CN203289438U - 基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪，与现有技术相比解决了无法快速便捷地判断出光缆具体物理位置的缺陷。本实用新型包括运算芯片、主光电检测器、主耦合器、光纤反射器和通过被测光纤连接于光纤反射器上的从耦合器，还包括从光电检测器、主干涉耦合器和从干涉耦合器，所述的主光电接触器和主耦合器接入主干涉耦合器，所述的从光电检测器和主耦合器接入从干涉耦合器，所述的主干涉耦合器和从干涉耦合器接入从耦合器，所述的主光电接触器和从光电接触器与运算芯片相连。本实用新型不仅可以快速识别出目标光缆还可以快速便捷地探知光缆的具体物理位置，大大方便了光缆故障的查找和光缆的普查和维护。

Description

基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪

技术领域

本实用新型涉及光缆识别及物理定位技术领域，具体来说是一种基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪。

背景技术

随着通信的发展，光缆在通信当地的应用已经越来越普及，形成在通信管道中有大量错综繁杂的光缆。无论是架空与地埋，在通信工程师需要查找某根光缆时，若遇到光缆标识脱落或经过风吹日晒标识不清时，则无法判断具体哪一根光缆损坏。目前市场上虽有光缆识别仪可以识别出具体损坏的光缆，但却无法判断出损坏光缆的具体的故障点。目前现有的查找方法主要有两种：一是从已知的地方开始逐一拽拉，工人们沿着某一根光缆己知的损坏地点一直拽拉来找出要识别的光纤，此方法需要花费很多时间查找，浪费人力，并且捆绑处无法分离，精度有限。此方法虽可以找出损坏的光缆，但也无法判断出光缆的损坏点。二是通过OTDR加上用速冻液弯曲光缆的方式，利用速冻液对光缆进行冷冻或弯曲光缆，从而形成OTDR测试曲线损耗阶梯。此方式，对光缆造成很大损坏，操作难度较大，有潜在毒害，而对弯曲不敏感的光缆如G.657来说，则无法用这两种方法识别。特别是利用OTDR只能测试出光缆故障点距离交换机的光缆走线距离，而光缆在走线过程中存在多种弯曲、变向等，并不是距离交换机的直接距离，从而形成检测出的故障点距离实际故障点的地理位置上有很大的差别。因此利用OTDR只能判断出大致的故障位置点。工作人员只能采用模糊查找的办法，到达故障位置点后，需要对每个井盖打开后再通过打开接头盒剥开一根纤进行反向测试，进行逐一检查判断故障点的存在。如此巨大的工作量使得抢修难度加大，效率偏低，存在大量的不便。而现市面上主要有三家的光缆识别仪，分别是韩国一诺、中电34所和武汉雷特尔科技。韩国一诺以及武汉雷特尔的产品从测试现场反应来看，从信噪比较差，声音清晰度不高，且产品价格较高，同时为机箱式，携带不方便。中电34所产品缺点是动态范围小，测试信号不明显，容易产生误判。上述三家产品不仅在实现光缆识别方面存在缺陷，更不能实现光缆的具体物理定位功能。最终如何开发出一种准确地判断出目标光缆并实现对目标光缆进行物理定位的设备已经成为急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中无法快速便捷地判断出光缆具体物理位置的缺陷，提供一种基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪来解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪，包括运算芯片、主光电检测器、主耦合器、光纤反射器和通过被测光纤连接于光纤反射器上的从耦合器，还包括从光电检测器、主干涉耦合器和从干涉耦合器，所述的主光电接触器和主耦合器接入主干涉耦合器，所述的从光电检测器和主耦合器接入从干涉耦合器，所述的主干涉耦合器和从干涉耦合器接入从耦合器，所述的主光电接触器和从光电接触器与运算芯片相连。

还包括光源，所述的光源连接于主耦合器上。

有益效果

本实用新型的一种基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪，根据光纤弹性效应，利用光学干涉的方法，通过光的相干解调将光缆的敲击振动信号转换为可视信号和音频信号，准确查找和识别铺设于人井、隧道、管道和电杆架空等环境下的目标光缆，从而方便快捷的找出目标光缆，还可以快速便捷地探知光缆的具体物理位置。工程人员在工作现场只需轻轻敲击光缆既可在仪表上通过声音和图形的形式显示出来，并能准确地测量出目标光缆的具体物理位置，轻松标识出光缆的具体物理距离。通过本实用新型可以快速、准确的找出目标光缆的故障损坏点，为广大的光缆维护工程人员提供了准确、快速的保障工具。大大方便了光缆故障的查找和光缆的普查和维护，大大提高了通信网络的使用通畅性和工作效率，节约了抢修时间。

附图说明                      

图1为现有技术中所使用的光缆普查仪的结构示意图

图2为本实用新型的结构示意图

其中，1-光源、2-主光电检测器、3-从光电检测器、4-光纤反射器、5-主耦合器、6-从耦合器、7-主干涉耦合器、8-从干涉耦合器、9-被测光纤、10-运算芯片。

图3为本实用新型所述方法的顺序图

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，现有技术中的光缆普查仪利用马赫一泽德(Mach-Zehnder)干涉仪的原理。光源的输出接耦合器的一个端口，分成的两束光。一束经长光纤接耦合器的一个端口；另一束直接接耦合器的另一个端口。两束光经耦合器合成一束光连接到被测光缆中的光纤，光纤末端接光反射器。反射光沿光纤到耦合器分成两束光，一束经过长光纤，与另一束在耦合器处混合。由于两束光的传播路径不同形成干涉，干涉信号经光电检测器转换为电信号，通过对此电信号的分析处理，可获得外界的信息。

如图2所示，本实用新型所述的一种光基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪，包括主光电检测器2、主耦合器5、从耦合器6和光纤反射器4，所述的从耦合器6通过被测光纤9连接于光纤反射器4上，还包括从光电检测器3、主干涉耦合器7和从干涉耦合器8。所述的主光电接触器2和主耦合器5接入主干涉耦合器7，所述的从光电检测器3和主耦合器5接入从干涉耦合器8，所述的主干涉耦合器7和从干涉耦合器8接入从耦合器6。光源1连接于主耦合器5上，主光电接触器2和从光电接触器3与运算芯片10相连。主干涉耦合器7和从干涉耦合器8用于反射光在其中形成干涉，这样通过主光电检测器2和从光电检测器3的信号在运算芯片10上进行运算后就可以识别目标光缆。

光源1的输出接主耦合器5的一个端口分成的两束光，一束接主干涉耦合器7，经长光纤再接从耦合器6的一个端口；另一束接从干涉耦合器8后，直接接至从耦合器6的另一个端口。两束光经从耦合器6合成一束光连接到被测光缆中的光纤9，光纤末端接光纤反射器4。反射光沿被测光纤9到从耦合器6分成两束光。一束经过长光纤，在主干涉耦合器7处形成干涉，干涉信号经主光电检测器2转换为电信号；另一束在从干涉耦合器8处形成干涉，干涉信号经从光电检测器3转换为电信号。对这两个电信号通过运算芯片10进行分析处理，可以通过给光缆施加敲击信号来找到目标光缆，还可以实现敲击点的物理定位。

一种光缆识别定位方法， 

第一步，数据采集，设置采样率为1 MS/s，通过主光电检测器2和从光电检测器3采集到两个互相关的信号x(t)和y(t)由此可以构建互相关函数Rxy(τ)和互协方差函数Cxy(τ)；

第二步，零均值处理，将采集的信号x(t)和y(t)转换为均值为零的平稳信号，消除两路信号的直流偏置，使得函数Rxy(τ)和Cxy(τ)等价；

第三步，计算互相关系数，利用函数等价对每次采集的信号进行归化，消除两路信号的增益误差，突显信号x(t)和y(t)的关联程度；

第四步，FIR低通滤波，对信号进行100kHz低通滤波，FIR（Finite Impulse Response）低通滤波以减少带外噪声的干扰；

第五步，互相关运算，对经过上述处理后的两个信号x(t)和y(t)逐点进行互相关函数Rxy(τ)运算，从运算结果中找出最大的几个点，这些点表示事件点的时间差，从而得到敲击点的距离，得到敲击点的距离。通过这五步的工作可以完成对光缆的查找。这个敲击点的获得是通过根据光纤弹性效应，利用光学干涉的方法，通过光的相干解调将光缆的敲击振动信号转换为可视信号和音频信号，与OTDR方法不同。

定义长光纤9的已知长度为L1，从干涉耦合器8与从耦合器6直接连接，其长度忽略不计；从耦合器6到敲击点的距离为L2，敲击点到光纤反射器4的距离为L3。在主干涉耦合器7和从干涉耦合器8产生的干涉信号与这三个长度密切相关，而光信号是同一个光源发出的，因此两个干涉信号符合互相关条件。通过互相关算法，再加上L1是已知的，就可以算出L2和L3，从而实现敲击点的物理定位。通过敲击光缆测试出光缆的具体物理定位，可以实现对光缆数据的多种使用，如对井盖下目标光缆距离交换机的位物理位置进行标记，对光缆相关线路的替换时也可以直接计划出替换长度，还可以作为其他一些数据的参考数值使用等。其中作为光缆故障点的判断时，可以使用以下方法：在第五步的互相关运算中，可以进行光缆故障点的判断，其判断方法为先对OTDR对实际故障点进行测试，由于这种测试是根据光缆的走向来判断故障距离交换机的位置，测试出一个逻辑上的故障点位置。再对目标光缆进行敲击，通过本实用新型测出的敲击点距交接机的距离，若所测敲击点与用OTDR测得的故障点距离相同，即为实际故障点。若所测敲击点与用OTDR测得的故障点距离不相同，则可以获得敲击点测得的距离与用OTDR测得的故障点的测试距离之差，为找到实际故障点找到了一个相对物理距离的参数，再根据此物理距离参数，判断出实际故障点。这项技术的应用和产品的实现对于光缆维护和抢修来说是革命性的创新，大大地提高了工作效率，节约了抢修时间。有了光缆识别物理定位仪，为广大的光缆维护工程人员提供了准确、快速的保障工具，从而大大提高了通信网络的使用通畅性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1.一种基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪，包括运算芯片（10）、主光电检测器（2）、主耦合器（5）、光纤反射器（4）和通过被测光纤（9）连接于光纤反射器（4）上的从耦合器（6），其特征在于： 还包括从光电检测器（3）、主干涉耦合器（7）和从干涉耦合器（8），所述的主光电接触器（2）和主耦合器（5）接入主干涉耦合器（7），所述的从光电检测器（3）和主耦合器（5）接入从干涉耦合器（8），所述的主干涉耦合器（7）和从干涉耦合器（8）接入从耦合器（6）；所述的主光电接触器（2）和从光电接触器（3）与运算芯片（10）相连。

2.根据权利要求1所述的基于光纤干涉互相关算法的光缆识别物理定位仪，其特征在于：还包括光源（1），所述的光源（1）连接于主耦合器（5）上。

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