CN103560824A

CN103560824A - 基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法

Info

Publication number: CN103560824A
Application number: CN201310527052.XA
Authority: CN
Inventors: 贾渠; 张睿; 陈一平
Original assignee: Beijing Aerospace Yilian Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Aerospace Yilian Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明公开了一种基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法，属于光纤传感领域，为解决现有装置和方法无法快速、无损地进行故障光纤检测的问题而设计。本发明基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置包括控制器、激光发射器、光纤干涉仪、反射镜、光电转换器、模数信号转换器、显示器、至少两个探测器、以及至少两个耦合器。本发明基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法采用光纤Sagnac干涉技术和光时域反射测量原理，同时结合了ARM9与FPGA的液晶显示及微弱信号处理的方法，能快速地定位故障光缆，准确进行故障光缆的距离定位，缩短通信光缆抢修时间，适用于光缆的工程施工、故障检测及定位、光缆的标记等工作中。

Description

基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法。

背景技术

光纤通信光缆是通讯领域非常重要的器件，一旦其发生故障则会影响通讯的稳定，甚至会导致通讯中断。所以非常需要在光纤通信光缆出现故障时能及时进行故障光缆定位和故障点距离定位，以便及时进行维修或者更换，保证通讯的畅通。

目前使用的方法有三种：1、从已知的地方开始逐一拽拉。这种方式比较费时费力，而且查找难度大，同时在拽拉的过程中极易损伤光缆。2、使用OTDR（光时域反射仪）、且同时弯曲光缆。OTDR利用光的反射技术可以测量光纤的损耗，但是每一根光缆里可能有24芯的光纤，在并不知道光纤与光缆对应关系的情况下，此方法工作量繁重。而且光缆是极不容易受到弯曲的，如果施加强力弯曲了光缆则将对光缆产生损伤。3、在光纤的开始端射入红光源、然后在光纤尾端查看是否有红光。红光源损耗太大而传输距离不远，而且一旦遇到路由器之类的中间连接，红光源将无法分辨。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种及时、无损检测光纤的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置。

本发明的另一个目的是提出一种检测准确的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置。

本发明的还一个目的是提出一种能对光纤进行及时、无损检测的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测方法。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置，所述装置包括控制器、激光发射器、光纤干涉仪、反射镜、光电转换器、模数信号转换器、显示器、至少两个探测器、以及至少两个耦合器；所述探测器、所述耦合器和所述反射镜都设置在激光传导路线上，所述激光发射器、光纤干涉仪、光电转换器、模数信号转换器、以及显示器分别连接在所述控制器上。

特别是，所述控制器包括ARM9处理器和可编程控制器；所述ARM9处理器与所述显示器相连接，所述可编程控制器分别与所述激光发射器和模数信号转换器相连接。

特别是，所述装置的人机界面由LINUX操作***设计形成。

特别是，所述装置包括第一探测器、第二探测器、第一耦合器和第二耦合器；所述第一探测器和第一耦合器位于激光传导路线上的第一位置，所述第二探测器和第二耦合器位于激光传导路线上的第二位置。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种应用上述装置实施的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1.利用激光发射器产生激光；

步骤2.通过光纤干涉仪将所得激光输入待测试光纤；

步骤3.在所述待测试光纤所属光缆上施加振动；

步骤4.接收反射回来的光信号；

步骤5.利用光电转换器将所回收的光信号转换成电信号；

步骤6.使用模数信号转换器对所得电信号进行模数转换；

步骤7.通过显示器显示所得结果，确认待测试光纤、并判断所述待测试光纤正常或故障。

特别是，步骤7中通过第一探测器确认待测试光纤是否为故障光纤、或是否为需要标记的光纤。

特别是，步骤7中当判断所述待测试光纤出现故障时通过第二探测器确定产生故障处的距离。

进一步，确定故障距离所使用的方法为光时域反射技术。

本发明基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法采用光纤Sagnac干涉技术和光时域反射测量原理，快速地进行故障点的定位，有效地缩短了故障光缆的抢修时间。克服了传统的光纤故障定位及距离定位难点，从视觉和听觉上进行光缆定位。在工程施工方面，有效地节省了施工周期，提高了施工效率，方便了光纤标记等工作。

附图说明

图1是本发明基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置的优选实施例二结构示意图；

图2是优选实施例二所示装置内部光学部分结构示意图；

图3是优选实施例二光缆故障无损检测方法的流程图；

图4是在正常光纤所属光缆上施加振动所得到的显示结果。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例一：

本优选实施例提供一种基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法，该方法为由激光器发出激光经光纤干涉仪将光入射进待测试光纤，待测试光纤反射回的光携带外界信息后经光电转换后进入信号处理模块，信号处理完成以后通过液晶显示器显示。

在光学部分，利用第一探测器进行光缆定位，利用第二探测器进行光缆故障距离定位。由于光经过光纤延时环以后所走的光程不同，从光纤尾端反射回来的两束光到达第二耦合器时会发生干涉现象。此现象通过模数转换后会显示到液晶屏上，使用户能更加直观地判断光缆是否正常及是否为需要标记的光缆。图4所示即为在正常光纤所属光缆上施加振动所得到的干涉现象显示结果。

硬件结构主要是基于ARM9处理器和FPGA（可编程控制器）。且是在LINUX操作***下进行人机界面设计的。ARM***主要负责液晶显示、通信、用户的交互功能。而FPGA则主要负责脉冲发生、AD采样等等。

工作流程：由一人负责在中控室内进行视频、音频的观看与收听，另一人负责室外敲击光缆。二人之间通过手机通信。如果在敲击过程中出现如图4所示的波形，则判定该光缆正常，或者该光缆是需要标记的光缆；否则为故障光缆。当判定该光缆故障时，该装置会通过第二探测器接收到的数据进行基于光时域反射技术的数据处理，进而得到故障光缆的距离位置。

本优选实施例基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法采用光纤Sagnac干涉技术和光时域反射测量原理，同时结合了ARM9与FPGA的液晶显示及微弱信号处理的方法，能快速地定位故障光缆，准确进行故障光缆的距离定位，极大地缩短了通信光缆抢修时间。

优选实施例二：

如图1和图2所示，本优选实施例提供一种基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置及方法。该装置包括ARM9处理器、可编程控制器、激光发射器、光纤干涉仪、光电转换器、模数信号转换器、显示器、第一探测器、第二探测器、第一耦合器、以及第二耦合器。第一探测器和第一耦合器位于激光传导路线上的第一位置，第二探测器和第二耦合器位于激光传导路线上的第二位置。图1中实线为连接关系，带箭头的虚线表示信号流转关系。

ARM9处理器与显示器相连接，可编程控制器分别与激光发射器和模数信号转换器相连接，该装置的人机界面由LINUX操作***设计形成。

如图3所示，测试方法包括下述步骤：步骤1.利用激光发射器产生激光；步骤2.通过光纤干涉仪将所得激光输入待测试光纤；步骤3.在待测试光纤所属光缆上施加振动；步骤4.接收反射回来的光信号；步骤5.利用光电转换器将所回收的光信号转换成电信号；步骤6.使用模数信号转换器对所得电信号进行模数转换；步骤7.通过显示器显示所得结果，通过第一探测器确认待测试光纤、并判断所述待测试光纤正常或故障。当判断待测试光纤故障时，利用光时域反射技术通过第二探测器确定故障距离。

与优选实施例一的主要区别为：在待测试光纤所属光缆上施加振动的具体方式不限，可以是工作人员的敲击，也可以是机械手臂自动地击打，能够实现在光缆上施加振动效果、且不损伤光缆光纤的方式均可。

Claims

1.一种基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置，其特征在于，所述装置包括控制器、激光发射器、光纤干涉仪、反射镜、光电转换器、模数信号转换器、显示器、至少两个探测器、以及至少两个耦合器；所述探测器、所述耦合器和所述反射镜都设置在激光传导路线上，所述激光发射器、光纤干涉仪、光电转换器、模数信号转换器、以及显示器分别连接在所述控制器上。

2.根据权利要求1所述的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置，其特征在于，所述控制器包括ARM9处理器和可编程控制器；所述ARM9处理器与所述显示器相连接，所述可编程控制器分别与所述激光发射器和模数信号转换器相连接。

3.根据权利要求1所述的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置，其特征在于，所述装置的人机界面由LINUX操作***设计形成。

4.根据权利要求1所述的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测装置，其特征在于，所述装置包括第一探测器、第二探测器、第一耦合器和第二耦合器；所述第一探测器和第一耦合器位于激光传导路线上的第一位置，所述第二探测器和第二耦合器位于激光传导路线上的第二位置。

5.一种应用权项1至4任一所述装置实施的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1.利用激光发射器产生激光；

步骤2.通过光纤干涉仪将所得激光输入待测试光纤；

步骤3.在所述待测试光纤所属光缆上施加振动；

步骤4.接收反射回来的光信号；

步骤5.利用光电转换器将所回收的光信号转换成电信号；

步骤6.使用模数信号转换器对所得电信号进行模数转换；

6.根据权利要求5所述的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测方法，其特征在于，步骤7中通过第一探测器确认待测试光纤是否为故障光纤、或是否为需要标记的光纤。

7.根据权利要求5所述的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测方法，其特征在于，步骤7中当判断所述待测试光纤出现故障时通过第二探测器确定产生故障处的距离。

8.根据权利要求7所述的基于光纤干涉原理的光缆故障无损检测方法，其特征在于，确定故障距离所使用的方法为光时域反射技术。