CN116412899A - 光纤振动监测装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光纤振动监测装置，其中，光纤振动监测装置包括：板卡本体，接入于波分设备的光层中，板卡本体包括；发送组件，发送组件用于生成发送对光纤振动进行监测的激光；接收组件，接收组件的输入端与发送组件的输出端连接，用于接收激光对光纤振动进行监测；主控模块，连接于发送组件的输入端和接收组件的输出端，用于控制发送组件生成激光，和/或根据接收组件确定光纤的振动监测结果。通过本公开实施例，可以在不占用光纤的业务分路和增加第三方平台的前提下，实现对光纤振动的及时监测，有效降低外破导致光缆中断的概率，既保障了光缆的性能及可靠性，又提升了运维的及时性。

Description

光纤振动监测装置

技术领域

本公开涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种光纤振动监测装置。

背景技术

目前，随着基建工程的增多造成光纤光缆外破事故频发，传统监测方式是使用φ-OTDR仪表或者sagnac干涉仪表进行光缆异常振动监测，但是现有光纤振动监测方案存在以下技术缺陷：

(1)业界φ-OTDR仪表体积高达4U，部署环境复杂，设计及施工难度大，不适用于大规模部署。该仪表内部通常集成调制驱动、上位机、多个耦合器等元器件，无法实现轻量化，不适用于运营商光网络大规模监测需求。此外运营商网管系统具有数据分析功能，因此仪表内的上位机与多个数据处理芯片是冗余的。

(2)sagnac干涉仪表存在监测光缆必须成环的弊端，且由于为非分布式监测，对于光缆异常振动不敏感，因此同样不适用于运营商光网络需求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种光纤振动监测装置，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的光纤振动方案可靠性差的问题。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种光纤振动监测装置，包括：板卡本体，接入于波分设备的光层中，所述板卡本体包括；发送组件，所述发送组件用于生成发送对光纤振动进行监测的激光；接收组件，所述接收组件的输入端与所述发送组件的输出端连接，用于接收所述激光对所述光纤振动进行监测；主控模块，连接于所述发送组件的输入端和所述接收组件的输出端，用于控制所述发送组件生成所述激光，和/或根据所述接收组件确定所述光纤的振动监测结果。

在本公开的一种示例性实施例中，所述发送组件包括：

激光发送模块，所述激光发送模块连接于所述主控模块，所述主控模块控制所述激光发送模块生成所述激光。

在本公开的一种示例性实施例中，第一光纤放大模块，所述第一光纤放大模块的输入端连接至所述激光发送模块的输出端，所述激光通过所述第一光纤放大模块进行放大。

在本公开的一种示例性实施例中，所述发送组件还包括：

环形器，所述环形器的输入端连接至所述第一光纤放大模块的输出端，经所述第一光纤放大模块放大后的激光输入至所述环形器，所述环形器基于瑞利散射生成所述光纤振动的监测信号。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激光发送模块包括窄线宽激光器，所述窄线宽激光器连接于所述主控模块，以根据所述主控模块的控制指令生成指定线宽的所述激光。

在本公开的一种示例性实施例中，所述窄线宽激光器集成有面向服务的架构的一体化组件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接收组件包括：

第二光纤放大模块，所述第二光纤放大模块的输入端连接至所述环形器的输出端，用于对所述监测信号进行放大。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二光纤放大模块包括集成有PIN和掺铒光纤放大器的一体化组件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接收组件还包括：

数据采集模块，所述数据采集模块的输入端连接至所述第二光纤放大模块的输出端，所述数据采集模块用于对所述监测信号进行收集。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接收组件还包括：

数据预处理模块，所述数据预处理模块的输入端连接至所述数据采集模块的输出端，所述数据预处理模块用于对所述监测信号进行降噪处理。

本公开实施例，通过设置光纤振动监测装置包括板卡本体接入于波分设备的光层中，所述板卡本体包括发送组件，所述发送组件用于生成发送对光纤振动进行监测的激光，以及设置所述接收组件的输入端与所述发送组件的输出端连接，用于接收所述激光对所述光纤振动进行监测，以及设置主控模块连接于所述发送组件的输入端和所述接收组件的输出端，用于控制所述发送组件生成所述激光，和/或根据所述接收组件确定所述光纤的振动监测结果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本公开示例性实施例中一种光纤振动监测装置的示意图；

图2是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图3是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图4是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图5是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图6是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图7是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图8是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图9是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图10是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图；

图11是本公开示例性实施例中另一种光纤振动监测装置的示意图，

上述附图的附图标记与结构之间的对应关系如下：

板卡本体100100、发送组件102、接收组件104、主控模块106、激光发送模块202、第一光纤放大模块302、环形器402、窄线宽激光器502、第二光纤放大模块602、数据采集模块702、数据预处理模块802、窄线宽激光器+SOA一体化模块902、EDFA 904、PIN+EDFA一体化模块906、单通道数据采集卡908、运营商网管系统910、工单系统1000、运维人员客户端1002、光开关1102、光层设备1104、光缆1106。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

下面结合附图对本公开示例实施方式进行详细说明。

图1是本公开示例性实施例中光纤振动监测装置的示意图。

参考图1，光纤振动监测装置可以包括：

板卡本体，接入于波分设备的光层中，所述板卡本体包括。

发送组件102，所述发送组件102用于生成发送对光纤振动进行监测的激光。

接收组件104，所述接收组件104的输入端与所述发送组件102的输出端连接，用于接收所述激光对所述光纤振动进行监测。

主控模块106，连接于所述发送组件102的输入端和所述接收组件104的输出端，用于控制所述发送组件102生成所述激光，和/或根据所述接收组件104确定所述光纤的振动监测结果。

本公开实施例，通过设置光纤振动监测装置包括板卡本体接入于波分设备的光层中，所述板卡本体包括发送组件102，所述发送组件102用于生成发送对光纤振动进行监测的激光，以及设置所述接收组件104的输入端与所述发送组件102的输出端连接，用于接收所述激光对所述光纤振动进行监测，以及设置主控模块106连接于所述发送组件102的输入端和所述接收组件104的输出端，用于控制所述发送组件102生成所述激光，和/或根据所述接收组件104确定所述光纤的振动监测结果。

下面，对光纤振动监测装置的各步骤进行详细说明。

在本公开的一种示例性实施例中，所述发送组件102包括：

激光发送模块202，所述激光发送模块202连接于所述主控模块106，所述主控模块106控制所述激光发送模块202生成所述激光。

在本公开的一种示例性实施例中，第一光纤放大模块302，所述第一光纤放大模块302的输入端连接至所述激光发送模块202的输出端，所述激光通过所述第一光纤放大模块302进行放大。

在本公开的一种示例性实施例中，通过第一光纤放大模块302对激光进行放大，以输出至环形器进行振动监测，有利于提高振动监测的可靠性。

在本公开的一种示例性实施例中，第一光纤放大模块302可以基于EDFA实现信号放大，EDFA噪声低，增益曲线好，放大器带宽大，与波分复用(WDM)系统兼容，泵浦效率高，工作性能稳定。

在本公开的一种示例性实施例中，所述发送组件102还包括：

环形器402，所述环形器402的输入端连接至所述第一光纤放大模块302的输出端，经所述第一光纤放大模块302放大后的激光输入至所述环形器402，所述环形器402基于瑞利散射生成所述光纤振动的监测信号。

在本公开的一种示例性实施例中，环形器是磁场偏置铁氧体材料各向异性特性，微波结构有微带式、波导式、带状线和同轴式，其中以微带三端环形器用的最多，用铁氧体材料作介质，上置导带结构，加恒定磁场，就具有环行特性，如果改变偏置磁场的方向，环行方向就会改变。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激光发送模块202包括窄线宽激光器502，所述窄线宽激光器502连接于所述主控模块106，以根据所述主控模块106的控制指令生成指定线宽的所述激光。

在本公开的一种示例性实施例中，窄线宽激光器502也可以称作窄线宽光纤激光器，属于光纤激光器的一种，继承了光纤激光器比表面积大、光束质量好等特点，同时也具有自身的特性，如窄线宽与低相位噪声，通常所指的窄线宽光纤激光器波长为1550nm，1550nm是主要的光纤通信和光纤传感的信号波段。

在本公开的一种示例性实施例中，所述窄线宽激光器502集成有面向服务的架构的一体化组件。

在本公开的一种示例性实施例中，面向服务的架构是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接收组件104包括：

第二光纤放大模块602，所述第二光纤放大模块602的输入端连接至所述环形器402的输出端，用于对所述监测信号进行放大。

在本公开的一种示例性实施例中，通过设置第二光纤放大模块602对监测信号进行放大，有利于进一步地提高振动监测的可靠性和准确性。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二光纤放大模块602包括集成有PIN和掺铒光纤放大器的一体化组件。

在本公开的一种示例性实施例中，掺铒光纤放大器即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3+的光信号放大器，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接收组件104还包括：

数据采集模块702，所述数据采集模块702的输入端连接至所述第二光纤放大模块602的输出端，所述数据采集模块702用于对所述监测信号进行收集。

在本公开的一种示例性实施例中，所述接收组件104还包括：

数据预处理模块802，所述数据预处理模块802的输入端连接至所述数据采集模块702的输出端，所述数据预处理模块802用于对所述监测信号进行降噪处理。

在本公开的一种示例性实施例中，光纤振动监测装置为1/4槽位、1U高的板卡形态，板卡本体100的架构如9和图10所示，具体特征如下：

(1)发送组件102采用窄线宽激光器+SOA(Service-Oriented Architecture，面向服务的结构)的一体化模块902，代替传统大体积的声光调制器与激光器分离器件，且无需引入额外调制驱动器、拉曼放大器与耦合器。此外，该一体化模块可通过主控模块106实现网管直接配置板卡的激光器监测光波长，实现光纤中的业务信号与监测信号同纤芯传输，无需占用额外的空闲纤芯，有效降低了硬件占用空间。

(2)接收组件104采用PIN(光电二极管)+EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)一体化模块，代替传统的平衡探测器和拉曼放大器分离器件，且无需额外的耦合器及多级探测器和放大器，该一体化模块采用互联放大和噪声抑制相结合的技术处理，提高信噪比从而获得高质量的信号输出给后级数据采集卡。同时使用单通道数据采集卡908代替传统双通道采集卡来采集监测信号强度信息，有效节省板卡空间，降低板卡体积，保证本装置的轻量化实现。

(3)采用主控模块106代替传统上位机与多个数据处理芯片，主控模块106可与网管直接通信与数据传输，包具有配置激光器监测波长、以及将数据预处理模块802中的数据传输至运营商网管系统910进行后续数据分析等功能，从而实现板卡内元器件的轻量化。

(3)运营商网管系统910通过板卡的主控模块106，对板卡下发监测命令。

(4)窄线宽激光器+SOA一体化模块902产生指定波长的监测信号，与业务信号共纤传输。

(5)EDFA 904对监测信号进行放大，提升监测信号强度，保证监测信号在光纤中的长距离传输。

(6)基于瑞利散射原理，监测信号通过环形器402传输至PIN+EDFA一体化模块906，实现监测信号的探测和放大。

(7)单通道数据采集卡908采集监测信号的强度信息。

(8)数据预处理模块802对单通道数据采集卡908输出的数据进行降采样与降噪处理，提取关键数据。

(9)预处理后的数据通过主控模块106传输至运营商网管系统910进行后续分析，判断本监测周期内是否存在光缆异常振动情况。

(10)若运营商网管系统910判断存在光缆异常振动情况，则判断光缆存在外破可能性，通过工单系统1000派发工单，通过运维人员客户端1002通知运维人员及时处理，并将处理后的光缆数据通过工单系统1000回传至运营商网管系统910，实现光缆数据的闭环更新。

在本公开的一种示例性实施例中，运营商网关系统912与光缆1106之间设置有光开关1102，本公开的实施例限定的光纤振动监测装置集成于光层设备1104的Φ-OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪)板卡中，对光纤1106的振动信号进行监测。

与现有技术相比，通过本公开的技术方案的板卡适用于运营商光网络所有光层设备中，为其提供光缆振动监测能力，从而实现光缆实时外破预警与主动运维，有效避免了业务异常后才能发现外破导致光缆中断的情况。大幅提升了光纤光缆运维效率和资源监测的智能化水平。同时无需引入第三方平台，保证了光缆数据的安全性与及时性。可在保证光缆异常振动监测的基础上，无需占用大量机架空间与额外光缆纤芯，同时不存在设备形态体积和功耗受限的问题，有效降低光缆监测与运维成本。光层设备插入本专利板卡，板卡可通过光开关与光缆相连，也可与光缆纤芯直连，网管系统通过对板卡下发监测命令，进行光缆振动监测，实现外破风险的主动发现与风险点自动定位，有效降低外破导致光缆中断影响业务的风险，保障主动运维能力。轻量化的板卡部署方便，安全性高，适用于大规模光纤光缆外破监测与预警，通过对光缆振动进行监测，提供主动运维的能力，提升运维效率。

综上，通过本公开的实施例，解决了传统φ-OTDR仪表体积大难以部署、局端组网复杂、设计及施工难度增大、建设成本增加以及需引入第三方平台成本高等问题，提高了运营商光网络数据的实时性和可靠性。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述的电子设备。

所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。

根据本发明的实施方式的用于实现上述的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和构思由权利要求指出。

Claims (10)

1.一种光纤振动监测装置，其特征在于，包括：

板卡本体，接入于波分设备的光层中，所述板卡本体包括；

发送组件，所述发送组件用于生成发送对光纤振动进行监测的激光；

接收组件，所述接收组件的输入端与所述发送组件的输出端连接，用于接收所述激光对所述光纤振动进行监测；

主控模块，连接于所述发送组件的输入端和所述接收组件的输出端，用于控制所述发送组件生成所述激光，和/或根据所述接收组件确定所述光纤的振动监测结果。

2.如权利要求1所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述发送组件包括：

激光发送模块，所述激光发送模块连接于所述主控模块，所述主控模块控制所述激光发送模块生成所述激光。

3.如权利要求2所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述发送组件还包括：

第一光纤放大模块，所述第一光纤放大模块的输入端连接至所述激光发送模块的输出端，所述激光通过所述第一光纤放大模块进行放大。

4.如权利要求3所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述发送组件还包括：

环形器，所述环形器的输入端连接至所述第一光纤放大模块的输出端，经所述第一光纤放大模块放大后的激光输入至所述环形器，所述环形器基于瑞利散射生成所述光纤振动的监测信号。

5.如权利要求2-4中任一项所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述激光发送模块包括窄线宽激光器，所述窄线宽激光器连接于所述主控模块，以根据所述主控模块的控制指令生成指定线宽的所述激光。

6.如权利要求5所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述窄线宽激光器集成有面向服务的架构的一体化组件。

7.如权利要求1所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述接收组件包括：

第二光纤放大模块，所述第二光纤放大模块的输入端连接至所述环形器的输出端，用于对所述监测信号进行放大。

8.如权利要求7所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述第二光纤放大模块包括集成有PIN和掺铒光纤放大器的一体化组件。

9.如权利要求7或8所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述接收组件还包括：

数据采集模块，所述数据采集模块的输入端连接至所述第二光纤放大模块的输出端，所述数据采集模块用于对所述监测信号进行收集。

10.如权利要求9所述的光纤振动监测装置，其特征在于，所述接收组件还包括：

数据预处理模块，所述数据预处理模块的输入端连接至所述数据采集模块的输出端，所述数据预处理模块用于对所述监测信号进行降噪处理。

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