CN211234916U - 一种基于das与otdr的光缆状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，其中监测系统包括：监测箱，所述监测箱包括DAS单元、OTDR单元、光开关单元与波分复用单元，所述DAS单元通过所述光开关单元和波分复用单元与所述OTDR单元连接；多个光缆线路分支，每一所述光缆线路分支分别独立连接至所述监测箱接口。本实用新型使用DAS对各条线路进行实时监控，依据回传信息对线路建立线路距离与杆塔位置对照表，当出现断点时唤醒处于待机状态的OTDR测距系统进行距离测量，再将准确的长度信息和杆塔位置信息结合得到较为直观的故障点相对位置。

Description

一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统

技术领域

本实用新型属于激光监测技术领域，涉及一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统。

背景技术

电网作为国民经济发展的重要保障，保证其安全高效的运行具有重要战略意义。而对电力线路状态进行可靠的监测是保证其安全可靠运行的有效途径，也是建设可控、安全、可靠、环保、经济的智能型电网的重要保障。

其中，对作为光信息重要传输载体的光缆进行状态监测，将光缆的断裂、外破等故障状态纳入监控就显得尤为重要。当前对光缆状态的监测主要是依靠人工使用光时域反射仪(OTDR)进行距离测算,然而OTDR普遍存在运行寿命不长，价格昂贵等技术缺陷，在人工使用的状况下总是会进行大量的冗余测量，减低OTDR的使用周期。其次，OTDR需要从光缆一端发光，电网运维人员在排查故障点(断点、损耗异常点等)时必须先判断故障点的大概位置并前往附近的变电站使用OTDR寻找故障点，故障点的寻找需要耗费大量人力。再者，光缆在铺设时多会在接续等位置留有光纤余长，这导致OTDR反馈回来的光缆故障点离OTDR设备的距离信息存在误差，电网运维人员只能根据距离长度信息找到大概范围进行巡检进而确定故障点，难以实现精确定位。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，以解决如上技术问题之一。

根据本实用新型的第一实施方式，本实用新型提供的一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，包括：

监测箱，所述监测箱包括DAS单元、OTDR单元、光开关单元与波分复用单元，所述DAS单元通过所述光开关单元和波分复用单元与所述OTDR单元连接；

多个光缆线路分支，每一所述光缆线路分支分别独立连接至所述监测箱接口；

其中，所述DAS单元用于对所述光缆线路进行全工监测，同时在系统启动时对所述光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表；

所述OTDR单元用于对线路故障点进行准确测距；

所述光开关单元用于切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对所述多个光缆线路分支进行监测；

所述波分复用单元用于将所述DAS单元与OTDR单元的光路进行复用，使所述DAS单元与OTDR单元的光互不干扰。

可选的，每一所述光缆线路分支分别包括多个杆塔，所述多个杆塔以一定间距分布于每一所述光缆线路分支。

可选的，所述多个杆塔以一定间距均匀分布于每一所述光缆线路分支。

根据本实用新型的第二实施方式，本实用新型提供的一种采用如上所述基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统进行光缆监测的方法，包括如下步骤：

通过所述DAS单元对光缆线路进行全工监测，同时在系统启动时对光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表；

当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，启动OTDR单元，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距。

可选的，所述当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，启动OTDR单元，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距，包括：

当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，通过所述对照表确定所述故障点的初步位置；

启动OTDR单元，结合所述故障点的初步位置，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距。

可选的，所述通过所述DAS单元对光缆线路进行全工监测，包括：

通过所述光开关单元切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对多条光缆线路进行全工监测。

可选的，所述时分复用的间隔时间为0.01ms-0.1s。

可选的，所述对光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表，包括：

通过DAS单元获取光缆线路长度、光缆线路各个位置震动幅度以及频率的数据，根据所述数据确定所述监测箱至所述光缆线路末端中的各个杆塔位置与线路距离的对应关系，根据所述对应关系建立线路距离与杆塔位置对照表。

可选的，所述当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，启动OTDR单元，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距，之后包括：

通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距后，所述OTDR单元恢复至待机状态。

可选的，还包括：通过所述DAS单元监测实时监测所述光缆线路长度是否恢复至正常状态。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用DAS与OTDR相结合的方式规避了两种技术各自的短板：使用DAS对各条线路进行实时监控，依据回传信息对线路建立线路距离与杆塔位置对照表，当出现断点时唤醒处于待机状态的OTDR测距系统进行距离测量，再将准确的长度信息和杆塔位置信息结合得到较为直观的故障点相对位置。如此，光缆状态监测系统在提高OTDR使用寿命，降低线路监测成本的前提下，免去了运维人员寻找故障点的大量工作，极大提高运维效率，保证了光缆线路的安全高效运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中DAS线路距离与杆塔位置对照的频域示意图；

图3为本实用新型实施例中光缆出现故障时系统简化示意图；

图4为本实用新型实施例中信息反馈流程图；

图5为本实用新型实施例中DAS结构简图；

图6为本实用新型实施例中OTDR结构简图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

如图1所示，根据本实用新型的第一实施方式，本实用新型提供的一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，具体的涉及分布式光时域反射OTDR(Optical Time-DomainReflectomete)光纤传感技术，光纤分布式声波检测技术DAS(Distributed optical fiberAcoustic monitoring System)。

OTDR是基于背向散射原理制成的一种测试单元设备，通常用于测量光纤损耗特性、定位光纤断点、测量光纤长度等，被广泛应用于光网络的研究、生产、施工和维护等实际应用中。

OTDR的工作原理与雷达类似，测量只需在光纤的一端进行。首先脉冲激光器发射光脉冲到传感光纤内，传输过程中存在瑞利散射，其中部分后向散射光功率会返回至输入端；当光脉冲遇到玻璃与空气的间隙，如光纤断点、弯曲、连接点、终端等事件时，折射率突变，产生菲涅尔反射，此时反射光功率远强于后向散射光功率，表现为一个尖锐的反射信号叠加到后向散射信号上。当传感光纤受到外界信号扰动时，该位置的背向散射特性将发生变化。根据发射信号到返回信号的时间，以及光在光纤中传输的速度，即可计算出距离。

DAS利用相干瑞利散射光的相位而非光强来探测音频范围内的声音或振动等信号，不仅可以利用相位幅值大小来提供声音或振动事件强度信息，还利用线性定量测量值来实现对声音或振动事件相位和频率信息的获取。

DAS可以认为是一个移动干涉式声波传感器在传感光纤探测外界信号，当声音或振动引起该位置干涉光相位的线性变化，通过提取该位置不同时刻的干涉信号并解调，就可实现外界物理量的定量测量。

DAS的一种实施方式的结构简图如图5所示，激光器沿着光纤发出光脉冲，一些光以反向散射的形式与入射光在脉冲内发生干涉，干涉光反射回来以后，反向散射的干涉光回到信号处理装置，同时将光纤沿线振动声波信号带来信号处理装置。由于光速保持不变，因此可得到每米光纤的声波振动的测量结果。

OTDR的一种实施方式的结构简图如图6所示，激光器发射脉冲激光，经过耦合器进入光纤，在光纤内发生瑞利散射后，后向散射光功率会返回至输入端，入射光和散射光射入检测器后计算出准确的空间位置。

如图1所示，本实用新型提供的一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，包括：监测箱5以及从所述监测箱各接口延伸出的多个光缆线路分支，例如线路1-4，每一光缆线路分支又包括多个均匀或不均匀分布设置的杆塔，例如线路1上设置有杆塔11-14，线路2上设置有杆塔21-24，线路3上设置有杆塔31-34，线路4上设置有杆塔41-44。其中杆塔11-14距离监测箱5的距离分别为a1km、a2km、a3km、a4km，例如a1km、a2km、a3km、a4km分别为1km、2km、3km、4km；杆塔21-24距离监测箱5的距离分别为b1km、b2km、b3km、b4km，例如b1km、b2km、b3km、b4km分别为1km、2km、3km、4km；杆塔31-34距离监测箱5的距离分别为c1km、c2km、c3km、c4km，例如c1km、c2km、c3km、c4km分别为1km、2km、3km、4km；杆塔41-44距离监测箱5的距离分别为d1km、d2km、d3km、d4km，例如d1km、d2km、d3km、d4km分别为2km、3km、5km、7km。

其中，所述监测箱5包括DAS单元51、OTDR单元52、光开关单元53与波分复用单元54，所述DAS单元51通过所述光开关单元53和波分复用单元54与所述OTDR单元52连接；多个光缆线路分支，每一所述光缆线路分支分别独立连接至所述监测箱接口。光开关单元53和波分复用单元54具体结构可以参考现有技术的任何结构，在此不做限定和赘述，只要能满足上述功能要求即可。其中，光开关是一种光路转换器件。在光纤传输系统，光开关用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太网的转换。

其中，所述DAS单元用于对所述光缆线路进行全工监测，同时在系统启动时对所述光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表；所述OTDR单元用于对线路故障点进行准确测距；所述光开关单元用于切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对所述多个光缆线路分支进行监测；所述波分复用单元用于将所述DAS单元与OTDR单元的光路进行复用，使所述DAS单元与OTDR单元的光互不干扰。

如图1所述，DAS单元将会建立四条线路的杆塔距离位置对照表，线路1共4座杆塔，分别距离变电站a1 km、a2 km、a3 km和a4 km，OTDR单元测到的距离信息便可以与这些杆塔位置作比对从而找出故障点的相对位置，而不是只能依照单一的长度信息去大致范围巡检。OTDR单元负责对线路进行测距，平时处于待机状态以节省设备寿命。光开关单元用于切换光路通道，使系统可以采用时分复用的方式对多条线路进行监测，提高设备的利用率，降低线路监测成本。WDM单元用于将DAS与OTDR的光路进行复用，使两个模块的光互不干扰。

可选的，每一所述光缆线路分支分别包括多个杆塔，所述多个杆塔以一定间距均匀或不均匀的分布于每一所述光缆线路分支。

本实用新型采用DAS与OTDR相结合的方式规避了两种技术各自的短板，使用DAS对各条线路进行实时监控，依据回传信息对线路建立线路距离与杆塔位置对照表，当出现断点时唤醒处于待机状态的OTDR测距系统进行距离测量，再将准确的长度信息和杆塔位置信息结合得到较为直观的故障点相对位置。如此，光缆状态监测系统在提高OTDR使用寿命，降低线路监测成本的前提下，免去了运维人员寻找故障点的大量工作，极大提高运维效率，保证了光缆线路的安全高效运行。

根据本实用新型的第二实施方式，本实用新型提供的一种采用如上所述基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统进行光缆监测的方法，包括如下步骤：

第一、通过所述DAS单元对光缆线路进行全工监测，同时在系统启动时对光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表；

例如，监测系统包括四个线路，线路1上设置有杆塔11-14，线路2上设置有杆塔21-24，线路3上设置有杆塔31-34，线路4上设置有杆塔41-44。其中杆塔11-14距离监测箱5的距离分别为a1km、a2km、a3km、a4km，例如a1km、a2km、a3km、a4km分别为1km、2km、3km、4km；杆塔21-24距离监测箱5的距离分别为b1km、b2km、b3km、b4km，例如b1km、b2km、b3km、b4km分别为1km、2km、3km、4km；杆塔31-34距离监测箱5的距离分别为c1km、c2km、c3km、c4km，例如c1km、c2km、c3km、c4km分别为1km、2km、3km、4km；杆塔41-44距离监测箱5的距离分别为d1km、d2km、d3km、d4km，例如d1km、d2km、d3km、d4km分别为2km、3km、5km、7km。

第二、当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，启动OTDR单元，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距。

可选的，所述当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，启动OTDR单元，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距，包括：

当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，通过所述对照表确定所述故障点的初步位置；

启动OTDR单元，结合所述故障点的初步位置，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距。

图3与图4为光缆线路出现故障时的系统示意图与逻辑流程图。图中所示杆塔位置信息为图2所示过程所建立的线路距离与杆塔位置对照表中的信息，即1号杆塔距离变电站有a km的光缆长度、2号杆塔距离变电站有b km的光缆长度、......。当系统运行正常线路无故障时，DAS测到的距离总是在一个正常值上下浮动。当光缆出现故障点，即在图中所示X处出现断裂，DAS测到的距离就在d km与e km之间，不在正常的长度范围内。此时，监测系统便会在记录“故障点在4号杆塔与5号杆塔之间”的故障信息后，唤醒待机模式的OTDR进行精准测距，而OTDR在测得长度信息后将其返回并重新进入待机模式。系统则会整合精准长度信息与之前的故障信息，得到如“故障点在4号杆塔与5号杆塔之间，距变电站约x km，距4号杆塔约(x-d)km”这样的相对距离信息。运维人员也可据此信息，快速定位发生断裂的事故地点，立即响应前往事故发生地进行抢修。DAS仅是在线路末尾处的空间分辨率较低，其余各部分的可靠性与OTDR相当，故DAS所得到的线路距离与杆塔位置对照表有较高可行度。这两种技术的结合，将使得光缆线路监测高效化，精确化。

可选的，所述通过所述DAS单元对光缆线路进行全工监测，包括：

通过所述光开关单元切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对多条光缆线路进行全工监测。即通过光开关单元以固定间隔的在多个光路不停切换，例如间隔0.01ms-0.1s的进行切换扫描，使所述时分复用的间隔时间为0.01ms-0.1s。

可选的，所述对光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表，包括：

通过DAS单元获取光缆线路长度、光缆线路各个位置震动幅度以及频率的数据，根据所述数据确定所述监测箱至所述光缆线路末端中的各个杆塔位置与线路距离的对应关系，根据所述对应关系建立线路距离与杆塔位置对照表。

图2为DAS线路距离与杆塔位置对照的频域示意图。DAS可获取线路长度与各个位置震动幅度以及频率的数据，而杆塔所处位置的光纤基本不会震动，即幅度为零，由此可判断变电站至线路末端中的各个杆塔位置与线路距离的对应关系，建立线路距离与杆塔位置对照表。图中1号和3号点所指示的区间为线路，2号点指示的距离区间为杆塔位置。

可选的，所述当所述DAS单元监测到所述光缆线路的故障点时，启动OTDR单元，通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距，之后包括：

通过所述OTDR单元对所述故障点进行准确测距后，所述OTDR单元恢复至待机状态。OTDR进行二次测量后，将测量结果反馈至监测箱，然后进入待机状态，以节省能量。

可选的，还包括：通过所述DAS单元监测实时监测所述光缆线路长度是否恢复至正常状态。若恢复正常，则使DAS单元进行之前的间隔扫描，若未恢复正常，则继续进行报错，提醒维护人员进行维修。

本实用新型采用DAS与OTDR相结合的方式规避了两种技术各自的短板，使用DAS对各条线路进行实时监控，依据回传信息对线路建立线路距离与杆塔位置对照表，当出现断点时唤醒处于待机状态的OTDR测距系统进行距离测量，再将准确的长度信息和杆塔位置信息结合得到较为直观的故障点相对位置。如此，光缆状态监测系统在提高OTDR使用寿命，降低线路监测成本的前提下，免去了运维人员寻找故障点的大量工作，极大提高运维效率，保证了光缆线路的安全高效运行。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，其特征在于包括：

监测箱，所述监测箱包括DAS单元、OTDR单元、光开关单元与波分复用单元，所述DAS单元通过所述光开关单元和波分复用单元与所述OTDR单元连接；

多个光缆线路分支，每一所述光缆线路分支分别独立连接至所述监测箱接口；

其中，所述DAS单元用于对所述光缆线路进行全工监测，同时在系统启动时对所述光缆线路进行标定以建立线路距离与杆塔位置对照表；

所述OTDR单元用于对线路故障点进行准确测距；

所述光开关单元用于切换光路通道，使所述DAS单元采用时分复用的方式对所述多个光缆线路分支进行监测；

所述波分复用单元用于将所述DAS单元与OTDR单元的光路进行复用，使所述DAS单元与OTDR单元的光互不干扰。

2.根据权利要求1所述的基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，其特征在于：

每一所述光缆线路分支分别包括多个杆塔，所述多个杆塔以一定间距分布于每一所述光缆线路分支。

3.根据权利要求2所述的基于DAS与OTDR的光缆状态监测系统，其特征在于：

所述多个杆塔以一定间距均匀或不均匀分布于每一所述光缆线路分支。

Images