淺析通信光纜險(xiǎn)情預(yù)警技術(shù)

曾維佳

【摘要】 為了實(shí)時(shí)監(jiān)控光纜線路可能發(fā)生的故障險(xiǎn)情，并進(jìn)行及時(shí)處理，通信光纜險(xiǎn)情預(yù)警技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，將通信光纜運(yùn)行維護(hù)的災(zāi)后搶修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)先防護(hù)，有效提高了通信傳輸平臺(tái)的抗毀能力。

【關(guān)鍵詞】 通信光纜 險(xiǎn)情預(yù)警技術(shù) 抗毀能力

一、光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)

OTDR技術(shù)通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖中后向瑞利散射和菲涅爾散射的光強(qiáng)度，可以測(cè)量光信號(hào)的衰減，從而定位故障節(jié)點(diǎn)。其基本原理是：外界擾動(dòng)導(dǎo)致光纜發(fā)生振動(dòng)、位移時(shí)，光纖中瑞利散射和菲涅爾散射的光相位會(huì)發(fā)生變化，并最終引起光強(qiáng)度的變化。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可以對(duì)光強(qiáng)度變化進(jìn)行數(shù)字分析和模式識(shí)別，從而判斷有無(wú)故障險(xiǎn)情發(fā)生。

目前，基于OTDR的險(xiǎn)情預(yù)警主流技術(shù)有四種，主要區(qū)別在分析識(shí)別的模式上：

1.單向OTDR技術(shù)。即在單端對(duì)光纖進(jìn)行監(jiān)測(cè)，連續(xù)顯示整個(gè)光纖線路相對(duì)于距離的損耗變化。此種方式適用于光纖發(fā)生錯(cuò)誤、彎曲和損失的情形，布置簡(jiǎn)單，測(cè)試距離受限于測(cè)試儀表的動(dòng)態(tài)范圍，無(wú)法用于長(zhǎng)距離光纜線路的監(jiān)測(cè)；

2.雙向OTDR技術(shù)。即從光纜線路的兩端分別進(jìn)行測(cè)量，得到兩條后向散射曲線，然后將兩條后向散射曲線擬合為一條雙向測(cè)試曲線來(lái)監(jiān)測(cè)光纜的性能。該方式彌補(bǔ)了單向OTDR因光纖衰減對(duì)測(cè)量的影響，可實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離光纜線路的預(yù)警監(jiān)測(cè)。

3.偏振光時(shí)域反射（POTDR）技術(shù)。利用光的偏振對(duì)微彎和應(yīng)力等異常敏感這一特性，實(shí)現(xiàn)光纜險(xiǎn)情預(yù)警。當(dāng)傳感光纖收到振動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)的瑞利散射光信號(hào)輸出的兩正交偏振光信號(hào)的偏振態(tài)信息發(fā)生變化，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后形成光強(qiáng)差，通過(guò)觀察光強(qiáng)差的變化，判斷光纜線路是否出現(xiàn)險(xiǎn)情。這一方式的靈敏度比OTDR高，適合對(duì)較窄光脈沖及較低損耗時(shí)光纜的監(jiān)測(cè)。

4.相干光時(shí)域反射技術(shù)（COTDR）。將一定頻率的探測(cè)光注入傳感光纖，由于光纖本身的不均勻性，光脈沖在光纖各點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生后向散射光并回到注入端。利用相干檢測(cè)技術(shù)良好的光頻選擇特性，提取微弱的后向散射光信號(hào)，以檢測(cè)光纜的工作狀態(tài)。由于測(cè)量光源為單頻窄線寬的激光光源，對(duì)波長(zhǎng)無(wú)特殊限制，抗干擾能力強(qiáng)，因此特別適用于對(duì)由多個(gè)EDFA中繼級(jí)聯(lián)而成的長(zhǎng)距離海底光纜的監(jiān)測(cè)。

二、光纖光柵技術(shù)

光纖光柵技術(shù)利用光柵中心波長(zhǎng)應(yīng)對(duì)外界變化情況判讀光纜是否遭遇險(xiǎn)情。將用于制作多個(gè)布拉格光柵的傳感光纖布置在光纜內(nèi)，每個(gè)光柵的工作波長(zhǎng)相互區(qū)隔，經(jīng)耦合器或環(huán)形器取出反射光后，用波長(zhǎng)探測(cè)解調(diào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出每個(gè)光柵的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)偏移及空間信息，從而獲得相應(yīng)通道中每個(gè)布拉格光柵的擾動(dòng)信息，通過(guò)對(duì)擾動(dòng)信息的分析處理實(shí)現(xiàn)光纜險(xiǎn)情預(yù)警。光纖光柵具有較強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)光波的波動(dòng)、極化和傳輸損耗不敏感，但對(duì)外力和溫度的變化反應(yīng)靈敏，因此特別適合于對(duì)光纖外光纜壓力、溫度及由光纜表皮破裂等引起的指標(biāo)異常的監(jiān)測(cè)。光纖光柵傳感器能夠線性響應(yīng)、易于集成且插入損耗小，能對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但不適合于對(duì)長(zhǎng)距離、大范圍險(xiǎn)情的監(jiān)測(cè)。

三、光纖干涉技術(shù)

選用兩根備用光纖，在光纖的首尾兩端接上相應(yīng)的光纖耦合器、激光光源和光電探測(cè)器，構(gòu)成Mach-Zehnder光纖干涉儀。當(dāng)光脈沖激光器產(chǎn)生激光時(shí)，經(jīng)首端光纖耦合器將單束光分成兩束，分別送至傳感臂和參考臂。傳感臂用來(lái)感受信號(hào)，參考臂用來(lái)對(duì)傳感臂的位相提供參考值，兩束光經(jīng)末端光纖耦合器被合成一束，形成一系列明暗相間的干涉條紋。光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)檢測(cè)得到與相位相關(guān)的信號(hào)。

當(dāng)光纜收到外界擾動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)的變化會(huì)引起相位差的變化，包括由光纖軸向長(zhǎng)度的變化所導(dǎo)致的光相位變化、光纖纖芯因受到振動(dòng)波壓力作用所導(dǎo)致的受力部分的折射率變化，以及纖芯受力時(shí)因直徑發(fā)生變化而導(dǎo)致的波導(dǎo)歸一化頻率變化。

在正常狀態(tài)下，自然應(yīng)力會(huì)均勻地作用在光纜束管上，光纖受到的擾動(dòng)是均勻的，其相差值不變。當(dāng)遭遇拉動(dòng)、切開(kāi)等險(xiǎn)情時(shí)，不規(guī)則的振動(dòng)導(dǎo)致兩束光的相對(duì)相位發(fā)生變化及干涉條紋移動(dòng)，通過(guò)與光纜正常時(shí)干涉背景庫(kù)的對(duì)比，可快速確定險(xiǎn)情預(yù)警信息。

參 考 文 獻(xiàn)

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