2022年光纤纤芯通信质量检测系统设计方案与应用.docx

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1、精品学习资源光纤纤芯通信质量检测系统的设计与应用- 电气论文光纤纤芯通信质量检测系统的设计与应用李贵华 1 ，陈广辉 1 ，李燚 2（1.中国人民解放军 73141 部队，福建泉州 362300 ；2. 中国人民解放军73142部队，福建泉州 362300 ）摘要：针对人工检测纤芯通信质量不易检测的特点，结合单位业务实际和对纤芯通信质量检测治理需求，设计了一套基于OTDR 的光纤传感节点感知光缆纤芯质量的光纤纤芯质量检测系统；该系统主要采纳多通路 OTDR 光缆监测，综合应用光时域反射、运算机和地理信息系统技术，利用移相采样技术和跨阻偏压可变接收机技术提升了OTDR 模块的性能并有效地掌握了成

2、本，实时获得被测光缆纤芯通信质量信息，有效提高光纤通信网的牢靠性和使用效益；关键词 ： OTDR；移相采样；模 / 数转换；跨阻偏压0 引言目前，在光纤通信网中判定光纤纤芯质量的传统做法是使用人工方式定期测试纤芯，采纳这种方法虽然牢靠性好，但在测试在用纤芯时难度大、周期 长，且不易检测，每年最多只能支配两到三次，无法实时把握纤芯通信质量变化等情形，也无法依据纤芯质量变化趋势准时猜测和排除光缆线路隐患，影响到光纤通信网运行的牢靠性1 ；为了更加高效地对光缆纤芯质量进行自动测试和智能治理，综合应用光时域反射、运算机和地理信息系统技术，研发了光纤 通信传送纤芯质量监测系统并投入到实际应用中，实现了光

3、纤质量的实时监测 与治理功能；1 光时域反射仪工作原理欢迎下载精品学习资源光时域反射仪（ Optical Time.Domain Reflectometer ， OTDR）是光纤测试特殊是在网络建设的实际施工布线中常常使用的仪器； OTDR 使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性；瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成，也就是 OTDR 测量回到 OTDR 端口的一部分散射光；这些背向散射信号说明白由光纤而导致的衰减（损耗/ 距离）程度，其形成的轨迹是一条向下的曲线，说明背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗；同时菲涅尔反射是离散的反射

4、，它是由整条光纤中的个别点引起的，这些点是由造成反向系数转变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙，也在这些点上会有很强的背向散射光被反射回来2 ；因此， OTDR 就是利用菲涅尔反射的信息定位连接点、光纤终端或断点；OTDR 工作原理主要是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR 端口接收返回的信息确定光纤纤芯的衰减度；2 系统设计系统对光纤纤芯通信质量的监测主要通过对光缆内某一根光纤或者几根光纤的监测，猎取到被测光纤纤芯的通信质量情形，实现对整条光纤的间接监测；该系统主要采纳基于 OTDR 的光纤传感节点感知光缆纤芯质量，通过监控终端连接到传感信息数据库服务器，猎取被测光缆纤芯通信质量信息，对光缆

5、网纤芯质量进行实时监控，其系统结构如图1 所示3 ；系统的光纤传感设备采纳多通路OTDR 光缆监测设计方案，该方案设计的系统结构简洁，适用于不同监测光缆数量的要求；系统关键就是光纤传感设备将多个 OTDR 模块集成到一个板卡上，板卡上的独立OTDR 子模块可依据需要挑选不同的波长、动态范畴，由于每根被测光纤都有独立的OTDR进行监欢迎下载精品学习资源测，因此可以防止使用机械式光开关带来的插入损耗及光开关磨损等问题，具有牢靠性高、实时性好、治理便利、配置敏捷等优点；系统传感设备模块结构如图 2 所示；3 主要功能模块纤芯质量监测系统主要分为资源治理、告警治理、配置治理、性能治理和安全治理五个功能

6、模块，实现对在用光纤质量的实时监测和治理；3.1 资源治理模块该模块的主要功能就是录入被监测对象（在用或未用光纤及传感节点）的信息，形成光纤资源信息数据库；利用运算机和地理信息系统，在电子地图上显示光缆网络分布，通过显示目标属性的方式查询和猎取所需要的网络资源信息，并实时显示光纤纤芯通信质量；3.2 告警治理模块该模块的主要功能是收集光纤传感节点产生的告警数据，包含被监测光纤段衰减变化产生的告警和光纤传感节点内部故障产生的告警；整理告警数据， 形成当前告警、历史告警列表，并供应告警滤除、告警证明、告警清除等帮助治理4 ；3.3 配置治理模块该模块的主要功能是配置治理系统网管软件的工作参数；例如

7、：周期性测量的时间、目标列表；设置各个光纤传感节点的工作参数；例如：OTDR 模块名称、地址和告警门限等；3.4 性能治理模块该模块的主要功能是依据用户命令或事先设定的指令，向指定地址的光纤欢迎下载精品学习资源传感节点（ OTDR 模块）发送测试命令，测量光纤的衰减特性，该功能主要用于光纤故障定位；按规定的时间间隔，收集、储备被监测光纤段的衰减参数， 形成较长时间段的统计数据，供保护人员分析光纤的劣化趋势，实行措施预防故障发生；3.5 安全治理模块该模块的主要功能是设置治理系统用户的账户、密码、权限，并供应用户日志治理功能；4 两种关键技术及实现方法为了提高 OTDR 子模块的性能和降低成本，

8、在本系统中OTDR 子模块使用了两种关键技术：移相采样技术和跨阻偏压可变接收机技术；4.1 移相采样技术依据 OTDR 工作原理可知，模拟信号的采样率会直接影响 OTDR 大事盲区，采样率越高大事盲区越小，大事距离精度越高；例如 100 MHz 采样率的模/ 数转换（ Analog to Digital ， A/D ），采样一个数据需要 10 ns ，转化为OTDR 曲线距离约为 1 m ；假如 A/D 的采样率提高到 400 MHz ，就 A/D 采样一个数据只需要 2.5 ns ，转化为 OTDR 曲线距离约为 0.25 m ；虽然高速 A/D 会使大事盲区很小，但会导致器件成本成倍上升，

9、高速信号的处理难度也比较大，其中包括 PCB 布板、高速信号处理等；因此本系统采纳掌握A/D采样时钟的相位来间接提高 A/D的采样率，可以有效解决高采样率带来的成本以及信号处理问题；移相采样流程如图3 所示；移相采样主要掌握过程如下：假设A/D 采样周期为 T，时钟移相模块产生 0 相位、90 相位、180 27相0 位与相位的4 个时钟，就相邻的两个相位时欢迎下载精品学习资源钟的时间差为 T 4 ；光脉冲产生模块产生 4 种时延相差 T 4 的光脉冲信号 5 ； 光脉冲挑选模块交替挑选这 4 个光脉冲信号，第一次测试挑选0 相位的光脉冲信号，其次次测试挑选 90 相位的光脉冲信号，第三次测试

10、挑选 180 相位的光脉冲信号，第四次测试挑选27 0 相位的光脉冲信号；储备掌握模块依据光脉冲挑选模块输出哪种时延的光脉冲信号进行储备掌握；假如光脉冲信号是0 相位的，就储备在第 1 ，第 5 ，第 9 等对 4 取模为 1 的储备地址空间中；假如光脉冲信号是 90 相位的，就储备在第 2 ，第 6，第 10 等对 4 取模为 2 的储备地址空间中；假如光脉冲信号是180 相位的，就储备在第 3，第 7 ，第 11 等对 4取模为 3 的储备地址空间中；假如光脉冲信号是270 相位的，就储备在第 4，第 8，第 12 等对 0 取模为 0 的储备地址空间中，这样储备器中连接地址采样点的间隔就

11、是 T 4 ，大事距离精度相当于 A/D采样周期为 T 4 ，即大事距离精度提高到原先的 4 倍；试验证明，系统应用移相采样技术后，最大量程可以达到 198 km ，在 82 km处断缆时的定位精度为13 m ；4.2 跨阻偏压可变接收机技术由于 OTDR 接收到的从光纤返回的信号中不仅有柔弱的瑞利散射信号， 仍有剧烈的菲涅尔反射信号，有时候这两种信号的差别甚至达到50 dB以上；假如反射信号很强，将导致 OTDR 曲线的盲区变化很大，可能会使一些与反射点距离较近的大事被强反射大事所掩盖，造成大事的漏报；因此，在系统中采用了一种跨阻可变、 APD 偏压可调的 OTDR 接收机技术 6 ；OTD

12、R 子模块首先对被测光纤进行粗略测试，对测试结果进行智能分析，判定和选定当前被测 光纤的正确测试条件，最终掌握FPGA 依据正确测量参数进行更精确的测试；5 使用效益欢迎下载精品学习资源传统的纤芯质量测试保护方式组织难度大，在用纤芯质量测试要支配在停机时间进行，投入的人力物力多、工作效率低，影响了光纤通信网效益的发 挥；该系统投入运行后，能对通信光缆纤芯质量的变化情形进行实时监测，能对大衰耗点和故障点进行定位分析和告警；系统实现了光缆性能的长期渐变分析和预警，通过对纤芯劣化分析、纤芯大事分析和故障缘由统计，使保护人员准时明白光缆质量变化趋势，及早实行预防整治措施，有效防止因纤芯质量急剧下降造成

13、的通信中断，将过去传统的事后抢修光缆保护模式转变为事先预防保护模式，提高了光纤通信传送网的牢靠性和应用效益；欢迎下载精品学习资源参考文献1 郝庭柱，赵腊月 .光纤通信站监控系统 J.南开高校学报：自然科学版， 2001 （ 4）： 117.119.2 满晓晶，董毅，何浩，等.基于短时傅里叶变换的光时域反射计（ OTDR）大事分析 J. 仪器外表学报， 2021 ，31 （9 ）： 2121.2125.3 倪玉婷，吕辰刚，葛春风，等 .基于 OTDR 的分布式光纤传感器原理及其应用J.光纤与电缆及其应用技术， 2006 （1 ）： 1.4.4 吴飞龙，杨力帆，李永倩 .基于 OTDR 的电力光缆

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