RU2247347C1 - Method of monitoring fiber-optical circuit - Google Patents

Abstract

FIELD: testing of optical apparatus.

SUBSTANCE: method comprises feeding the standard optical signal to the light guide to be tested and measuring reflected signal. The oscillation of the signal power with the amplitude exceeding that of the initial level indicates the presence of a defect.

EFFECT: enhanced reliability of testing.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи информации, оптическим измерениям в волоконных световодах и может быть использовано для мониторинга волоконно-оптических сетей.The invention relates to fiber-optic information transmission systems, optical measurements in optical fibers and can be used to monitor fiber-optic networks.

Известен способ мониторинга волоконно-оптической сети, включающий приемы оптической рефлектометрии: подачу в контролируемый световод тестового оптического сигнала в виде короткого импульса, измерение мощности отраженного тестового сигнала, регистрацию ее во времени и определение дефекта по кривой измеренной зависимости.A known method of monitoring a fiber optic network, including optical reflectometry techniques: applying a test optical signal in the form of a short pulse to a controlled optical fiber, measuring the power of the reflected test signal, recording it in time, and determining the defect from the curve of the measured dependence.

Кривая измеренной зависимости амплитуды отраженного сигнала от времени имеет:The curve of the measured dependence of the amplitude of the reflected signal on time has:

- монотонные участки Релеевского обратного рассеяния света, характерные для световода, без дефектов;- monotonous sections of the Rayleigh backscattering characteristic of the fiber, without defects;

- ступеньки, характерные для локального затухания на соединениях световодов без отражения;- steps characteristic of local attenuation at the connections of optical fibers without reflection;

- короткие выбросы большой амплитуды, характерные для отражения от обрывов и расстыковок световодов в соединителях [1], [2].- short spikes of large amplitude, characteristic for reflection from breaks and undockings of optical fibers in connectors [1], [2].

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

- трудность, или даже практическая невозможность определения состояния соединения световодов в удаленной абонентской розетке, сигнал от которой маскируется сигналом большой амплитуды, отраженным от близко расположенного к ней конца тестируемой световодной линии;- the difficulty, or even the practical impossibility of determining the state of the connection of the optical fibers in a remote subscriber outlet, the signal from which is masked by a large amplitude signal reflected from the close to the end of the tested optical fiber line;

- невозможность организации непрерывного мониторинга, так как из-за большой амплитуды импульса тестового сигнала существует опасность появления ошибок во время передачи данных в сети;- the impossibility of organizing continuous monitoring, since due to the large pulse amplitude of the test signal, there is a risk of errors during data transmission in the network;

- в свою очередь отсутствие постоянства мониторинга приводит к низкой вероятности обнаружения кратковременных нарушений нормальной работы сети, например при случайной расстыковке световодов в соединении с последующим его восстановлением.- in turn, the lack of constant monitoring leads to a low probability of detecting short-term disturbances in the normal operation of the network, for example, if the optical fibers are accidentally disconnected in conjunction with its subsequent restoration.

Известен способ мониторинга волоконно-оптической сети, включающий подачу, в контролируемую световодную линию сети тестового оптического сигнала, измерение мощности отраженного сигнала, обработку измерения и подачу тревожного сигнала.A known method for monitoring a fiber optic network, comprising supplying a test optical signal to a controlled optical fiber network line, measuring the power of the reflected signal, processing the measurement and supplying an alarm signal.

В качестве тестового сигнала используется последовательность импульсов малой амплитуды. Измерение мощности отраженного тестового сигнала осуществляется корреляционным методом путем его сравнения с задержанной во времени исходной последовательностью тестового оптического сигнала. Тестовый сигнал мультиплексируется с сигналом передачи данных, в результате способ позволяет осуществлять непрерывный мониторинг сети [3].As a test signal, a sequence of pulses of small amplitude is used. The power of the reflected test signal is measured by the correlation method by comparing it with the initial sequence of the test optical signal delayed in time. The test signal is multiplexed with a data signal, as a result of the method allows continuous monitoring of the network [3].

Данное техническое решение принято за прототип.This technical solution is taken as a prototype.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- невозможность контроля соединения световодов в удаленной абонентской розетке из-за низкой разрешающей способности корреляционного метода;- the inability to control the connection of the optical fibers in a remote subscriber outlet due to the low resolution of the correlation method;

- низкая вероятность обнаружения кратковременных нарушений нормальной работы сети, если они возникают в промежутках между посылками тестовых последовательностей импульсов.- low probability of detecting short-term disturbances in the normal operation of the network if they occur in the intervals between sending test pulse sequences.

Кроме того, прототип, как и аналоги, использующие приемы оптической рефлектометрии, выполняет одновременно две функции: фиксацию факта нарушения и определение места дефекта. В результате аппаратная реализация способа оказывается неоправданно усложненной. И выполнение важнейшего условия мониторинга, его непрерывности для сложно разветвленной сети (особенно для полностью пассивной сети) становится проблематично.In addition, the prototype, like analogues using optical reflectometry techniques, simultaneously performs two functions: fixing the fact of violation and determining the location of the defect. As a result, the hardware implementation of the method is unreasonably complicated. And the fulfillment of the most important monitoring condition, its continuity for a complexly branched network (especially for a completely passive network) becomes problematic.

Предлагаемым изобретением устраняются перечисленные недостатки прототипа, решается задача надежного контроля за состоянием соединения световодов в удаленной абонентской розетке.The proposed invention eliminates the listed disadvantages of the prototype, solves the problem of reliable monitoring of the state of the connection of the optical fibers in a remote subscriber outlet.

Для достижения этого технического результата способ мониторинга волоконно-оптической сети включает подачу в контролируемую световодную линию сети тестового оптического сигнала, измерение мощности отраженного оптического сигнала, обработку измерения и подачу тревожного сигнала. В отличие от прототипа дефект в линии обнаруживается в процессе расстыковки световодов в соединителе по колебаниям мощности в отраженном сигнале с амплитудой, превосходящей ее исходный уровень.To achieve this technical result, a method for monitoring a fiber optic network includes supplying a test optical signal to a controlled optical fiber network line, measuring the power of the reflected optical signal, processing the measurement, and generating an alarm signal. In contrast to the prototype, a defect in the line is detected during the undocking of the optical fibers in the connector by power fluctuations in the reflected signal with an amplitude exceeding its initial level.

Подача тревожного сигнала осуществляется при увеличении отраженного сигнала относительно ее исходного уровня не менее чем в три раза.An alarm is generated when the reflected signal increases relative to its initial level by at least three times.

Тестовый оптический сигнал имеет длину волны излучения, отличную от длины волны оптического сигнала передачи данных в сети.The test optical signal has a radiation wavelength different from the wavelength of the optical data signal in the network.

В качестве тестового сигнала используется немодулированное оптическое излучение.Unmodulated optical radiation is used as a test signal.

В качестве тестового сигнала используется оптический сигнал передачи данных в сети.As a test signal, an optical data signal in the network is used.

Благодаря отличительному признаку: новому приему обнаружения дефекта в линии в процессе расстыковки световодов по появлению в отраженном тестовом сигнале кратковременных колебаний мощности большой амплитуды, удается контролировать состояние соединения световодов независимо от места расположения соединителя в тестируемой световодной линии, в том числе в удаленной абонентской розетке. Колебания возникают в процессе развития дефекта, пока увеличивающийся зазор еще не превосходит длины когерентности излучения тестового сигнала. Амплитуда колебаний превосходит не менее чем в четыре раза уровень отраженного сигнала до и после развития дефекта (исходный уровень).Due to the distinguishing feature: a new method for detecting a defect in a line during the undocking of optical fibers by the appearance of short-term fluctuations in power of a large amplitude in the reflected test signal, it is possible to control the state of the optical fiber connection regardless of the location of the connector in the tested optical fiber line, including in a remote subscriber outlet. Fluctuations occur during the development of the defect, while the increasing gap does not exceed the coherence length of the radiation of the test signal. The amplitude of the oscillations exceeds at least four times the level of the reflected signal before and after the development of the defect (initial level).

Достижение указанного технического результата возможно при любом виде тестового оптического сигнала, важно лишь присутствие оптического излучения в контролируемом световоде. При этом наиболее простая аппаратная реализация способа получается при использовании в качестве тестового сигнала оптический сигнал передачи данных в сети.Achieving the specified technical result is possible with any type of test optical signal, only the presence of optical radiation in a controlled fiber is important. Moreover, the simplest hardware implementation of the method is obtained by using an optical data signal in the network as a test signal.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на Фиг.1-5.The present invention is illustrated by the drawings shown in Fig.1-5.

На Фиг.1 схематично показано формирование отраженного тестового оптического сигнала в контролируемом световоде.Figure 1 schematically shows the formation of the reflected test optical signal in a controlled fiber.

На Фиг.2 представлен график колебаний мощности в отраженном тестовом оптическом сигнале в зависимости от зазора между световодами.Figure 2 presents a graph of power fluctuations in the reflected test optical signal depending on the gap between the optical fibers.

На Фиг.3 показана схема устройства для мониторинга по способу с длиной волны излучения тестового сигнала отличной от длины волны сигнала передачи данных в сети.Figure 3 shows a diagram of a device for monitoring by a method with a radiation wavelength of a test signal different from the wavelength of the data signal in the network.

На Фиг.4 показана схема устройства для мониторинга по предложенному способу, в котором в качестве тестового сигнала используется сигнал передачи данных в сети.Figure 4 shows a diagram of a monitoring device according to the proposed method, in which a data signal in a network is used as a test signal.

На Фиг.5 показа схема мониторинга пассивной волоконно-оптической сети, имеющей архитектуру типа “Звезда”.In Fig. 5, a monitoring circuit for a passive fiber optic network having a Star architecture is shown.

Тестовый оптический сигнал подается в контролируемый световод 1 (Фиг.1) со стороны ближнего к источнику тестового сигнала конца (не показан) световода 1. Распространяясь по световоду 1 в направлении к дальнему его концу 2 тестовый оптический сигнал последовательно испытывает отражение от неоднородностей. На Фиг.1 это торцы 4, 5 в соединителе 3 и торец 6 дальнего конца 2 световода. Отраженный оптический сигнал возвращается к ближнему концу, где измеряется его мощность. В отсутствии дефекта (зазор Δ=0) основной вклад в мощность отраженного сигнала дает мощность Р₃ при отражении (френелевском) от торца 6, которая и определяет исходный уровень мощности Р₀ до образования дефекта. При развитии дефекта появляется зазор Δ, увеличивающийся во времени. В отраженном сигнале появляется вклад мощности P₁ от торца 4 и Р₂ от торца 5. До тех пор, пока зазор Δ не превысит половины длины когерентности, излучение от торца 4 интерферирует с излучением отраженным от торца 5. Известно, что интенсивность I полностью когерентных интерферирующих пучков определяется формулой:The test optical signal is supplied to the controlled fiber 1 (Fig. 1) from the end (not shown) of the fiber 1 closest to the source of the test signal. When propagating along the fiber 1 towards its far end 2, the test optical signal is successively reflected from inhomogeneities. Figure 1 is the ends 4, 5 in the connector 3 and the end 6 of the far end 2 of the fiber. The reflected optical signal returns to the near end where its power is measured. In the absence of a defect (gap Δ = 0), the main contribution to the power of the reflected signal is made by the power P ₃ upon reflection (Fresnel) from the end face 6, which determines the initial power level P ₀ before the defect is formed. With the development of a defect, a gap Δ appears, increasing in time. The contribution of power P ₁ from end 4 and P ₂ from end 5 appears in the reflected signal. Until the gap Δ exceeds half the coherence length, the radiation from end 4 interferes with the radiation reflected from end 5. It is known that the intensity I is completely coherent interfering beams is determined by the formula:

где I₁, I₂ интенсивности первого и второго отраженных пучков, δ - разность фаз интерферирующих волн [4].where I ₁ , I _{2 the} intensities of the first and second reflected beams, δ is the phase difference of the interfering waves [4].

В нашем случае разность фаз δ будет определяться зависимостью:In our case, the phase difference δ will be determined by the dependence:

где λ - длина волны излучения тестового сигнала, а член

- в формуле учитывает потерю полуволны при отражении от торца 5. Поскольку мощность пропорциональна интенсивности P~I, для мощности отраженного тестового оптического сигнала можно записать:where λ is the radiation wavelength of the test signal, and the term

- in the formula takes into account the loss of half-wave when reflected from the end face 5. Since the power is proportional to the intensity P ~ I, for the power of the reflected test optical signal, we can write:

При коэффициенте отражения от торца в 4% и малом зазоре Δ-мощностиWhen the reflection coefficient from the end of 4% and a small gap Δ-power

ОтсюдаFrom here

График зависимости колебаний мощности Р от зазора Δ представлен на Фиг.2 При малых значениях Δ, пока сохраняется когерентность интерферирующих пучков, он почти полностью совпадает с графиком зависимости (1), а мощность колеблется относительно среднего значения 3P₀. Затем при увеличении Δ зазор начинает вносить дополнительное затухание, среднее значение мощности падает до уровня P₀=P₁, амплитуда колебаний уменьшается до нуля. Длина колебательного участка L при λ=0,8...1,5 мкм может составить:A graph of the dependence of the power fluctuations P on the gap Δ is shown in Figure 2. For small values of Δ, while the coherence of the interfering beams remains, it almost completely coincides with the graph of the dependence (1), and the power fluctuates relative to the average value 3P ₀ . Then, with increasing Δ, the gap begins to introduce additional attenuation, the average power value drops to the level P ₀ = P ₁ , the amplitude of the oscillations decreases to zero. The length of the vibrational section L at λ = 0.8 ... 1.5 μm can be:

- для излучения светодиодов - доли и единицы мкм,- for the emission of LEDs - fractions and units of microns,

- для лазеров - единицы и десятки мкм.- for lasers - units and tens of microns.

Колебательное возмущение мощности в отраженном тестовом сигнале при расстыковке занимает короткий временной интервал. Однако это возмущение присутствует всегда в отраженном сигнале независимо от места расположения соединения по длине световода, в том числе при расстыковке в абонентской розетке, вблизи дальнего конца световода. Естественно возмущение имеет место и при восстановлении соединения во время уменьшения зазора Δ до нуля. Поскольку мощность колеблется с амплитудой 2Р₀ около среднего уровня 3Р₀, естественным является выбор критерия подачи тревожного сигнала по увеличению мощности отраженного сигнала относительно ее исходного уровня P₀ не менее чем в три раза.Vibrational power disturbance in the reflected test signal during undocking takes a short time interval. However, this perturbation is always present in the reflected signal, regardless of the location of the connection along the length of the fiber, including when undocked in a subscriber outlet, near the far end of the fiber. Naturally, perturbation also occurs when the connection is restored while the gap Δ decreases to zero. Since the power fluctuates with an amplitude of 2P ₀ near the average level of 3P ₀ , it is natural to choose a criterion for giving an alarm signal to increase the power of the reflected signal relative to its initial level P ₀ not less than three times.

Устройство, реализующее способ (Фиг.3) содержит источник 1 тестового оптического сигнала: световодной линии с длинной волны λ₁ отличной от длины волны излучения λ₂ сигнала передачи данных в сети. Например, λ₁=1,3 мкм, λ₂=0,85 мкм. Источник 1 связан через направленный оптический ответвитель 2 с устройством 3 спектрального уплотнения/разуплотнения, которое обеспечивает ввод излучения тестового сигнала, в контролируемый световод 10. Световод 10 имеет соединение в абонентской розетке 9. Через ответвитель 2 и устройство 3 с контролируемым световодом также связано фотоприемное устройство 4, выход которого соединен с измерительным входом компаратора 5, выход которого соединен с триггером 6.A device that implements the method (Figure 3) contains the source 1 of the test optical signal: a light guide line with a wavelength of λ ₁ different from the radiation wavelength λ _{2 of} the data signal in the network. For example, λ ₁ = 1.3 μm, λ ₂ = 0.85 μm. The source 1 is connected through a directional optical coupler 2 to a spectral compaction / decompression device 3, which provides the input of the test signal radiation to the controlled fiber 10. The fiber 10 is connected to a subscriber outlet 9. A photodetector is also connected through the coupler 2 and the device 3 to the controlled fiber 4, the output of which is connected to the measuring input of the comparator 5, the output of which is connected to the trigger 6.

Работает устройство в полном соответствии с заявленным способом. Фотоприемное устройство 4 вырабатывает электрический сигнал U_p, пропорциональный мощности Р отраженного тестового сигнала. Когда сигнал U_p превосходит опорное напряжение U_p соответствующее уровню мощности 3Р₀, по сигналу с компаратора срабатывает триггер 6, запускающий тревожную сигнализацию (не показано) выходным напряжением U_a.The device works in full accordance with the claimed method. The photodetector 4 generates an electrical signal U _p proportional to the power P of the reflected test signal. When the signal U _p exceeds the reference voltage U _p corresponding to the power level 3P ₀ , a trigger 6 is triggered by a signal from the comparator, triggering an alarm (not shown) by the output voltage U _a .

Устройство Фиг.4 содержит направленный ответвитель 1, позволяющий отводить часть отраженного сигнала передачи данных из световода 2, имеющего соединение в абонентской розетке 3 к фотоприемнику 4, выход которого соединен с цепочкой из компаратора 5 и триггера 6.The device of Fig. 4 contains a directional coupler 1, which allows to divert part of the reflected data signal from the fiber 2, which is connected in a subscriber outlet 3 to the photodetector 4, the output of which is connected to the chain from the comparator 5 and trigger 6.

Работает устройство (Фиг.4) аналогично работе вышеописанного на Фиг.3. Только в качестве тестового сигнала используется сигнал передачи данных из передающей части 7 сети в приемник абонентского терминала 8.The device operates (Figure 4) similarly to the operation described above in Figure 3. Only as a test signal is the data transmission signal from the transmitting part 7 of the network to the receiver of the subscriber terminal 8 used.

На Фиг.5. показан пример организации мониторинга пассивной сети типа “Звезда”. Все абонентские терминалы 1, 2, 3 и терминал 4 контроллера сети связаны между собой через общий разветвитель 19 типа “Звезда”. В началах каждого световодного луча 5, 6, 7 включены через направленные ответвители 8, 9, 10 фотоприемные устройства 11, 12, 13. Каждое фотоприемное устройство состоит из селективного фильтра 14, установленного перед фотоприемником 15, выход которого соединен с цепочкой из компаратора 16 и триггера 17. Выходы фотоприемных устройств 11, 12, 13, соединены с устройством тревожной сигнализации (не показано), управляющим запретом передачи данных контроллера 4 сети. С разветвителем 19 связан источник тестового излучения 18 с длинной волны λ₁=1,3 мкм. Передача данных в сети происходит на длине волны λ₂=0,85 мкм. Фотоприемники абонентских терминалов 1, 2, 3 выполнены на кремниевых PiN фотодиодах, верхняя спектральная граница фоточуствительности которых лежит ниже 1,3 мкм.5. An example of monitoring a passive network of the Star type is shown. All subscriber terminals 1, 2, 3 and terminal 4 of the network controller are interconnected via a common splitter 19 of the “Star” type. At the beginning of each light guide beam 5, 6, 7, photodetector devices 11, 12, 13 are connected through directional couplers 8, 9, 10. Each photodetector consists of a selective filter 14 installed in front of the photodetector 15, the output of which is connected to the chain from the comparator 16 and trigger 17. The outputs of the photodetectors 11, 12, 13 are connected to an alarm device (not shown) that controls the prohibition of data transmission of the network controller 4. A source of test radiation 18 with a wavelength λ ₁ = 1.3 μm is connected to the splitter 19. Data transmission in the network occurs at a wavelength of λ ₂ = 0.85 μm. The photodetectors of subscriber terminals 1, 2, 3 are made on silicon PiN photodiodes, the upper spectral limit of the photosensitivity of which lies below 1.3 μm.

Мониторинг осуществляется следующим образом. Тестовое излучение от источника 18 равномерно распределяется по лучам 5, 6, 7 “Звезды”. Отраженный тестовый сигнал принимается в каждом луче 5, 6, 7 своим фотоприемным устройством 11, 12, 13 соответственно. Фотоприменое устройство в каждом луче работает также как аналогичное устройство в вышерассмотренных примерах (Фиг.3. и Фиг.4.) При обнаружении дефекта в любом из лучей сети срабатывает тревожная сигнализация, указывающая на луч с дефектом, а контроллер 4 вырабатывает команду на запрет передачи данных в сети.Monitoring is carried out as follows. Test radiation from the source 18 is evenly distributed along the rays 5, 6, 7 of the “Star”. The reflected test signal is received in each beam 5, 6, 7 with its photodetector 11, 12, 13, respectively. The photoreferencing device in each beam also works like a similar device in the above examples (Fig. 3 and Fig. 4.) When a defect is detected in any of the network beams, an alarm signaling that indicates a beam with a defect is triggered, and controller 4 issues a command to prohibit transmission data on the network.

Использованные источникиUsed sources

1. А.С. 1376059, G 02 B 6/00.1. A.S. 1376059, G 02 B 6/00.

2. Патент ЕР 0499171, 1992 года публ., Н 04 В 10/08.2. Patent EP 0499171, 1992 publ., H 04 B 10/08.

3. Internation patent application №GB90/01250, H 04 B 10/08.3. Internation patent application No. GB90 / 01250, H 04 B 10/08.

4. М.Борн. Э.Вольф., Основы оптики М., 1970 г., стр. 291.4. M. Born. E. Wolf., Fundamentals of Optics M., 1970, p. 291.

Claims (5)

1. Способ мониторинга волоконно-оптической сети, включающий подачу в контролируемую световодную линию сети тестового оптического сигнала, измерение мощности отраженного оптического сигнала, обработку измерения и подачу тревожного сигнала при обнаружении дефекта, отличающийся тем, что дефект в виде зазора между торцами световодов в соединителе в световодной линии обнаруживается в процессе расстыковки световодов в соединителе по колебаниям мощности в отраженном оптическом сигнале с амплитудой, превосходящей ее исходный уровень.1. A method for monitoring a fiber-optic network, including supplying a test optical signal to a controlled optical fiber network line, measuring the power of the reflected optical signal, processing the measurement and giving an alarm when a defect is detected, characterized in that the defect is in the form of a gap between the ends of the optical fibers in the connector in The light guide line is detected during the undocking of the optical fibers in the connector by power fluctuations in the reflected optical signal with an amplitude exceeding its initial level. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача тревожного сигнала осуществляется при увеличении мощности отраженного сигнала относительно ее исходного уровня не менее чем в три раза.2. The method according to claim 1, characterized in that the alarm is generated when the power of the reflected signal is increased relative to its initial level by at least three times. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что тестовый оптический сигнал имеет длину волны излучения отличную от длины волны оптического сигнала передачи данных в сети.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the test optical signal has a radiation wavelength different from the wavelength of the optical data signal in the network. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве тестового сигнала используется немодулированное оптическое излучение.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the unmodulated optical radiation is used as a test signal. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве тестового сигнала используется оптический сигнал передачи данных в сети.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the optical signal of data transmission in the network is used as a test signal.

Images