CN203747824U - 一种光缆线路故障点检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光缆通信测试。所要解决的问题是提供一种光缆线路故障点检测仪，在保证故障定位距离精度的基础上，可以大幅降低生产成本，并且更简单易行。其特征在于：所述检测仪还包括峰值检测单元和高速计数器；峰值检测部分用于接收光接收器输出的含有光纤特性的电压信号，捕获电压信号峰值，并转换为窄脉冲信号输送到高速计数器，由高速计数器对电压信号峰值进行计数，并将所得的数值传送到微处理器中，计算出故障点的距离，并通过显示器来显示故障点及距离。本实用新型与传统的光时域反射仪相比能更方便更迅捷地判断故障点，且降低了使用门槛，可广泛地应用于各种光纤通信领域。模块化设计可以给用户提供更灵活的选择空间。
Description
技术领域
本实用新型涉及光缆通信测试。
技术背景
现有的光时域反射仪（Optical Time Domain Reflectometer），简称OTDR，一般OTDR是采用波分复用技术（WDM）与光时域反射技术相结合对光纤进行监控，其利用光的后向散射和菲涅耳反射原理设计的，用以对光缆故障点的测试。目前随着DSP和嵌入式技术的发展，嵌入式操作系统已经被掌握，并可以用DSP来进行光时域反射仪数据高速处理的工作。
通常光纤传输中的反射光可分为两类:一种是瑞利背向散射,该反射由光纤内杂质对光线的自然反射和吸收引起，瑞利背向散射用于计算光纤内随着距离而变化的衰减水平(单位为dB/km),在OTDR轨迹内由直线斜率来显示；另一种是“菲涅尔反射”，它是由于光线的反射率剧烈改变时(如从玻璃进入空气中),较多的光会反射回去而造成的,它可能比瑞利背向散射强数千倍。若对引起“菲涅尔反射”的事件进一步划分,则可分类为“非反射事件”和“反射事件”。“非反射事件”强度相比于后者稍低些,通常为光纤熔接、不均匀、老化等造成，在衰减图上表现为阶跃形状,在光纤中有一些损耗但没有光反射。而“反射事件”在OTDR轨迹中表示为尖状突起，是链路上突出外部事件的反映(如机械接头、光纤适配器和打开端面产生的菲涅尔反射)。
OTDR就是通过检测光纤传输时产生的瑞利散射和菲涅尔反射的各类事件，来侦测链路内部情况。若对数据进一步分析，则可实现光纤的长度、衰减、接头损耗、熔接损耗等的测量及故障定位等。
参见图1，图1为传统的光时域反射仪的系统原理框图，如图1所示，现有技术中OTDR主要是由脉冲发生器、激光器、光纤耦合器、光接收器、信号放大器、A/D转换器、微处理器、显示器组成。OTDR仪表与被测光纤相连接，将光信号输入被测光纤并接收反馈光信号进行检测分析。以下简述这几部分的功能。
1、脉冲发生器：脉冲发生器的功能是产生所需要的规则的电脉冲信号。
2、激光器：将脉冲发生器产生的电脉冲转换为光脉冲进行测试使用。
3、光纤耦合器：使光按照规定的特定方向输出输入。
4、光接收器：是将光信号转换成电信号，即将光纤耦合器传来的光信号转换成电信号。
5、信号放大器：信号放大器的作用是将光接收器转换的微弱电信号进行放大，以便处理。
6、A/D转换器：是将放大处理后的含有光纤特性的电信号进行A/D转换。
7、微处理器：负责脉冲发生器按照指令产生电脉冲信号并对输入的经A/D转换的含有光纤特性的电信号进行运算处理。
8、显示器：显示器的功能是将处理后的结果显示出来。
以上结构的光时域反射仪操作界面复杂，使用起来有一定难度，一般人员不经过专业培训很难掌握。另外由于光时域反射仪检测所用的脉冲激光器光源为不可见光源，如果光缆外皮有破损，其无法直接找到光缆上的故障点，使用时即使定位了故障点的位置，也无法在第一时间直观地从光缆上观测到故障点，故其在测量与查找断点时非常不便。此外，光时域反射仪中的高频脉冲激光器、高速信号处理系统以及温控光控组件等模块造价昂贵，成本偏高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光缆线路故障点检测仪，在保证故障定位距离精度的基础上，可以大幅降低生产成本，并且更简单易行。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
一种光缆线路故障点检测仪，所述检测仪包括激光器、光纤耦合器、光接收器、微处理器、显示器；所述微处理器通过脉冲发生器控制激光器发出窄脉冲光，窄脉冲光经光纤耦合器进入被测光纤；光接收器用于接收被测光纤中的故障点产生的光反射信号，并转化为与光反射信号的功率成正比的电压信号；其特征在于：所述检测仪还包括峰值检测单元和高速计数器；峰值检测部分用于接收光接收器输出的含有光纤特性的电压信号，捕获电压信号峰值，并转换为窄脉冲信号输送到高速计数器，由高速计数器对电压信号峰值进行计数，并将所得的数值传送到微处理器中，计算出故障点的距离，并通过显示器来显示故障点及距离。
优选的，所述激光器选用1310±20nm或1550±20nm LD，同时集成650nm可视红光探测系统。
优选的，所述高速计数器单元采用可编程逻辑控制器。
优选的，所述峰值检测单元是选用对数放大器来处理通过光接收器传来的电压信号，再通过比较来完成峰值检测。
本实用新型可带来以下有益效果：
本实用新型的光缆线路故障点检测仪可以方便快速地找到光缆断点的位置，方便工程人员排除故障。其与现有技术比较，具有以下优点：
1、本仪器可以精确测量光纤障碍点位置，简化了测试方法，实现了高度自动化，性能可靠；在完成设计要求的同时，大幅降低了生产及设计成本的问题。
2、操作使用方便，界面友好，显示屏直观显示障碍点距离。
3、选用的设计方案使检测仪达到体积小，功耗低，速度快和环境干扰低的优良性能。
本检测仪采用高速计数器代替超高速的A/D来完成原来繁复而精密的采样工作，极大地简化测试方法，实现了高度自动化。在完成设计要求的同时，大幅降低了生产及设计成本的问题，为今后的推广普及奠定了很好的基础。
本实用新型与传统的光时域反射仪相比能更方便更迅捷地判断故障点，且降低了使用门槛，增大了市场需求，可广泛地应用于各种光纤通信领域（城建施工、抗险救灾、应急保障、人为破坏等造成的光纤故障）。模块化设计可以给用户提供更灵活的选择空间。
附图说明
图1：现有技术中光时域反射仪系统原理框图
图2：本实用新型的光缆线路故障点检测仪系统原理框图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图2所示，本实施例的光缆线路故障点检测仪主要由激光器、光纤耦合器、光接收器、峰值检测单元、高速计数器、微处理器、显示器。
光接收器通过脉冲发生器控制激光器发出窄脉冲光，窄脉冲光经光纤耦合器进入被测光纤。激光器这里选用1310±20nm或1550±20nm LD，激光器输出功率大于60mW，激光器的输出功率越大，对应的测试范围越为远，此次设计的测试距离定为60km（反射事件），同时集成650nm可视红光探测系统，用以肉眼检测光纤故障位置（泄漏红光）。
光接收器用于接收被测光纤中的故障点产生的光反射信号，并转化为与光反射信号的功率成正比的电压信号。
峰值检测部分用于捕获电压信号峰值，并转换为窄脉冲信号输送到高速计数器，由高速计数器对电压信号峰值进行计数，并将所得的数值传送到微处理器中，计算出故障点的距离，并通过显示器来显示故障点及距离。
峰值检测单元是选用对数放大器来处理通过光接收器传来的电压信号，再通过比较来完成峰值检测。原因是系统中的一些信号具有很宽的动态范围，而宽动态范围往往给其余的应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态范围。另一方面，DA变换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的位数会随动态范围的增大而增大。因此，在处理宽动态范围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。对数放大电路是输出信号幅度与输入信号幅度呈对数函数关系的放大电路。实际的对数放大器总是兼具线性和对数放大功能，当输入信号弱时，它是一个线性放大器，增益较大；输入信号强时，它变成对数放大器，增益随输入信号的增加而减小。在雷达、通信和遥测等系统中，接收机输入信号的动态范围通常很宽，信号幅度常会在很短时间间隔内从几微伏变化到几伏，但输出信号应保持在几十毫伏到几伏范围内。采用对数放大器可以满足这种要求，它能使弱信号得到高增益放大，对于强信号则自动降低增益，避免饱和。
对数放大器的这一特殊优势，可以让我们充分地放大非反射事件反射回来的微弱信号，而不必在意导致反射事件反射回来的大信号饱和的问题。从而可以提高测试精度。
本实施例将可编程逻辑控制器件用于高速计数器部分。由于目前没有现成的高速计数器电路，为满足电路需要，可以借助可编程逻辑控制器件通过编程来完成高速计数这一个整个系统里最关键的部分。高速计数器的准确度直接影响整个系统的测量精度及准确度。我们选用LSI1016这款可编程逻辑电路通过编程来实现100MHz的时钟频率。通过时钟频率及光速的计算，这款系统的距离准确度（反射事件）应该在±（2m+2×10-4×距离）范围之内。
微处理器在给光器件脉冲信号的同时，开始记录通过高速计数器的脉冲个数。所有每个脉冲之间的时间就是相同的，通过计算这些个脉冲的数量，就等于计算出了光信号发出和返回的时间，即
t=1/f×n
其中t为光信号的发出和返回时间，f为脉冲的频率，n为脉冲的数量。
从上述公式中可以获得光信号的发出和返回时间，由此可以通过光速大致计算出反射点的距离，即
d=(c×t)/2(IOR)
在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率(IOR)。IOR是由光纤生产商来标明。
测试后显示可以简洁地显示在屏幕上。
例如：
故障点1：xxxxx.xx米
故障点2：xxxxx.xx米
故障点3：xxxxx.xx米
方便用户查看和理解。
由于实际工程应用中碰到的情况一般会比较复杂，可能需要对多个仪器进行操作控制，提供多样的显示界面等问题，无法用单一的设计模式进行程序的编写，不能用简单的流程图方式进行操作控制，这就需要从总体需求功能出发，将系统划分成若干子系统模块，然后根据需求不断划分下去，将复杂问题化为比较容易解决的小问题，然后再将这些解决了的小问题再组合起来还原出原来复杂的问题的方式，即自顶向下方式分解，再自下而上的方式组合的设计思想。
本方案所述软件系统根据上述设计思想，将系统软件模块按功能作用分解成参数设置和显示模块两部分。
设计采用128×64点阵显示屏，每屏显示3-4条故障事件，可通过按键上下切换及功能设置。一次设置后，只需按开关及启动按键即可单次扫描光纤故障，方便非专业人士使用。显示屏显示界面做到简洁明了，使施工人员可以在几分钟能即可熟练运用。
将软件模块分为系统启动、参数设置、数据采集、故障检测和退出五个控件。
在软件编程中，为了增强各模块间共享代码的灵活性和扩展性，增加了全局模块，它是系统各模块互相联系的桥梁，很多重要的参数都放在全局模块中，如探测距离、脉冲宽度、平均次数、采样分辨率、起始频率、终止频率、扫描间隔及扫描次数等可变参量和不变参量，同时便于以后程序的扩展。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种光缆线路故障点检测仪，所述检测仪包括激光器、光纤耦合器、光接收器、微处理器、显示器；所述微处理器通过脉冲发生器控制激光器发出窄脉冲光，窄脉冲光经光纤耦合器进入被测光纤；光接收器用于接收被测光纤中的故障点产生的光反射信号，并转化为与光反射信号的功率成正比的电压信号；其特征在于：所述检测仪还包括峰值检测单元和高速计数器；峰值检测部分用于接收光接收器输出的含有光纤特性的电压信号，捕获电压信号峰值，并转换为窄脉冲信号输送到高速计数器，由高速计数器对电压信号峰值进行计数，并将所得的数值传送到微处理器中，计算出故障点的距离，并通过显示器来显示故障点及距离。
2. 按照权利要求1所述的一种光缆线路故障点检测仪，其特征在于：所述激光器选用1310±20nm或1550±20nm LD，同时集成650nm可视红光探测系统。
3. 按照权利要求1或2所述的一种光缆线路故障点检测仪，其特征在于：所述高速计数器单元采用可编程逻辑控制器。
4.按照权利要求3所述的一种光缆线路故障点检测仪，其特征在于：所述峰值检测单元是选用对数放大器来处理通过光接收器传来的电压信号，再通过比较来完成峰值检测。
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