CN103532616A - 一体化光缆故障检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种一体化光缆故障检测装置，包括：光时域反射计、红光源激光器、光功率探测器和单端式Sagnac干涉的光缆识别仪，还包括用于功能切换的3个1×2矩阵光开关、一个复用光开关和四根用于控制所述4个光开关的信号线。本发明的一体化光缆故障检测装置，集光时域反射计光缆故障定位功能、红光源可视故障定位功能、光功率计测量功能及光缆识别功能于一体，便携式、高度集成化，且单端口输出的光缆故障检测装置，能够快速诊断光缆故障。

Description

一体化光缆故障检测装置
技术领域
本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种一体化光缆故障检测装置。
背景技术
在光纤通信网络的光缆维护及后勤保障中，随着光纤通信网络线路的日益复杂，加重了光缆维护和保障的工作量，因此维护诊断时间成为衡量光缆故障测试仪的重要标准。现有测试技术主要包括光时域反射计(OTDR)、可视红光故障定位、光通道功率测量以及基于Sagnac干涉的光缆识别。
基于Sagnac干涉的光缆识别仪是利用沿顺时针和逆时针传输的光程相同而形成的白光干涉原理，通过检测光强变化而感知光缆振动信息，利用这一技术可以实现复杂光缆线路中的光缆识别，准确找出光缆中输入光纤与输出光纤的对应关系。图1所示为单端式Sagnac干涉的光缆识别仪，包括光缆识别激光器10、光电探测器30、3×3耦合器11和光纤隔离器12。光缆识别激光器10产生的连续光从第二端口2进入3×3的耦合器11，光分成2路：光路径一2→5→6→5→1→4→3与光路径二2→4→1→5→6→5→3光程相等，且同为3次经过3×3耦合器，所以两路光的光程相等、振幅相同，只是与光路径一相比，光路径二收到扰动的时间延时了τ，为了使两路光形成稳定的干涉要求光源发出连续激光，且要求光缆识别激光器光谱宽度大，从而有效的抑制噪声。经过光电探测器转换并滤除其中的恒定直流项和高阶交变项后得到线性范围内的干涉光强的输出电压信号为：
Figure BSA0000096030400000011
式中n为光纤折射率，R为光电探测器的响应度，RL为负载电阻，K为光纤材料的应力与光纤长度变化率的比例系数，ξ为光纤应变系数，L为延时光纤长度，c为真空光速，λ为真空光源波长，Po为入射光功率，p为施加在被测光纤上的振动造成的应力。
Figure BSA0000096030400000022
为两路光信号因3×3耦合器引起的固有相位差，
Figure BSA0000096030400000023
由公式(1)可以看出，当有振动施加在被测光纤时，将引起被测电压发生变化，从而实现对故障光缆的识别。
如图2所示，光时域反射计包括光缆寻障激光器20、波分复用器26、光纤环行器27和光电探测器30，其中，光缆寻障激光器20包括1310脉冲激光器24和1550脉冲激光器25。光时域反射计将超短光脉冲注入被测光纤，通过测量背向瑞利散射光实现光纤故障的精确定位，利用触发源同时向脉冲激光器和雪崩光电二极管发出触发信号，当光脉冲注入被测光纤后，将在光纤中各个位置产生与该位置相关的瑞利散射光，因此通过检测光纤各位置反射回光电探测器的光强即可分辨是否发生断裂、弯曲等故障；同时由于各位置产生的瑞利散射光返回光电探测器30的时间不同，通过计算返回时间即可得到各点的准确位置，位置计算公式为
Figure BSA0000096030400000021
其中c／n为光在光纤中的传播速度，Δt为从触发信号到探测到某位置散射光的时间差。
可视红光故障定位是利用650nm的可见激光源注入被测光纤，在发生故障的光纤位置，可见红光会大量泄漏，因此人眼可以直接观测到故障点，在短距离光缆故障检测中非常有效。
光通道功率测量是光缆故障诊断的辅助措施，通过在光纤发射端注入激光，在光纤末端探测光功率来判断光纤通道的通断。
光时域反射计只能实现光纤故障点的定位，但无法从众多光纤线路中准确找出故障光纤，必须辅以光缆识别仪进行光缆维护；可视红光故障定位由于在光纤中传输损耗较大，只能对短距离光纤线路进行诊断；光通道功率测量可以对故障光纤进行测量，但需要逐一测量，诊断量繁重。
目前用于光缆维护测试的仪器多数只具有单一的功能，如光源、光功率计、光时域反射计、光缆识别仪等，单台仪器不能完成对光缆的多功能测试，且由多种测试仪器组成的测试***体积庞大、操作复杂、携带极其不方便等，不能满足现代光纤通信网络***中光缆维护的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种一体化光缆故障检测装置，集光时域反射计光缆故障定位功能、红光源可视故障定位功能、光功率计测量功能及光缆识别功能于一体的，便携式、高度集成化，且单端口输出的光缆故障检测装置，能够快速诊断光缆故障。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种一体化光缆故障检测装置，包括：光时域反射计、红光源激光器、光功率探测器和单端式Sagnac干涉的光缆识别仪，还包括用于功能切换的3个1×2矩阵光开关、一个复用光开关和四根用于控制所述4个光开关的信号线；
单端式Sagnac干涉的光缆识别仪包括光缆识别激光器、光电探测器、3×3耦合器和光纤隔离器；
光时域反射计包括光缆寻障激光器、波分复用器、光纤环行器和光电探测器；
第一光开关的第一输入端连接到第二光开关的输出端，其第二输入端连接到第三光开关的输出端，其输出端连接到被测光纤；
第二光开关的第一输入端连接到红光源激光器的输出端，其第二输入端连接到单端式Sagnac干涉光路的3×3耦合器的第五端口，其输出端连接到第一光开关的第一输入端；
第三光开关的第一输入端连接到光时域反射计的光纤环形器的第一输出端，其第一输出端连接到第一光开关的第二输入端，其第二输出端连接到光功率探测器的输入端；
第四光开关的第一输入端连接到光纤环行器的第二输出端，其第二输入端连接到3×3耦合器的第三端口，其输出端连接到光电探测器的输入端；
其中第一信号线(D1)与第一光开关的第一输入端、第二光开关的第一输入端相连接；第二信号线(D2)与第二光开关的第二输入端、第四光开关的第二输入端相连接；第三信号线(D3)与第三光开关的第一输入端、第四光开关第一输入端相连接；第四信号线(D4)与第一光开关的第二输入端、第三光开关的第二输出端相连接。
可选地，所述四根信号线D1D2D3D4=1000，红光源激光器的输出信号传输到被测光纤。
可选地，所述四根信号线D1D2D3D4=1000，后设置为D1D2D3D4=0100，所述3×3耦合器的第五端口与被测光纤相连接，3×3耦合器的第三端口与光电探测器相连接。
可选地，所述四根信号线D1D2D3D4=0001，光功率探测器输出端连接到被测光纤。
可选地，所述四根信号线D1D2D3D4=0001，后设置为D1D2D3D4=0010，光纤环行器的第一输出端连接到光功率探测器，光纤环行器的第一输出端连接到被测光纤，光纤环行器的第二输出端连接到光电探测器。
可选地，所述红光源激光器为650nm红光源激光器。
可选地，光功率探测器为PIN近红外光电探测器。
本发明的有益效果是：一体化光缆故障检测装置，集光时域反射计光缆故障定位功能、红光源可视故障定位功能、光功率计测量功能及光缆识别功能于一体，便携式、高度集成化，且单端口输出的光缆故障检测装置，能够快速诊断光缆故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为单端式Sagnac干涉的光缆识别仪的结构示意图；
图2为光时域反射计的结构示意图；
图3为本发明一体化光缆故障检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前用于光缆故障检测的仪器功能单一，故障诊断耗时长，而且由光时域反射计、红光源可视故障定位仪、光功率计、光缆识别仪等分立仪器组成的测试***存在携带不方便，操作复杂，光缆故障诊断效率低的问题。本发明针对现有技术的缺点和不足，提出一种一体化光缆故障检测装置，集光时域反射计光缆故障定位功能、红光源可视故障定位功能、光功率计测量功能及光缆识别功能于一体，便携式、高度集成化，且单端口输出的光缆故障检测装置，能够快速诊断光缆故障。
本发明的一体化光缆故障检测装置包括光时域反射计、红光源激光器、光功率探测器和单端式Sagnac干涉的光缆识别仪。光时域反射计实现光纤故障的查找和定位，红光源激光器实现光纤故障的可视定位，光功率探测器实现光缆光功率的测量，单端式Sagnac干涉的光缆识别仪实现故障光缆的识别，3个1×2矩阵光开关实现光纤故障定位、可视红光定位、光功率测量、故障光缆识别的功能间的灵活切换。
下面结合图3对本发明的一体化光缆故障检测装置进行详细阐述。
第一光开关100的第一输入端P1连接到第二光开关200的输出端P0，其第二输入端P10连接到第三光开关300的输出端P0，其输出端P0连接到被测光纤；第二光开关200的第一输入端P1连接到红光源激光器40的输出端，其第二输入端P10连接到单端式Sagnac干涉的光缆识别仪的3×3耦合器11的第五端口5，其输出端连接到第一光开关100的第一输入端P1；第三光开关300的第一输入端连接到光时域反射计的光纤环形器27的第一输出端22，其第一输出端P0连接到第一光开关100的第二输入端P10，其第二输出端P10连接到光功率探测器50的输入端；第四光开关400的第一输入端P1连接到光纤环行器27的第二输出端23，其第二输入端P10连接到3×3耦合器11的第三端口3，其输出端P0连接到光电探测器30的输入端。
采用D1、D2、D3、D4四根控制信号线实现光纤故障定位、可视红光定位、光功率测量、故障光缆识别功能间的灵活切换，其中第一信号线D1与第一光开关100的第一输入端P1、第二光开关200的第一输入端P1相连接；第二信号线D2与第二光开关200的第二输入端P10、第四光开关400的第二输入端P10相连接；第三信号线D3与第三光开关300的第一输入端P1、第四光开关400第一输入端P1相连接；第四信号线D4与第一光开关100的第二输入端P10、第三光开关300的第二输出端P10相连接。采用信号1代表使能信号，信号0代表关闭信号，光纤故障定位、可视红光定位、光功率测量、故障光缆识别功能的控制时序如下所示：
红光源可视故障定位：D1D2D3D4=1000，即第一信号线D1将第一光开关100的第一输入端P1和第二光开关200的第一输入端P1使能，红光源激光器40的输出信号传输到被测光纤。
故障光缆识别：先设置为：D1D2D3D4=1000，后设置为：D1D2D3D4=0100，即将3×3耦合器的第五端口5与被测光纤相连接，并将3×3耦合器的第三端口3与光电探测器30相连接。
光功率计测量功能：D1D2D3D4=0001，即第四信号线D4将第一光开关100的第二输入端P10和第三光开关200的第二输入端P10使能，光功率探测器50的输出端连接到被测光纤。
光纤故障定位：先设置为：D1D2D3D4=0001，后设置为：D1D2D3D4=0010，即将光纤环行器27的第一输出端22连接到光功率探测器50，将光纤环行器27的第一输出端22连接到被测光纤，并将光纤环行器27的第二输出端23连接到光电探测器30。
通过3个1×2光开关即第一光开关100、第二光开关200和第三光开关300级联的矩阵开关实现光纤故障定位、可视红光定位、光功率测量、故障光缆识别的多功能、一体化集成，第四光开关400实现光电探测器30的复用，从而使得多功能、一体化光缆故障检测装置的结构更加紧凑。利用四根信号线D1、D2、D3、D4对矩阵开关进行控制，实现光纤故障定位、可视红光定位、光功率测量、故障光缆识别功能的切换。
优选地，红光源激光器40为650nm红光源激光器。
优选地，光功率探测器50为PIN近红外光电探测器。
本发明的一体化光缆故障检测装置集光时域反射计光缆故障定位功能、红光源可视故障定位功能、光功率计测量功能及光缆识别功能于一体的，便携式、高度集成化，而且是单端口输出的光缆故障检测装置，能够快速诊断光缆故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)

1.一种一体化光缆故障检测装置，其特征在于，包括：光时域反射计、红光源激光器、光功率探测器和单端式Sagnac干涉的光缆识别仪，还包括用于功能切换的3个1×2矩阵光开关、一个复用光开关和四根用于控制所述4个光开关的信号线；
单端式Sagnac干涉的光缆识别仪包括光缆识别激光器、光电探测器、3×3耦合器和光纤隔离器；
光时域反射计包括光缆寻障激光器、波分复用器、光纤环行器和光电探测器；
第一光开关的第一输入端连接到第二光开关的输出端，其第二输入端连接到第三光开关的输出端，其输出端连接到被测光纤；
第二光开关的第一输入端连接到红光源激光器的输出端，其第二输入端连接到单端式Sagnac干涉光路的3×3耦合器的第五端口，其输出端连接到第一光开关的第一输入端；
第三光开关的第一输入端连接到光时域反射计的光纤环形器的第一输出端，其第一输出端连接到第一光开关的第二输入端，其第二输出端连接到光功率探测器的输入端；
第四光开关的第一输入端连接到光纤环行器的第二输出端，其第二输入端连接到3×3耦合器的第三端口，其输出端连接到光电探测器的输入端；
其中第一信号线(D1)与第一光开关的第一输入端、第二光开关的第一输入端相连接；第二信号线(D2)与第二光开关的第二输入端、第四光开关的第二输入端相连接；第三信号线(D3)与第三光开关的第一输入端、第四光开关第一输入端相连接；第四信号线(D4)与第一光开关的第二输入端、第三光开关的第二输出端相连接。
2.如权利要求1所述的一体化光缆故障检测装置，其特征在于，所述四根信号线D1D2D3D4=1000，红光源激光器的输出信号传输到被测光纤。
3.如权利要求1所述的一体化光缆故障检测装置，其特征在于，所述四根信号线D1D2D3D4=1000，后设置为D1D2D3D4=0100，所述3×3耦合器的第五端口与被测光纤相连接，3×3耦合器的第三端口与光电探测器相连接。
4.如权利要求1所述的一体化光缆故障检测装置，其特征在于，所述四根信号线D1D2D3D4=0001，所述光功率探测器输出端连接到被测光纤。
5.如权利要求1所述的一体化光缆故障检测装置，其特征在于，所述四根信号线D1D2D3D4=0001，后设置为D1D2D3D4=0010，光纤环行器的第一输出端连接到光功率探测器，光纤环行器的第一输出端连接到被测光纤，光纤环行器的第二输出端连接到光电探测器。
6.如权利要求1所述的一体化光缆故障检测装置，其特征在于，所述红光源激光器为650nm红光源激光器。
7.如权利要求1所述的一体化光缆故障检测装置，其特征在于，光功率探测器为PIN近红外光电探测器。
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