TWI434058B - 光纖感測系統與光纖感測方法 - Google Patents
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Description
本揭露係有關於光纖網路系統，特別係有關於一種光纖感測系統。
近年來光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)係光學感測領域的重要元件。在具有光纖布拉格光柵之感測系統中，多路通訊的能力是感測系統中的主要特色之一。光纖布拉格光柵在多路通訊的應用中包含波長多路通訊(Wavelength-division Multiplexing,WDM)、空間多路通訊(Space-division Multiplexing,SDM)、時間多路通訊(Time-division Multiplexing,TDM)、編碼多路通訊(Code-division Multiplexing Access,CDMA)、強度-波長多路通訊(Strength Wavelength-division Multiplexing)和連續波頻率調變多路通訊(Frequency-modulated Continuous-wave Wavelength-division Multiplexing)。基於各類多路通訊技術及其組合，可輕易建造大範圍的光纖布拉格光柵感測系統。因此，如何提升光纖布拉格光柵感測系統的可靠性(reliability)和生存力(survivability)是重要的課題。一般而言，線狀分布(bus/in-line topology)、樹狀分布(tree/star topology)和環狀分布(ring topology)無法具有完整的感測功能。舉例來說，當線狀分布的光纖網路出現斷點時，光纖感測器無法對斷點之後的線路進行感測。因此，亟需要一種光纖感測系統，來對光纖網路進行完整感測。
有鑑於此，本揭露提供一種光纖感測系統，包括：複數環結構，每一環結構包括至少一光纖感測器，用以接收及反射一光源信號；一光耦合器，直接連接環結構，用以將光源信號注入環結構，以便形成複數迴圈；以及一切換單元，設置於一中央控制室內，具有二輸出端，輸出端分別透過光耦合器耦接至環結構，以便在迴圈中形成一第一路徑和一第二路徑，使得光源信號藉由切換單元依序被注入第一路徑和第二路徑。
本揭露亦提供一種光纖感測方法，包括：提供複數環結構，以便形成複數迴圈，其中每一環結構包括至少一光纖感測器，用以接收及反射一光源信號；以及在迴圈中形成一第一路徑和一第二路徑，使得光源信號藉由一切換單元依序被注入第一路徑和第二路徑，其中切換單元設置在一中央控制室內。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖係本揭露之光纖感測系統之一實施例。如第1圖所示，光纖感測系統(Fiber Sensing System)100包括一中央控制室(Central Office,CO)110、環結構單元(Ring Architecture Unit)120和設置在中央控制室外之一光耦合器(Optical coupler)130。詳細而言，環結構單元120包括複數環結構(Ring structure)，每一環結構包括至少一光纖感測器(Fiber Sensor)，用以接收及反射一光源信號。每個光纖感測器具有不同的中心波長，當光感測器接收光源信號時，光感測器反射光源信號，以產生對應於光感測器之反射信號。
舉例來說，環結構單元120包括環結構R1、R2與R3，環結構R1具有光纖感測器FBG11和FBG12，環結構R2具有光纖感測器FBG21、FBG22和FBG23，環結構R3具有光纖感測器FBG31、FBG32和FBG33，其中光纖感測器FBG11、FBG12、FBG21、FBG22、FBG23、FBG31、FBG32和FBG33為光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)，但不限於此。光耦合器130直接連接環結構R1、R2與R3，用以將光源信號注入環結構R1、R2與R3，以便形成複數迴圈(loop)。
接下來，中央控制室110包括一可調雷射光源(Tunable Laser Source)111、一光譜分析儀(Optical Spectrum Analyzer,OSA)112、一可調式光衰減器(Variable Optical Attenuator,VOA)113、一光耦合器114、處理單元(processing unit) 119和一切換單元(Switching Unit) 115。詳細而言，切換單元115具有一輸入端W3與輸出端W1與W2，輸入端W3用以接收光源信號，輸出端W1與W2分別透過光耦合器130耦接至環結構單元120，以便在環結構R1、R2與R3中形成路徑L1和L2，使得光源信號藉由切換單元115依序被注入路徑L1和L2。在本揭露實施例中，路徑L1與路徑L2在同一迴圈上，但方向相反。
可調雷射光源111耦接光耦合器114，透過光耦合器114輸出光源信號至切換單元115，其中可調雷射光源111包括一摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA) 116、一偏光控制器(Polarization Controller,PC)117和一可調式帶通濾波器(Tunable Bandpass Filter,TBF)118。光譜分析儀112分析由路徑L1和L2所反射出的一第一反射信號與一第二反射信號，取得一第一資料和一第二資料。
處理單元119用以根據一查找表(lookup table)LUT分析第一資料與第二資料，以便判斷環結構單元120的斷點位置。除此之外，處理單元119調整可調雷射光源111，使得可調雷射光源111所輸出的光源信號具有對應於光纖感測器之中心波長。除此之外，處理單元119亦可控制中央控制室110內所有元件。
第2A圖與第2B圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明路徑L1之第一反射信號與路徑L2之第二反射信號。如第2A圖與第2B圖所示，第一反射信號與第二反射信號顯示所有光纖感測器的中心波長，代表環結構R1、R2與R3沒有斷點。
第3A圖係本揭露之光纖感測系統之一示意圖，用以說明光纖感測系統300具有在光纖感測器FBG31與光纖感測器FBG32之間的斷點。第3B圖與第3C圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明光纖感測系統300之第一反射信號與第二反射信號。如第3B圖與第3C圖所示，第一反射信號之波形圖沒有光纖感測器FBG32與FBG33的中心波長，第二反射信號之波形圖沒有光纖感測器FBG31之中心波長。因此，根據查找表分析第3B圖與第3C圖的資料，處理單元判斷光纖感測系統300具有在光纖感測器FBG31與光纖感測器FBG32之間的斷點。
第4A圖係本揭露之光纖感測系統之一示意圖，用以說明光纖感測系統400具有在光纖感測器FBG22上的斷點。第4B圖與第4C圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明光纖感測系統400之第一反射信號與第二反射信號。如第4B圖與第4C圖所示，第一反射信號之波形圖沒有光纖感測器FBG22與FBG23的中心波長，第二反射信號之波形圖沒有光纖感測器FBG21與光纖感測器FBG22之中心波長。因此，根據查找表分析第3B圖與第3C圖的資料，處理單元判斷光纖感測系統300具有在光纖感測器FBG31與光纖感測器FBG32之間的斷點。
第5圖係本揭露之被動式光纖網路之一實施例，其中被動式光纖網路(Passive Optical Network,PON)500結合光纖感測系統100。如第5圖所示，被動式光纖網路500包括中央控制室510、環結構單元520與521與光纖網路單元(Optical Network Unit,ONU)531、532、533與534，其中環結構單元與光纖網路單元的數量僅供說明之用，但不限於此。中央控制室510係整合中央控制室110與光傳送終端裝置(Optical Line Terminal,OLT)511，環結構單元520與521可以是環結構單元120。由於環結構單元520與521可設置在光纖網路的任何路徑上，因此本發明之中央控制室110可偵測出被動式光纖網路500之光纖網路的斷點所在。
第6圖係本揭露之光纖感測方法之一流程圖，如圖所示，光纖感測方法包括下列步驟。
於步驟S61，提供複數環結構，以便形成複數迴圈，其中每一環結構包括至少一光纖感測器，用以接收及反射一光源信號。於步驟S62，在迴圈中形成路徑L1和路徑L2，使得光源信號藉由切換單元115依序被注入路徑L1和路徑L2，其中切換單元115設置在中央控制室110內。於步驟S63，分析由路徑L1與路徑L2所反射出的第一反射信號與第二反射信號，以便判斷環結構的斷點位置。
由於本揭露之光纖感測系統藉由切換單元115在環結構R1、R2或R3中產生路徑L1與路徑L2，因此在環結構R1、R2或R3產生斷點時，可對斷點之後的線路進行感測，以便精確感測斷點所在位置。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
100、300、400．．．光纖感測系統
110、510．．．中央控制室
111‧‧‧可調雷射光源
112‧‧‧光譜分析儀
113‧‧‧可調式光衰減器
114、130‧‧‧光耦合器
115‧‧‧切換單元
116‧‧‧摻鉺光纖放大器
117‧‧‧一偏光控制器
118‧‧‧可調式帶通濾波器
119‧‧‧處理單元
120、520、521‧‧‧環結構單元
LUT‧‧‧查找表
R1、R2、R3‧‧‧環結構
FBG11、FBG12、FBG21、FBG22、FBG23、FBG31、FBG32、FBG33‧‧‧光纖感測器
W3‧‧‧輸入端
W1、W2‧‧‧輸出端
L1、L2‧‧‧路徑
500‧‧‧被動式光纖網路
531、532、533、534‧‧‧光纖網路單元
511‧‧‧光傳送終端裝置
第1圖係本揭露之光纖感測系統之一實施例；
第2A圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明路徑L1之第一反射信號；
第2B圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明路徑L2之第二反射信號；
第3A圖係本揭露之光纖感測系統之一示意圖，用以說明光纖感測系統300具有在光纖感測器FBG31與光纖感測器FBG32之間的斷點。
第3B圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明光纖感測系統300之第一反射信號；
第3C圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明光纖感測系統300之第二反射信號；
第4A圖係本揭露之光纖感測系統之一示意圖，用以說明光纖感測系統400具有在光纖感測器FBG22上的斷點。
第4B圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明光纖感測系統400之第一反射信號；
第4C圖係本揭露之反射信號之一波形圖，分別說明光纖感測系統400之第二反射信號；
第5圖係本揭露之被動式光纖網路之一實施例；
第6圖係本揭露之光纖感測方法之一流程圖。
100．．．光纖感測系統
110．．．中央控制室
111．．．可調雷射光源
112．．．光譜分析儀
113．．．可調式光衰減器
114、130．．．光耦合器
115．．．切換單元
116．．．摻鉺光纖放大器
117．．．一偏光控制器
118．．．可調式帶通濾波器
119．．．處理單元
120．．．環結構單元
LUT．．．查找表
R1、R2、R3．．．環結構
FBG11、FBG12、FBG21、FBG22、FBG23、FBG31、FBG32、FBG33．．．光纖感測器
W3．．．輸入端
W1、W2．．．輸出端
L1、L2．．．路徑
Claims (14)
- 一種光纖感測系統，包括：複數環結構，每一上述環結構包括至少一光纖感測器，用以接收及反射一光源信號；一光耦合器，直接連接上述環結構，用以將上述光源信號注入上述環結構，以便形成複數迴圈；以及一切換單元，設置於一中央控制室內，具有二輸出端，上述輸出端分別透過上述光耦合器耦接至上述環結構，以便在上述迴圈中形成一第一路徑和一第二路徑，使得上述光源信號藉由上述切換單元依序被注入上述第一路徑和上述第二路徑，其中該切換單元之該等輸出端係透過該光耦合器而不透過一網路節點或另一個耦合器而耦接至該等環結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之光纖感測系統，其中上述中央控制室包括一可調雷射光源，用以輸出上述光源信號至上述切換單元。
- 如申請專利範圍第2項所述之光纖感測系統，其中上述可調雷射光源為可調鉺光纖雷射。
- 如申請專利範圍第1項所述之光纖感測系統，其中上述中央控制室包括一光譜分析儀，分析由上述第一路徑與上述第二路徑所反射出的一第一反射信號與一第二反射信號，取得一第一資料和一第二資料。
- 如申請專利範圍第4項所述之光纖感測系統，其中上述中央控制室更包括一處理單元，用以根據一查找表分析上述第一資料與上述第二資料，以便判斷上述環結構的斷 點位置。
- 如申請專利範圍第5項所述之光纖感測系統，其中上述處理單元調整上述可調雷射光源，使得上述可調雷射光源所輸出的上述光源信號具有對應於上述光纖感測器之中心波長。
- 如申請專利範圍第1項所述之光纖感測系統，其中上述光纖感測器為光纖布拉格光柵。
- 如申請專利範圍第1項所述之光纖感測系統，其中當上述光感測器接收上述光源信號時，上述光感測器反射上述光源信號，以產生對應於上述光感測器之反射信號。
- 一種光纖感測方法，包括：提供複數環結構，以便形成複數迴圈，其中每一上述環結構包括至少一光纖感測器，用以接收及反射一光源信號，並且上述每一個環結構被一光耦合器所直接連接；以及在上述迴圈中形成一第一路徑和一第二路徑，使得上述光源信號藉由一切換單元依序被注入上述第一路徑和上述第二路徑，其中上述切換單元設置在一中央控制室內，並且該切換單元之複數個輸出端係透過該光耦合器而不透過一網路節點或另一個耦合器而耦接至該等環結構。
- 如申請專利範圍第9項所述之光纖感測方法，更包括：分析由上述第一路徑與上述第二路徑所反射出的一第一反射信號與一第二反射信號，以便判斷上述環結構的斷點位置。
- 如申請專利範圍第10項所述之光纖感測方法，其中上述中央控制室包括一可調雷射光源，用以輸出上述光源信號至上述切換單元。
- 如申請專利範圍第11項所述之光纖感測方法，其中上述可調雷射光源為可調鉺光纖雷射。
- 如申請專利範圍第12項所述之光纖感測方法，其中上述光纖感測器為光纖布拉格光柵。
- 如申請專利範圍第9項所述之光纖感測方法，其中當上述光感測器接收上述光源信號時，上述光感測器反射上述光源信號，以產生對應於上述光感測器之反射信號。
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