CN101958749A - 一种光缆在线监测的方法 - Google Patents

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Abstract

一种改进的光缆在线监测的方法，是在光时域反射仪中，将光环形耦合器连接的激光器采用带制冷器的DFB-LD激光器，制冷器与DFB-LD激光器分别连接着制冷器驱动电路和激光器驱动电路，制冷器驱动电路、激光器驱动电路和A/D转换电路均与FPGA控制单元连接，FPGA控制单元连接着网络通信接口。监测时，制冷器的制冷电流为500-900mA，FPGA控制单元产生的启动激光器驱动电路的脉冲信号Pulse1和启动制冷器驱动电路的方波信号Pulse2的周期相同为10-30s，方波信号Pulse2的占空比≤50％。本发明降低了光强度噪声，OTDR曲线波纹小，对通信业务光信号的影响也小，达到光缆在线监测的需求，提高了光缆在线监测设备对光缆状态和事件点的分析判断的准确性。

Description

一种光缆在线监测的方法
技术领域
本发明涉及光纤通讯，特别是涉及一种光缆在线监测的方法。
背景技术
随着光纤通讯技术的快速发展，光网络的不断扩大，光缆的日常维护及安全显得越来越重要。对一些承载着重要信息的特殊光缆线路，为了保证其畅通无阻和安全可靠，进行了光缆在线监测。在光缆在线监测设备中，光时域反射仪(即OTDR)扮演着十分重要的角色。
OTDR实际上是基于瑞利散射和菲涅尔反射原理工作的测试仪器。通过控制OTDR光源，周期地发出一系列测试光脉冲，打入光纤内，因发生瑞利后向散射和菲涅尔反射，部分光脉冲返回到OTDR中，经过光探测和测量平均，得到整段光纤各点返回的光脉冲的功率平均值对应光纤距离的关系曲线。分析曲线可以知道光纤长度、光纤传输损耗、光连接损耗、光纤故障点或断点位置等情况。
通常，OTDR测试都是在中断光纤光缆通信业务的情况下进行的。OTDR光源选取常用的FP-LD激光器，测试光波长为1310nm或1550nm，测试时用某一周期某一脉宽的脉冲控制信号直接驱动FP-LD激光器发出周期的测试光脉冲信号。概括一下，常用OTDR有以下特点：
1、FP-LD激光器的优点是输出光的脉冲功率大，可以提高OTDR的动态范围，另外，它的制作工艺简单，价格也相对便宜。
2、1310nm或1550nm的测试光波长与光纤光缆通信业务的工作波长相吻合，测试所得到数据比较接近实际工作的情况。
3、FP-LD激光器的控制方法简单，根据不同的测试对象改变测试周期和脉宽就可以得到满意的OTDR曲线。
在光缆在线监测的设备中，OTDR测试则是在不中断通信业务的情况下进行的。由于FP-LD激光器的光谱宽度较宽，在几个纳米到几十个纳米之间不等，如果采用常用的OTDR，会存在下列问题：
1、当光缆通信***为1310nm/1550nm波分复用***时，因为FP-LD激光器的光谱宽度较宽，不管OTDR测试光波长选取1310nm还是1550nm，OTDR测试光脉冲信号都与通信业务光信号发生相互干扰，影响通信业务的同时测量也不准确。
2、若需要监测的光纤光缆距离超长，需要两个OTDR分别从光纤光缆两端同时进行监测时，因FP-LD激光器的光谱宽度较宽，两个OTDR测试光脉冲信号很难滤波分离出来，直接影响到测试结果。
因此，在光缆在线监测的设备中，OTDR光源一般选取了DFB-LD激光器。虽然DFB-LD激光器的光谱宽度较窄，便于滤波分离，对通信业务的光信号影响很小，但是，由于DFB-LD激光器本身的光强度噪声影响，用它发光测量得到的OTDR曲线波纹很大，直接影响了光缆在线监测设备对光缆状态和事件点的分析和判断。
综上所述，现有的在光缆在线监测设备中的OTDR很难满足光缆在线监测的需要：一是要保证曲线质量，二是不能影响通信业务。
发明内容
本发明提供了一种改进的光缆在线监测的方法，可以降低光强度噪，减小OTDR曲线波纹，提高光缆在线监测设备对光缆状态和事件点的分析判断的准确性。
本发明为此采取的措施是，在光时域反射仪中，将光环形耦合器连接的激光器采用带制冷器的DFB-LD激光器，制冷器与DFB-LD激光器分别连接着制冷器驱动电路和激光器驱动电路，制冷器驱动电路、激光器驱动电路和A/D转换电路均与FPGA控制单元连接，FPGA控制单元连接着网络通信接口。
这里，制冷器的最大额定制冷电流需为1A，在未进行测试时，制冷器保持制冷电流为25mA。
而在实际监测中，带制冷器的DFB-LD激光器产生的测试光波长为1610nm，制冷器的制冷电流ITEC为500-900mA，FPGA控制单元产生的启动激光器驱动电路的脉冲信号Pulse1和启动制冷器驱动电路的方波信号Pulse2的周期T相同，取为10-30s，方波信号Pulse2的占空比≤50％。
测试的最佳条件为：ITEC为900mA，Pulse1和Pulse2的T均为30s，Pulse2的占空比取为50％。
本发明发现，带制冷器的DFB-LD激光器作OTDR的光源，输出光的光强度噪声要比普通的DFB-LD激光器输出光的要小，因此测试所得的OTDR曲线波纹就较小。
本发明还证实，在Pulse1和Pulse2的T相同时，ITEC越大，DFB-LD激光器输出光的光强度噪声越小，测试所得的OTDR曲线波纹就越小；
在ITEC相同、Pulse1和Pulse2的T相同时，Pulse2的占空比越大，DFB-LD激光器输出光的光强度噪声越小，测试所得的OTDR曲线波纹就越小，但Pulse2的占空比大于50％之后则得到相反结果，所以最好是50％；
在ITEC相同，但是如果Pulse1和Pulse2的T不同，则DFB-LD激光器输出光的光强度噪声就变得比Pulse1和Pulse2的T相同时要大，测试所得的OTDR曲线波纹也相应变大。
因此，本发明采用带制冷器的DFB-LD激光器作OTDR的光源，使Pulse1和Pulse2的T相同，使Pulse2的占空比为50％，使ITEC为900mA。
由于OTDR光源输出光谱宽度极窄，光谱宽度可小于1nm，光波长和光功率十分稳定，光强度噪声低，OTDR曲线波纹小，对通信业务光信号的影响也小。整体来说，本发明提高了光缆在线监测设备对光缆状态和事件点的分析判断的准确性，保证OTDR测试能达到光缆在线监测的需求。
附图说明
图1为本发明单个OTDR测试模块的结构原理示意图；
图2为本发明光源控制方法中Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图；
图3为本发明实施例1中Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图；
图4为本发明实施例1中OTDR曲线示意图；
图5为本发明实施例2中Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图；
图6为本发明实施例2中OTDR曲线示意图；
图7为本发明实施例3中Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图；
图8为本发明实施例3中OTDR曲线示意图；
图9为本发明实施例4中Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图；
图10为本发明实施例4中OTDR曲线示意图；
图11为对比实施例中Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图；
图12为对比实施例中OTDR曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、方法和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式进一步地详细描述。
本发明提供的一种光缆在线监测的方法，包括两方面：一方面，光缆在线监测中单个OTDR测试模块的结构原理，参见图1；另一方面，光缆在线监测中OTDR光源的控制方法，参见图2和图3。
在光缆在线监测的实际应用中，根据选取不同的测试参数，例如测试光波长，脉冲宽度，测量范围以及平均时间等，对同一段光缆进行OTDR测试都会产生不同的测试曲线。为了增加可比性，本发明中的实施例和对比实施例所采用的测试参数均一样，所有OTDR曲线均是对同一根实验光纤测得。
下面以本发明的实施例和对比实施例来具体描述光缆在线监测中单个OTDR测试模块的结构原理的具体设计，以及对OTDR光源的控制方法。
实施例1：
参见图1。
在光时域反射仪中，将光环形耦合器连接的激光器采用带制冷器的DFB-LD激光器，制冷器与DFB-LD激光器分别连接着制冷器驱动电路和激光器驱动电路，制冷器驱动电路、激光器驱动电路和A/D转换电路均与FPGA控制单元连接，FPGA控制单元连接着网络通信接口，光环形耦合器还分别连接着波分复用器和光滤波器，光滤波器通过光探测器组件与A/D转换电路连接。
FPGA控制单元，用于产生控制信号，接收A/D转换数据和平均处理，网络通信等；
Pulse1，由FPGA控制单元产生的周期脉冲信号，用于控制激光器驱动电路，进而让DFB-LD激光器发出周期测试脉冲光信号，周期可变，脉宽可变；
Pulse2，由FPGA控制单元产生的周期方波信号，用于控制制冷器驱动电路，进而让制冷器产生周期的激光器制冷电流ITEC，周期可变，占空比≤50％；
Data，A/D输出的10位并行数字信号；
Clock，由FPGA控制单元产生，用于控制A/D转换的时钟信号；
激光器驱动电路，用于控制DFB-LD激光器所发出的测试光脉冲的光功率；
制冷器驱动电路，用于控制制冷器的制冷电流ITEC，ITEC可变；
A/D转换电路，用于接收光脉冲信号的模/数转换；
DFB-LD激光器，作OTDR光源，用于产生OTDR测试光脉冲信号；
制冷器TEC，用于DFB-LD激光器的制冷处理；这里，制冷器的最大额定制冷电流需为1A；
光探测器组件，用于接收、放大和恢复返回的OTDR测试光脉冲信号；动态范围大，灵敏度高，集成了低噪放大器，输出阻抗为50Ω；
光环形耦合器，用于耦合发出的和返回的OTDR测试光脉冲信号；
光滤波器，用于滤除无用的通信业务信号，保留有用的OTDR测试光脉冲信号。
参见图2和图3。另一方面，光缆在线监测中OTDR光源的控制方法，所述的控制方法包括下列步骤：
1、在OTDR未进行测试时，Pulse1和Pulse2都为低电平，DFB-LD激光器的制冷器要保持一定的制冷电流，ITEC为25mA，由固定的偏置电阻来设定；
2、当FPGA控制单元通过网络通信接口收到启动OTDR测试命令时，马上产生T＝30s、脉宽t＝640ns的Pulse1脉冲信号和T＝30s、占空比为50％的Pulse2方波信号；
3、Pulse1按30s间隔周期启动激光器驱动电路，给DFB-LD激光器输送周期驱动电流，致使DFB-LD激光器发出周期为30s的OTDR测试光脉冲信号；
4、Pulse2按30s间歇启动制冷器驱动电路，给制冷器输送间歇驱动电流ITEC＝900mA；
5、当FPGA控制单元通过网络通信接口收到结束OTDR测试命令时，马上终止产生Pulse1脉冲信号和Pulse2方波信号；
6、Pulse1和Pulse2终止后，DFB-LD激光器停止发出OTDR测试光脉冲信号，制冷器驱动电路停止输送ITEC；
7、在测试周期内，FPGA控制单元同时接收A/D转换数据，当接收完毕再进行平均处理，最后通过网络通信接口上传OTDR测试数据；
8、在PC机上通过相应网管软件来处理OTDR测试数据，画出OTDR曲线，如图4。
实施例2：
参照实施例1。改变的参数如下：ITEC＝500mA。
Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图参见图5；得到OTDR曲线，参见图6；
实施例3：
参照实施例1。改变的参数如下：Pulse2的占空比为10％。
Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图参见图7；得到OTDR曲线，参见图8；
实施例4：
参照实施例1。改变的参数如下：Pulse2的周期为10s。
Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图参见图9；得到OTDR曲线，参见图10；
对比实施例：
参照实施例1。改变的参数如下：Pulse2信号输出保持为零电平，那么ITEC＝25mA。此时ITEC很小，相当于OTDR光源选取了未带制冷器的DFB-LD激光器，可以模拟现有技术光缆在线监测设备中OTDR的真实情况。
Pulse1、Pulse2和ITEC的关系示意图参见图11；得到OTDR曲线，参见图12。
通过图4、图6、图8、图10与图12曲线比较分析发现，本发明的方法减少了OTDR曲线波纹，提高了光缆在线监测设备对光缆状态和事件点的分析判断的准确性，保证OTDR测试能达到光缆在线监测的需求。
以上所述的具体实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光缆在线监测的方法，包含光时域反射仪，其特征在于：在光时域反射仪中，光环形耦合器连接的激光器是带制冷器的DFB-LD激光器，制冷器与DFB-LD激光器分别连接着制冷器驱动电路和激光器驱动电路，制冷器驱动电路、激光器驱动电路和A/D转换电路均与FPGA控制单元连接，FPGA控制单元连接着网络通信接口。
2.根据权利要求1的光缆在线监测的方法，其特征在于：制冷器的最大额定制冷电流为1A，在未进行测试时，制冷器保持制冷电流为25mA。
3.根据权利要求1的光缆在线监测的方法，其特征在于：在实际监测中，带制冷器的DFB-LD激光器产生的测试光波长为1610nm，制冷器的制冷电流为500-900mA，FPGA控制单元产生的启动激光器驱动电路的脉冲信号Pulse1和启动制冷器驱动电路的方波信号Pulse2的周期相同，取为10-30s，方波信号Pulse2的占空比≤50％。
4.根据权利要求3的光缆在线监测的方法，其特征在于：制冷器的制冷电流为900mA，脉冲信号Pulse1方波信号Pulse2的周期均为30s，方波信号Pulse2的占空比取为50％。
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