离的光纤作为检测用的光纤，进一步地，选择所述光缆外边缘方向上的光纤用于检测；

随后将获得的结果保存在所述监控装置所包含的光时域发射测量结果存储子单元中；所述监控装置所包含的光纤损坏地点确定单元根据上述的测量结果定位出光纤在信号传输方向上出现损坏的位置，并将该位置数据保存在所述监控装置所包含的计算结果存储单元中；所述监控装置还包括损坏原因确定单元，其可以根据由所述光测量模块发送过来的光纤的光时域反射测量后的数据来推断出光纤所发生的质量问题原因；所述推断出光纤所发生的质量问题原因具体包括：在初始化录入光缆信息时，录入对应的监测距离，设定光缆的长度为 1km，那么在获取到otdr波形之后，根据算法分析对应事件，得到对应的光缆反射事件，这里假设事件的损耗值为ydb，得到的otdr波形长度为x，那么，系统需要进行判断，如果x<1km-20m,那么结合告警门限，确定系统生成断纤告警，如果x>1km+20m,确定系统出现光缆延长的问题；如果x=1km±20m，那么系统判定光缆长度正常，接着再根据事件损耗，判断0.5<y<2db是否成立，如果成立系统生成光缆损耗一般告警，如果2<y<5db,系统生成光缆损耗重要告警，如果y>5db,系统生成光缆损耗严重告警。

7.一种计算机可读存储介质，其包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，能够完成权利要求6所述的基于光时域反射在线监测方法。

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