定位光缆故障点的装置及方法

技术领域

本公开涉及光缆技术领域，特别涉及一种定位光缆故障点的装置及方法。

背景技术

近年来，光纤通信技术凭借其速度快、安全性高、可靠性高、成本低等特点成为了目前主流的通信技术。我国大力推广建设光纤通信网络，光缆路由里程急剧增加。光纤通信获得快速发展的同时，对日益增长的光缆线路的维护任务也越来越繁重且困难。在光缆中的某个位置出现故障后，会造成通过该段光缆传输的信号数据不稳定等问题，甚至引起通信中断。因此，有必要及时获取光缆故障点的位置，并进行修复，以保证光纤通信的质量。

目前常用的定位光缆故障点的装置主要是OTDR(optical time-domainreflectometer，光时域反射仪)，该装置能够基于光的后向散射与菲涅耳反向原理，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，从而获取光缆故障点的位置。

然而，使用上述OTDR测得的数据只能反映故障点到测量设备OTDR之间的光缆距离，由于光缆在铺设过程中有盘留等，造成光缆距离与该故障点到测量设备OTDR之间的实际距离并不相同，基于该光缆距离，难以在地面上准确地找到该故障点，所以定位不准。

发明内容

本公开实施例提供了一种定位光缆故障点的装置及方法，能够解决目前常用地的定位光缆故障点的装置和方法定位不准的问题。该技术方案如下：

一方面，提供了一种定位光缆故障点的装置，该装置包括：通过光纤依次相连的光源模块、开关模块、脉冲光产生模块、环形器和光电转换模块，以及信号采集模块和信号处理模块；

该环形器还用于连接待测光缆；

该光电转换模块、该信号采集模块和该信号处理模块依次电性耦接；

该光源模块包括用于发射第一光信号的第一光源和用于发射第二光信号的第二光源，该第一光信号具有第一线宽，该第二光信号具有第二线宽，该第一线宽大于该第二线宽；

该开关模块用于依次：打开该第一光源、关闭该第一光源、打开该第二光源以及关闭该第二光源；

该开关模块还用于：依次将该第一光信号和第二光信号传输至该脉冲光产生模块；

该脉冲光产生模块用于：基于该第一光信号发射第一脉冲光信号，以及基于该第二光信号发射第二脉冲光信号；

该环形器用于：将该第一脉冲光信号传输至该待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第一反射光信号传输至该光电转换模块，以及将该第二脉冲光信号传输至该待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第二反射光信号传输至该光电转换模块；

该光电转换模块用于：将该第一反射光信号转换为第一电信号，将该第一电信号传输至该信号采集模块，以及将该第二反射光信号转换为第二电信号，将该第二电信号传输至该信号采集模块；

该信号采集模块用于：从该第一电信号中采集预设数量的第三电信号，将该第三电信号传输至该信号处理模块，以及从该第二电信号中采集预设数量的第四电信号，将该第四电信号传输至信号处理模块；

该信号处理模块用于显示该第三电信号对应的衰减曲线以及该第四电信号对应的衰减曲线；

基于该第三电信号对应的衰减曲线以及该第四电信号对应的衰减曲线，能够获取光缆故障点的位置。

在一种可能设计中，该装置还包括：信号发生模块；

该信号发生模块与该脉冲光产生模块电性耦接，用于控制该脉冲光产生模块发射的脉冲光信号的脉冲宽度。

在一种可能设计中，该装置还包括：放大模块；

该脉冲光产生模块通过该放大模块连接该环形器；

该放大模块用于对该脉冲光产生模块发射的脉冲光信号进行放大。

在一种可能设计中，该装置还包括：预设长度的盘留光缆；

该环形器通过该盘留光缆连接该待测光缆。

在一种可能设计中，该第一线宽大于100kHz。

在一种可能设计中，该第二线宽小于100kHz。

在一种可能设计中，该信号采集模块还与该光源模块、该脉冲光产生模块分别电性耦接。

在一种可能设计中，该装置还包括主时钟；

该信号采集模块、该光源模块和该脉冲光产生模块分别与该主时钟电性耦接。

在一种可能设计中，该信号采集模块为采集卡。

在一种可能设计中，该装置还包括：壳体，该光源模块、该开关模块、该脉冲光产生模块、该环形器、该光电转换模块、该信号采集模块和该信号处理模块均设于该壳体内；

该壳体上还设有开口，该信号处理模块的显示板设置于该开口内。

一方面，提供了一种定位光缆故障点的方法，该方法包括：

通过开关模块打开第一光源，该第一光源发射第一光信号；

基于该第一光信号，该脉冲光产生模块发射第一脉冲光信号；

该环形器将该第一脉冲光信号传输至待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第一反射光信号传输至光电转换模块；

该光电转换模块将该第一反射光信号转换为第一电信号，将该第一电信号传输至该信号采集模块；

该信号采集模块从该第一电信号中采集预设数量的第三电信号，将该第三电信号传输至信号处理模块；

该信号处理模块显示该第三电信号对应的衰减曲线；

通过开关模块打开第二光源，该第二光源发射第二光信号；

基于该第二光信号，该脉冲光产生模块发射第二脉冲光信号；

该环形器将该第二脉冲光信号传输至待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第二反射光信号传输至光电转换模块；

该光电转换模块将该第二反射光信号转换为第二电信号，将该第二电信号传输至该信号采集模块；

该信号采集模块从该第二电信号中采集预设数量的第四电信号，将该第四电信号传输至信号处理模块；

该信号处理模块显示该第四电信号对应的衰减曲线；

在该光缆沿线制造人为干扰，当该第三电信号对应的衰减曲线和该第四电信号对应的衰减曲线的峰值的横坐标相同时，将该人为干扰的位置获取为光缆故障点的位置。

通过设置能够发射第一光信号的第一光源和能够发射第二光信号的第二光源，该第二光信号具有较小的线宽，在光缆中传输时，人为干扰产生的微弱信号即能使该第二光信号在该位置反射的光信号产生衰变。在使用时，首先打开第一光源，获取第一光信号对应的衰减曲线，保存该衰减曲线，并标记该衰减曲线上的故障点，关闭第一光源，打开第二光源，获取第二光信号对应的衰减曲线，通过改变人为干扰的位置，改变第二光信号对应的衰减曲线，最终使第二光信号对应的衰减曲线与第一光信号对应的衰减曲线的峰值的横坐标相同，人为干扰位置即为光缆故障点的位置，定位准确，便于快速修复故障点。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的方法的示意图；

图3是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的衰减曲线的示意图；

图4是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的方法的示意图；

图5是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的方法的流程图。

附图中的各零件的标号说明如下：

1-光源模块；

11-第一光源，12-第二光源；

2-开关模块；

3-脉冲光产生模块；

4-环形器；

5-光电转换模块；

6-信号采集模块；

7-信号处理模块；

8-信号发生模块；

9-放大模块；

10-盘留光缆；

11-壳体。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

下面对该装置各部分结构及工作原理进行详述：

图1是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的装置的结构示意图，请参见图1，该装置包括：通过光纤依次相连的光源模块1、开关模块2、脉冲光产生模块3、环形器4和光电转换模块5，以及信号采集模块6和信号处理模块7；该环形器4还用于连接待测光缆；该光电转换模块5、该信号采集模块6和该信号处理模块7依次电性耦接；该光源模块1包括用于发射第一光信号的第一光源11和用于发射第二光信号的第二光源12，该第一光信号具有第一线宽，该第二光信号具有第二线宽，该第一线宽大于该第二线宽；该开关模块2用于依次：打开该第一光源11、关闭该第一光源11、打开该第二光源12以及关闭该第二光源12；该开关模块2还用于：依次将该第一光信号和第二光信号传输至该脉冲光产生模块3；该脉冲光产生模块3用于：基于该第一光信号发射第一脉冲光信号，以及基于该第二光信号发射第二脉冲光信号；该环形器4用于：将该第一脉冲光信号传输至该待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第一反射光信号传输至该光电转换模块5，以及将该第二脉冲光信号传输至该待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第二反射光信号传输至该光电转换模块5；该光电转换模块5用于：将该第一反射光信号转换为第一电信号，将该第一电信号传输至该信号采集模块6，以及将该第二反射光信号转换为第二电信号，将该第二电信号传输至该信号采集模块6；该信号采集模块6用于：从该第一电信号中采集预设数量的第三电信号，将该第三电信号传输至该信号处理模块7，以及从该第二电信号中采集预设数量的第四电信号，将该第四电信号传输至信号处理模块7；该信号处理模块7用于显示该第三电信号对应的衰减曲线以及该第四电信号对应的衰减曲线；基于该第三电信号对应的衰减曲线以及该第四电信号对应的衰减曲线，能够获取光缆故障点的位置。

下面对该装置的工作原理进行详述：

在光纤通信过程中，光缆既能用于传输信号，其本身也是一个分布式光纤传感系统，在光缆的任意位置由于第三方入侵或地质灾害外界因素受到振动、应力或产生温变时，该位置的光缆所反射回的信号会发生变化，例如，衰减或断开等。该装置用于基于信号的变化，来获取光缆故障点的位置信息。

具体地，当光脉冲在光纤内传输时，由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其他类似情况而产生光的散射和反射，其中一部分散射和反射的光返回环形器4，返回的光信号中携带有对应的位置信号和时间信号。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。

其中，从激光器中射出的激光起振后,会有一个或多个纵模产生,每个纵模的频率的范围就是激光的线宽。在该装置的使用过程中，基于第一光信号获取光缆故障点的衰减曲线，基于第二光信号获取人为干扰点的衰减曲线，人为干扰行为用于人为制造光缆能够检测到的振动、应力或温变信号，例如，可以通过锤击地面产生振动、通过在地面上增加重物来产生应力或者通过向地面上泼洒热水来产生温变，本实施例对此不作限定。应用第二线宽的第二光信号，在人为干扰信号的强度较弱的条件下，光缆也能灵敏识别该人为干扰信号，并将人为干扰的信息传输回去。

该装置的使用过程包括：

第一步，使用第一光源11来获取包括光缆故障点在内的第一衰减曲线，标注第一衰减曲线上衰减点或断点的位置，作为静止点，保存作为参考。

第一光源11和第二光源12不同时接入光路中。

第二步，使用第二光源12，采用人为干扰的方式，制造可被传感的物理量变化，获取包括人为干扰点在内的第二衰减曲线，其中，对于传感的不同的物理量，需要配合不同的算法，以行业标准传感流程为准即可。

第三步，通过改变人为干扰点的位置，使第二衰减曲线和第一衰减曲线对应，此时的人为干扰点的位置即为光缆故障点。

其中，第一光源11是作为设备对光纤衰减情况分布式测量的发光部分，接入第一光源11时，设备可以对光缆上的光衰减情况进行分布式测量，并且定位到光缆故障点的光缆里程。

图2是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的方法的示意图；请参见图2，当人沿光缆的轴向行走，每次移动相同的距离，产生人为干扰信号。

该光缆信号对应的第一衰减曲线和人为干扰信号对应的第二衰减曲线请参见图3，图3是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的衰减曲线的示意图；该示意图的横轴表示光缆距离，单位是m；纵轴表示物理量相对大小，无因次；实线表示光缆在工作状态下测得的第一衰减曲线；虚线表示人为实验测得的第二衰减曲线。

第一衰减曲线的顶点为静止点，对应光缆故障点的位置；第二衰减曲线会随着人的行走和人为干扰的强度的变化而变化，第二衰减曲线的顶点为活动点，对应人为干扰点的位置；通过一动一静的结合，当第一衰减曲线的峰值和第二衰减曲线的峰值对应的横坐标相同时，可以确定光缆故障点所在的局地地理位置。

基于该衰减曲线，以光缆的轴向作为行走路径，调整人为干扰信号的位置，直至两条衰减曲线的峰值位置对应的光缆距离较为接近，此时人为干扰信号处于第一中心点。在第一中心点的基础上，采用十字定位法，继续垂直于光缆轴向行走，每次移动相同的距离，请参见图4，图4是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的方法的示意图，直至两条衰减曲线的峰值对应的横坐标相同，此时的人为干扰点的位置即为光缆故障点，也即是测得的光缆故障点的路由位置。

上述步骤中采用十字定位法，即先从平行光缆方向确定最近点的位置，再进一步从垂直光缆方向确定最近点的位置，可以迅速准确定位。

通过设置能够发射第一光信号的第一光源11和能够发射第二光信号的第二光源12，该第二光信号具有较小的线宽，在光缆中传输时，人为干扰产生的微弱信号即能使该第二光信号在该位置反射的光信号产生衰变。在使用时，首先打开第一光源11，获取第一光信号对应的衰减曲线，保存该衰减曲线，并标记该衰减曲线上的故障点，关闭第一光源11，打开第二光源12，获取第二光信号对应的衰减曲线，通过改变人为干扰的位置，改变第二光信号对应的衰减曲线，最终使第二光信号对应的衰减曲线与第一光信号对应的衰减曲线的峰值的横坐标相同，人为干扰位置即为光缆故障点的位置，定位准确，便于快速修复故障点。

下面对该装置各部分结构及工作原理进行详述：

在一种可能设计中，该装置还包括：信号发生模块8；该信号发生模块8与该脉冲光产生模块3电性耦接，用于控制该脉冲光产生模块3发射的脉冲光信号的脉冲宽度。

其中，脉冲光产生模块3可以是声光调制器或电光调制器。基于上述结构，可以根据精确度的需要，调节信号发生模块8，控制脉冲光信号的脉冲宽度，从而获取不同的光学距离分辨率，提高系统的定位性能。

在一种可能设计中，该装置还包括：放大模块9；该脉冲光产生模块3通过该放大模块9连接该环形器4；该放大模块9用于对该脉冲光产生模块3发射的脉冲光信号进行放大。

其中，放大表示增大脉冲光信号的能量，具体地，该光放大器是基于光的受激辐射原理，通过将泵浦光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。对光进行放大后，可以使光能到达的最远距离更长，使该装置的对光缆故障点的检测范围更大。具体地，该放大模块9可以是拉曼放大器或者EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)，本实施例对此不做限定。

在一种可能设计中，该装置还包括：预设长度的盘留光缆10；该环形器4通过该盘留光缆10连接该待测光缆。

其中，该盘留光缆10用于抵消光耦合产生的测试盲区，其中，盲区可以是由诸如活动连接器、机械接头等特征点产生反射引起的接收端饱和而产生的一系列“盲点”。使待测光缆反射的光信号均能传输至光电转换模块5。具体地，该盘留光缆10的长度可以根据需要设定，例如，100米，本实施例对此不作限定。

盘留光缆10后端还可以接出口尾纤，该出口尾纤可以是通过熔接的方式连接待测光缆，也可以是通过其他方式，本实施例对此不作限定。

在一种可能设计中，该第一线宽大于100kHz。符合该光缆的日常监测需要。

在一种可能设计中，该第二线宽小于100kHz。适用于强度较弱的人为干扰信号。

在一种可能设计中，该信号采集模块6还与该光源模块1、该脉冲光产生模块3分别电性耦接。使三者之间的时钟同步，从而便于后续的信号处理工作。

在一种可能设计中，该装置还包括主时钟；该信号采集模块6、该光源模块1和该脉冲光产生模块3分别与该主时钟电性耦接。主时钟用于使三者之间的时钟同步，从而便于后续的信号处理工作。

在一种可能设计中，该信号采集模块6为采集卡。采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要有图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡数据采集卡等。是可以对模拟视频信号进行采集、量化和编码的设备。在本实施例中，可以是采用数据采集卡来采集光电转换模块5传输的第二电信号中的数据，传输至信号处理模块7。

通过采集卡，从第一电信号中采集预设数量的第二电信号，该预设数量的多少取决于该采集卡的点数，例如，可以使用5000点数的采集卡，则该预设数量可以为5000；或者采用10000点数的采集卡，则该预设数量可以为10000。

进一步地，在故障点所在的范围确定后，通过调整采集卡的采集范围，使该采集范围缩小到故障点附近，可以提高采样分辨率，从而提高系统定位光缆故障点的分辨率。具体地，例如，使用5000点数的采集卡测试总长为50km的光缆线路，当采集卡采集全线路上的测试点的信号时，分辨率为10m；当故障点被锁定，可以只采集故障点附近的2km范围的测试点的信号，则分辨率为0.4m。使得定位所得的故障点的位置更为精确，为后续的修复工作减少了工作量。

在上述第一步和第二步、第三步的对比中，虽然接入了不同的光源，但是光电转换模块5和信号采集模块6以及信号处理模块7均采用了同一套设备且参数相同，保证了两次测量的横轴相同，为后续的对比提供了统一的基础，使测量结果更为准确，提高系统测量结果的准确性。

例如，在活动点距离静止点1km以内时，可以调整信号采集模块6的分辨率，只观察静止点左右1km的衰减情况和光纤定位情况，提高定位过程的分辨率。

在一种可能设计中，该装置还包括：壳体11，该光源模块1、该开关模块2、该脉冲光产生模块3、该环形器4、该光电转换模块5、该信号采集模块6和该信号处理模块7均设于该壳体11内；该壳体11上还设有开口，该信号处理模块7的显示板设置于该开口内。

该壳体11使该装置成为一个整体，便于组装和移动，各个模块之间又相对独立，便于对各个模块进行单独的维修或更换。该信号处理模块7所显示的衰减曲线可以是信号强、波长或其比值等，本实施例对此不作限定。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

图5是本公开实施例提供的一种定位光缆故障点的方法的流程图，请参见图5，该方法包括：

501、通过开关模块2打开第一光源11，该第一光源11发射第一光信号。

502、基于该第一光信号，该脉冲光产生模块3发射第一脉冲光信号。

503、该环形器4将该第一脉冲光信号传输至待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第一反射光信号传输至光电转换模块5。

504、该光电转换模块5将该第一反射光信号转换为第一电信号，将该第一电信号传输至该信号采集模块6。

505、该信号采集模块6从该第一电信号中采集预设数量的第三电信号，将该第三电信号传输至信号处理模块7。

506、该信号处理模块7显示该第三电信号对应的衰减曲线。

507、通过开关模块2打开第二光源12，该第二光源12发射第二光信号。

508、基于该第二光信号，该脉冲光产生模块3发射第二脉冲光信号。

509、该环形器4将该第二脉冲光信号传输至待测光缆中，将从该待测光缆中反射回的第二反射光信号传输至光电转换模块5。

510、该光电转换模块5将该第二反射光信号转换为第二电信号，将该第二电信号传输至该信号采集模块6。

511、该信号采集模块6从该第二电信号中采集预设数量的第四电信号，将该第四电信号传输至信号处理模块7。

512、该信号处理模块7显示该第四电信号对应的衰减曲线。

513、在该光缆沿线制造人为干扰，当该第三电信号对应的衰减曲线和该第四电信号对应的衰减曲线的峰值的横坐标相同时，将该人为干扰的位置获取为光缆故障点的位置。

通过设置能够发射第一光信号的第一光源11和能够发射第二光信号的第二光源12，该第二光信号具有较小的线宽，在光缆中传输时，人为干扰产生的微弱信号即能使该第二光信号在该位置反射的光信号产生衰变。在使用时，首先打开第一光源11，获取第一光信号对应的衰减曲线，保存该衰减曲线，并标记该衰减曲线上的故障点，关闭第一光源11，打开第二光源12，获取第二光信号对应的衰减曲线，通过改变人为干扰的位置，改变第二光信号对应的衰减曲线，最终使第二光信号对应的衰减曲线与第一光信号对应的衰减曲线的峰值的横坐标相同，人为干扰位置即为光缆故障点的位置，定位准确，便于快速修复故障点。

上述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。