CN2450828Y - 光缆实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光缆实时监测装置,它通过光耦合器等光取样器对每根光纤的光信号取样,然后对其光功率进行测试,将对每根光纤的测试结果都送到前端控制器进行计算、分析和处理,显示计算结果,并根据处理结果控制光开关进行切换,通过波分复用器使故障光纤接入光时域反射计(OTDR)测试。本实用新型利用一套OTDR监测多路光纤,通过前端控制器实现循环控制,不仅达到了实时监测多路光纤的目的,而且稳定可靠,体积小,成本低,安装方便。

Description

光缆实时监测装置

本实用新型涉及一种通信光缆实时监测装置，属于光通信技术领域。

作为光传输主体的光缆线路常有缆线接续不良、水气渗入光纤芯线、接头接点不良和光缆被挖断等故障。在光缆线路有问题后，就急需知道故障原因和线路断点在哪里。通常故障并不立即引起光缆传输信号的中断，而是导致光缆系统慢慢变坏，但对其修复又必须在很紧急的情况下进行，这一方面需要在维修时能尽快知道故障的类型和地点；另一方面最好能做到防患于未然，对正在缓慢变坏的光纤采取更换或维修，以避免丧失服务和昂贵的修复。

目前，已有一批光缆监测系统用来进行光缆故障的早期预报和定位，如采用水分感测信号发生器检测对接合拢封闭体的水分浸入，或者应用永久性地装于光缆端部的电光测量装置来长期地连续测量光缆的衰减，但都难以达到实时监测的目的。另外，第一种方法由于只从一根光纤取样，不能全面反映光缆中每一条光纤的传输情况，第二种方法需要添加辅助光源而对原传输设备进行改动，且不能告知光纤的故障点在何处。经检索专利93104451等属上述类型。

本实用新型的目的是针对上述问题，提出监测每一条光纤的光功率值，根据监测结果控制光开关，达到只用一台光时域反射计(OTDR)对多根光纤进行实时检测的目的。

本实用新型的技术方案是：这种光缆实时监测装置主要包括光信号取样，光功率测试、分析，以及OTDR检测，其特征是每根光纤与一个波分复用器(WDM)的输入端连接，每个WDM的一个输出端都与光信号取样器连接，或者每根光纤先与光信号取样器连接，光信号取样器的输出再与一个波分复用器WDM的输入端连接，光信号取样器的另一个输出至光功率监测器，共N(N为被监测的光纤根数)个光功率监测器的输出均送至一个前端控制器进行比较和计算，前端控制器的输出至光开关的电控制端，光开关的输入端与一台OTDR相连，光开关的输出端与每根光纤的WDM的另一个输入端相连。其中光功率监测器包括光功率探测器PIN,PIN的输出接前置运算放大器C7650的输入端，C7650的输出端接至模数转换器ADC0820的模拟信号输入端，模数转换器输出的8位数字信号连接到单片机87C51的P1.0ˉP1.7，前端控制器也采用了一个单片机87C51，通过串行通讯接口RXD、TXD与每个光功率监测器中的单片机的数据线连接，同时作为前端控制器的此单片机的输入/输出接口P1.0ˉP1.3与光开关的电控制端连接

上述的光缆实时监测装置，其特征是光信号取样器一般采用光耦合器，当光纤中传输的信号包含有监测信号时，采用与监测信号相适应的波分复用器。

上述的光缆实时监测装置，其特征是光功率监测器也可只包括电光探测器和前置放大器，将输入光信号转换成模拟电信号输出，光功率监测器输出经过电模拟开关送至共用的模数转换器再与前端控制器相连。

上述的光缆实时监测装置，其特征是光耦合器对输入光纤的光功率按一定的分支比3％∶97％ˉ10％∶90％分给其两个输出端，其中较小光功率输出端与光功率监测器相连。

上述的光缆实时监测装置，其特征是WDM属高隔离度型，其隔离度大于或等于40dB。

上述的光缆实时监测装置，其特征是光耦合器具有的附加插入损耗小于或等于0.3dB。

上述的光功率监测装置，其特征是所述电光探测器的为高灵敏度，其响应度大于等于0.8A/W，所述前置放大器属高阻抗型，其输入阻抗大于等于400kΩ，使电光探测装置能探测最小达到-70dBm的光功率。

本实用新型的优点是采用光耦合器或波分复用器将光纤中传输的光信号分出一小部分进入光功率测试器，测试其光功率，达到实时监测每一根光纤中光功率变化的目的，同时对光缆中光信号的传输影响较小。

本实用新型的优点是在监测装置中只使用了一套价格较高的OTDR，通过控制光开关的切换就实现了用一套OTDR检测光缆中的多路光纤的目的，体积小、成本低。为了避免OTDR测试时因光缆中传输光信号的影响而要停止原传输设备端的光源，通过高隔离度的波分复用器(WDM)来实现光纤中传输两个不同波长的光信号，即在OTDR测试中使用的光信号波长与光缆中传输的光信号波长不同，这样也避免了OTDR检测用的光信号影响光功率监测器的测试。

本实用新型提出的光缆监测装置的最大特点是提供一种新的方法来实现光缆的实时监控与检测。这种方法的第一个优点是采用光无源器件来实现上述功能，性能稳定可靠。第二个优点是用电信号来实现实时性，测试速度快，如果直接使用光开关来循环测试多路光纤，光开关一刻不停的频繁开关将缩短其工作寿命，而且当光路数目较多且每次测完留有缓冲期时，每一通路的测试时间间隔就较长，可能无法及时测出光缆故障。第三个优点是整套系统体积小，安装方便，不必引出传输设备的告警信号，因此不用对原设备硬件进行改动，还可根据用户要求任意多路数组合。

附图中：

图1是本实用新型第一实施例的系统框图；

图2是第一实施例中监测任一条光纤的光路和电路连接图；

图3是第二实施例的系统框图；

图4是第二实施例中监测任一条光纤的光路和电路连接图；

图5为光功率监测器的原理图；

图6为光功率监测器的另一种实施例与前端控制器连接的原理图；

图7是前端控制器的软件逻辑框图；

图8光缆实时监测系统电连接图的一个实施例。

附图中λ1是光纤中传输光信号的波长，λ2是OTDR检测时所发射的光信号波长，

代表光连接，

代表电连接，图8中的连线上的数字为连线的数目。下面结合附图进一步说明本实用新型的原理和实施例，图中WDM将被监测光纤中传输的光信号与OTDR用的光信号通过波长的不同进行选择后实现分向传输，且互不干扰；光耦合器从被监测光纤中分出3ˉ10％的光信号作为监测光信号；光功率监测器用来对每路监测光信号进行实时功率测试，并转换成电信号输出；前端控制器不断循环地与每个光功率监测器进行数据采集，来记录每路光信号功率值，然后进行分析处理，达到设定的光功率门限值就报警，并控制光开关的切换，同时，还可与上一级监控中心进行数据通讯，及时报告各条光纤的当前光功率值，或按监控中心的要求将OTDR连接到指定的光纤进行测试等；光开关将OTDR切换到故障光纤或指定光纤进行测量；OTDR用来对传输光纤进行测试和分析；光功率显示部件为同步显示各条光纤的当前光功率值，声光报警部件完成报警功能。

图1中同时监测了光缆中的N条光纤，由前端控制器起中心控制作用，它由微处理器(CPU)及辅助电路组成。通过测试监测光信号而得到此条光纤中传输光信号的光功率值，送至前端控制器进行处理，判断出哪条光纤线路是否有故障，或者正在逐渐变坏，如果需要用OTDR测试时，光开关将OTDR测试用光信号接通到被测光纤，这样OTDR发射出的特定波长的光信号就通过WDM沿着传输光信号的光纤反方向行进，对故障点进行探测。具体的光路图示于图2，其中标出了测试时传输光信号与测试光信号的行进方向，以及监测和控制电路的连接。从中可看出，测试光信号的传输方向是反方向的，即相当于从传输光信号的接收端向上朝发射端行进，这种工作方式称为WDM上行。

图3中第二实施例与图1中的第一实施例的不同在于，通过WDM后OTDR测试的并不是本级监测系统监测的光缆中的光纤，而是由本监测站向下进一步传输信号所用的光缆，这种工作方式称为WDM下行，其控制信息来自于下一级监控系统测试后经数据通讯而得到的结果，比如下一级系统报告接收信号光缆中某一条光纤有故障，本级系统得到信息后控制OTDR切换到此光纤，从传输的上端往下端来进行测试，同样达到实时监测的目的。从图4中具体某一条光纤的光路图可看到，光纤中传输光信号与OTDR用的光信号同向发射传输。

图5为光功率监测器的原理框图。其第一种实施例是由电光探测器将输入的光信号转换为模拟电信号，经过前置放大器进行放大后送到模数转换器，将其转换为对应的数字信号(二进制编码)，由单片机不断采样并通过串行数据通讯将其传送到前端控制器。图6是另一种实施例，光功率监测器仅包括图5中虚线框内的部分，即电光探测器将输入的光信号转换为电信号，经过前置放大器放大后直接以模拟信号的方式输出，这样，光功率监测器与前端控制器的连接就与上不同，图6就是相对应的光功率监测器与前端控制器连接的原理图。在图6中，在光功率监测器与前端控制器之间添加了一个共用的模数转换器，通过前端控制器控制的电模拟开关将上述的每路模拟信号与模数转换器连接，前端控制器再从模数转换器中得到对应的数字信号，同样采样到每路光纤的光功率值。

图7给出了前端控制器的工作流程图。前端控制器不断循环地与每个光功率监测器进行数据采集，来记录每路光信号功率值，然后进行分析处理，达到设定的光功率门限值就报警，并控制光开关切换到故障光纤进行测量，然后继续进行循环监测。图7中不包括上一级监控中心与前端控制器进行数据通信的部分，这部分的工作可通过串行接口以中断方式来完成，即前端控制器在进行上述工作流程时，可随时响应串行中断，与上一级监控中心进行数据通讯，及时报告各条光纤的当前光功率值，或按监控中心的要求将OTDR连接到指定的光纤进行测试等。

图8给出的实施例为电原理图，其中采用了图5所示的光功率监测器。PIN为光电探测器，将输入的光信号转变成电流信号，前置放大器采用运算放大器C7650，经过放大后形成模拟电压信号，再送到模数转换器ADC0820的模拟信号输入端(A_in)，通过转换变成8位数字信号(D0ˉD7)，并连接到单片机87C51的P1.0ˉP1.7，由单片机来进行实时采集数据，并计算出对应的输入光信号的强度，完成光功率测试过程。图8中的前端控制器也采用了一个单片机87C51，通过串行通讯接口(RXD、TXD)来循环与每个光功率监测器中的单片机进行数据通讯，记录下每路光纤中传输光的功率值，与上一级监控中心的工控机之间的数据通讯也由此串行通讯接口来完成，同时作为前端控制器的此单片机的输入/输出接口P1.0ˉP1.3控制着光开关的切换，P0.0ˉP0.7控制着8个报警灯，P2.0ˉP2.3与显示驱动电路MC14495相连，P1.4ˉP1.7与译码器74LS138相连，译码器的输出端D₀ˉD₅又分别与6个MC14495的选通端连接，而MC14495的输出脚(aˉg)又对应着数码管(LC5011)的七段码(aˉg)，这样，前端控制器通过其P2.0ˉP2.3输出显示数据信息，P1.4ˉP1.7控制数据输出到那一个数码管进行显示，完成显示功能。

本实用新型的光缆实时监测系统还具有可扩展性，比如OTDR测试出的图形也可通过GP-IB接口传输到工控机中进行保存、对比分析和处理。

在本实用新型的范围内还能做出其他一些实施例。例如，被监测的光纤中传输的信号包含有监控信号则采用与监控信号相适应的波分复用器(如SDH系统中有1510nm信号，就可采用1550/1510nm WDM)代替实施例中的光耦合器，从传输光信号中分出此信号来用于监测，此处光耦合器的目的就是从被监测光纤中提取出监测光信号。同样，本监测系统框图中的各个器件完成其相关的各项功能，任何起相同作用的其他器件均可以采用。

Claims (7)

1、一种光缆实时监测装置，主要包括光信号取样器和光功率监测器，其特征是每根光纤与一个波分复用器WDM的输入端连接，WDM的一个输出端与光信号取样器连接，或者每根光纤先与光信号取样器连接，光信号取样器的输出再与一个WDM的输入端连接，光信号取样器的另一个输出至光功率监测器，共N个光功率监测器的输出均送至一个前端控制器，N为被监测的光纤根数，前端控制器的输出送至光开关的电控制端，光开关的输入端与一个光时域反射计OTDR相连，光开关的输出端与连接每根光纤的WDM的另一输入端相连，其中光功率监测器包括光功率探测器PIN,PIN的输出接前置运算放大器C7650的输入端，C7650的输出端接至模数转换器ADC0820的模拟信号输入端，模数转换器输出的8位数字信号连接到单片机87C51的P1.0ˉP1.7，前端控制器也采用了一个单片机87C51，通过串行通讯接口RXD、TXD与每个光功率监测器中的单片机的数据线连接，同时作为前端控制器的此单片机的输入/输出接口P1.0ˉP1.3与光开关的电控制端连接。

2、根据权利要求1所述的光缆实时监测装置，其特征是光信号取样器一般采用光耦合器，当光纤中传输的信号包含有监测信号时，采用与监测信号相适应的波分复用器。

3、根据权利要求1或2所述的光缆实时监测装置，其特征是光功率监测器也可只包括电光探测器和前置放大器，即输入光信号以模拟电信号输出，光功率监测器的输出经过电模拟开关和一个共用的模数转换器连接，再与前端控制器相连。

4、根据权利要求1或2所述的光缆实时监测装置，其特征是光耦合器对输入光纤的光功率按一定的分支比3％∶97％ˉ10％∶90％分给其两个输出端，其中较小光功率输出端与光功率监测器相连。

5、根据权利要求1所述的光缆实时监测装置，其特征是WDM属高隔离度型，其隔离度大于或等于40dB。

6、根据权利要求1或2所述的光缆实时监测装置，其特征是光耦合器具有的附加插入损耗小于或等于0.3dB。

7、根据权利要求3或4所述的光功率监测装置，其特征是所述电光探测器属高灵敏度型，其响应度大于等于0.8A/W，而所述前置放大器属高阻抗型，其输入阻抗大于等于400kΩ。

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