專利名稱：光纜實時監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種通信光纜實時監測裝置，屬于光通信技術領域。
作為光傳輸主體的光纜線路常有纜線接續不良、水氣滲入光纖芯線、接頭接點不良和光纜被挖斷等故障。在光纜線路有問題后，就急需知道故障原因和線路斷點在哪里。通常故障并不立即引起光纜傳輸信號的中斷，而是導致光纜系統慢慢變壞，但對其修復又必須在很緊急的情況下進行，這一方面需要在維修時能盡快知道故障的類型和地點；另一方面最好能做到防患于未然，對正在緩慢變壞的光纖采取更換或維修，以避免喪失服務和昂貴的修復。
目前，已有一批光纜監測系統用來進行光纜故障的早期預報和定位，如采用水分感測信號發生器檢測對接合攏封閉體的水分浸入，或者應用永久性地裝于光纜端部的電光測量裝置來長期地連續測量光纜的衰減，但都難以達到實時監測的目的。另外，第一種方法由于只從一根光纖取樣，不能全面反映光纜中每一條光纖的傳輸情況，第二種方法需要添加輔助光源而對原傳輸設備進行改動，且不能告知光纖的故障點在何處。經檢索專利93104451等屬上述類型。
本實用新型的目的是針對上述問題，提出監測每一條光纖的光功率值，根據監測結果控制光開關，達到只用一臺光時域反射計(OTDR)對多根光纖進行實時檢測的目的。
本實用新型的技術方案是這種光纜實時監測裝置主要包括光信號取樣，光功率測試、分析，以及OTDR檢測，其特征是每根光纖與一個波分復用器(WDM)的輸入端連接，每個WDM的一個輸出端都與光信號取樣器連接，或者每根光纖先與光信號取樣器連接，光信號取樣器的輸出再與一個波分復用器WDM的輸入端連接，光信號取樣器的另一個輸出至光功率監測器，共N(N為被監測的光纖根數)個光功率監測器的輸出均送至一個前端控制器進行比較和計算，前端控制器的輸出至光開關的電控制端，光開關的輸入端與一臺OTDR相連，光開關的輸出端與每根光纖的WDM的另一個輸入端相連。其中光功率監測器包括光功率探測器PIN,PIN的輸出接前置運算放大器C7650的輸入端，C7650的輸出端接至模數轉換器ADC0820的模擬信號輸入端，模數轉換器輸出的8位數字信號連接到單片機87C51的P1.0ˉP1.7，前端控制器也采用了一個單片機87C51，通過串行通訊接口RXD、TXD與每個光功率監測器中的單片機的數據線連接，同時作為前端控制器的此單片機的輸入/輸出接口P1.0ˉP1.3與光開關的電控制端連接上述的光纜實時監測裝置，其特征是光信號取樣器一般采用光耦合器，當光纖中傳輸的信號包含有監測信號時，采用與監測信號相適應的波分復用器。
上述的光纜實時監測裝置，其特征是光功率監測器也可只包括電光探測器和前置放大器，將輸入光信號轉換成模擬電信號輸出，光功率監測器輸出經過電模擬開關送至共用的模數轉換器再與前端控制器相連。
上述的光纜實時監測裝置，其特征是光耦合器對輸入光纖的光功率按一定的分支比3％∶97％ˉ10％∶90％分給其兩個輸出端，其中較小光功率輸出端與光功率監測器相連。
上述的光纜實時監測裝置，其特征是WDM屬高隔離度型，其隔離度大于或等于40dB。
上述的光纜實時監測裝置，其特征是光耦合器具有的附加插入損耗小于或等于0.3dB。
上述的光功率監測裝置，其特征是所述電光探測器的為高靈敏度，其響應度大于等于0.8A/W，所述前置放大器屬高阻抗型，其輸入阻抗大于等于400kΩ，使電光探測裝置能探測最小達到-70dBm的光功率。
本實用新型的優點是采用光耦合器或波分復用器將光纖中傳輸的光信號分出一小部分進入光功率測試器，測試其光功率，達到實時監測每一根光纖中光功率變化的目的，同時對光纜中光信號的傳輸影響較小。
本實用新型的優點是在監測裝置中只使用了一套價格較高的OTDR，通過控制光開關的切換就實現了用一套OTDR檢測光纜中的多路光纖的目的，體積小、成本低。為了避免OTDR測試時因光纜中傳輸光信號的影響而要停止原傳輸設備端的光源，通過高隔離度的波分復用器(WDM)來實現光纖中傳輸兩個不同波長的光信號，即在OTDR測試中使用的光信號波長與光纜中傳輸的光信號波長不同，這樣也避免了OTDR檢測用的光信號影響光功率監測器的測試。
本實用新型提出的光纜監測裝置的最大特點是提供一種新的方法來實現光纜的實時監控與檢測。這種方法的第一個優點是采用光無源器件來實現上述功能，性能穩定可靠。第二個優點是用電信號來實現實時性，測試速度快，如果直接使用光開關來循環測試多路光纖，光開關一刻不停的頻繁開關將縮短其工作壽命，而且當光路數目較多且每次測完留有緩沖期時，每一通路的測試時間間隔就較長，可能無法及時測出光纜故障。第三個優點是整套系統體積小，安裝方便，不必引出傳輸設備的告警信號，因此不用對原設備硬件進行改動，還可根據用戶要求任意多路數組合。
附圖中
圖1是本實用新型第一實施例的系統框圖；圖2是第一實施例中監測任一條光纖的光路和電路連接圖；圖3是第二實施例的系統框圖；圖4是第二實施例中監測任一條光纖的光路和電路連接圖；圖5為光功率監測器的原理圖；圖6為光功率監測器的另一種實施例與前端控制器連接的原理圖；圖7是前端控制器的軟件邏輯框圖；圖8光纜實時監測系統電連接圖的一個實施例。
附圖中λ1是光纖中傳輸光信號的波長，λ2是OTDR檢測時所發射的光信號波長， 代表光連接， 代表電連接，圖8中的連線上的數字為連線的數目。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的原理和實施例，圖中WDM將被監測光纖中傳輸的光信號與OTDR用的光信號通過波長的不同進行選擇后實現分向傳輸，且互不干擾；光耦合器從被監測光纖中分出3ˉ10％的光信號作為監測光信號；光功率監測器用來對每路監測光信號進行實時功率測試，并轉換成電信號輸出；前端控制器不斷循環地與每個光功率監測器進行數據采集，來記錄每路光信號功率值，然后進行分析處理，達到設定的光功率門限值就報警，并控制光開關的切換，同時，還可與上一級監控中心進行數據通訊，及時報告各條光纖的當前光功率值，或按監控中心的要求將OTDR連接到指定的光纖進行測試等；光開關將OTDR切換到故障光纖或指定光纖進行測量；OTDR用來對傳輸光纖進行測試和分析；光功率顯示部件為同步顯示各條光纖的當前光功率值，聲光報警部件完成報警功能。
圖1中同時監測了光纜中的N條光纖，由前端控制器起中心控制作用，它由微處理器(CPU)及輔助電路組成。通過測試監測光信號而得到此條光纖中傳輸光信號的光功率值，送至前端控制器進行處理，判斷出哪條光纖線路是否有故障，或者正在逐漸變壞，如果需要用OTDR測試時，光開關將OTDR測試用光信號接通到被測光纖，這樣OTDR發射出的特定波長的光信號就通過WDM沿著傳輸光信號的光纖反方向行進，對故障點進行探測。具體的光路圖示于圖2，其中標出了測試時傳輸光信號與測試光信號的行進方向，以及監測和控制電路的連接。從中可看出，測試光信號的傳輸方向是反方向的，即相當于從傳輸光信號的接收端向上朝發射端行進，這種工作方式稱為WDM上行。
圖3中第二實施例與圖1中的第一實施例的不同在于，通過WDM后OTDR測試的并不是本級監測系統監測的光纜中的光纖，而是由本監測站向下進一步傳輸信號所用的光纜，這種工作方式稱為WDM下行，其控制信息來自于下一級監控系統測試后經數據通訊而得到的結果，比如下一級系統報告接收信號光纜中某一條光纖有故障，本級系統得到信息后控制OTDR切換到此光纖，從傳輸的上端往下端來進行測試，同樣達到實時監測的目的。從圖4中具體某一條光纖的光路圖可看到，光纖中傳輸光信號與OTDR用的光信號同向發射傳輸。
圖5為光功率監測器的原理框圖。其第一種實施例是由電光探測器將輸入的光信號轉換為模擬電信號，經過前置放大器進行放大后送到模數轉換器，將其轉換為對應的數字信號(二進制編碼)，由單片機不斷采樣并通過串行數據通訊將其傳送到前端控制器。圖6是另一種實施例，光功率監測器僅包括圖5中虛線框內的部分，即電光探測器將輸入的光信號轉換為電信號，經過前置放大器放大后直接以模擬信號的方式輸出，這樣，光功率監測器與前端控制器的連接就與上不同，圖6就是相對應的光功率監測器與前端控制器連接的原理圖。在圖6中，在光功率監測器與前端控制器之間添加了一個共用的模數轉換器，通過前端控制器控制的電模擬開關將上述的每路模擬信號與模數轉換器連接，前端控制器再從模數轉換器中得到對應的數字信號，同樣采樣到每路光纖的光功率值。
圖7給出了前端控制器的工作流程圖。前端控制器不斷循環地與每個光功率監測器進行數據采集，來記錄每路光信號功率值，然后進行分析處理，達到設定的光功率門限值就報警，并控制光開關切換到故障光纖進行測量，然后繼續進行循環監測。圖7中不包括上一級監控中心與前端控制器進行數據通信的部分，這部分的工作可通過串行接口以中斷方式來完成，即前端控制器在進行上述工作流程時，可隨時響應串行中斷，與上一級監控中心進行數據通訊，及時報告各條光纖的當前光功率值，或按監控中心的要求將OTDR連接到指定的光纖進行測試等。
圖8給出的實施例為電原理圖，其中采用了圖5所示的光功率監測器。PIN為光電探測器，將輸入的光信號轉變成電流信號，前置放大器采用運算放大器C7650，經過放大后形成模擬電壓信號，再送到模數轉換器ADC0820的模擬信號輸入端(Ain)，通過轉換變成8位數字信號(D0ˉD7)，并連接到單片機87C51的P1.0ˉP1.7，由單片機來進行實時采集數據，并計算出對應的輸入光信號的強度，完成光功率測試過程。圖8中的前端控制器也采用了一個單片機87C51，通過串行通訊接口(RXD、TXD)來循環與每個光功率監測器中的單片機進行數據通訊，記錄下每路光纖中傳輸光的功率值，與上一級監控中心的工控機之間的數據通訊也由此串行通訊接口來完成，同時作為前端控制器的此單片機的輸入/輸出接口P1.0ˉP1.3控制著光開關的切換，P0.0ˉP0.7控制著8個報警燈，P2.0ˉP2.3與顯示驅動電路MC14495相連，P1.4ˉP1.7與譯碼器74LS138相連，譯碼器的輸出端D0ˉD5又分別與6個MC14495的選通端連接，而MC14495的輸出腳(aˉg)又對應著數碼管(LC5011)的七段碼(aˉg)，這樣，前端控制器通過其P2.0ˉP2.3輸出顯示數據信息，P1.4ˉP1.7控制數據輸出到那一個數碼管進行顯示，完成顯示功能。
本實用新型的光纜實時監測系統還具有可擴展性，比如OTDR測試出的圖形也可通過GP-IB接口傳輸到工控機中進行保存、對比分析和處理。
在本實用新型的范圍內還能做出其他一些實施例。例如，被監測的光纖中傳輸的信號包含有監控信號則采用與監控信號相適應的波分復用器(如SDH系統中有1510nm信號，就可采用1550/1510nm WDM)代替實施例中的光耦合器，從傳輸光信號中分出此信號來用于監測，此處光耦合器的目的就是從被監測光纖中提取出監測光信號。同樣，本監測系統框圖中的各個器件完成其相關的各項功能，任何起相同作用的其他器件均可以采用。
權利要求1.一種光纜實時監測裝置，主要包括光信號取樣器和光功率監測器，其特征是每根光纖與一個波分復用器WDM的輸入端連接，WDM的一個輸出端與光信號取樣器連接，或者每根光纖先與光信號取樣器連接，光信號取樣器的輸出再與一個WDM的輸入端連接，光信號取樣器的另一個輸出至光功率監測器，共N個光功率監測器的輸出均送至一個前端控制器，N為被監測的光纖根數，前端控制器的輸出送至光開關的電控制端，光開關的輸入端與一個光時域反射計OTDR相連，光開關的輸出端與連接每根光纖的WDM的另一輸入端相連，其中光功率監測器包括光功率探測器PIN,PIN的輸出接前置運算放大器C7650的輸入端，C7650的輸出端接至模數轉換器ADC0820的模擬信號輸入端，模數轉換器輸出的8位數字信號連接到單片機87C51的P1.0ˉP1.7，前端控制器也采用了一個單片機87C51，通過串行通訊接口RXD、TXD與每個光功率監測器中的單片機的數據線連接，同時作為前端控制器的此單片機的輸入/輸出接口P1.0ˉP1.3與光開關的電控制端連接。
2.根據權利要求1所述的光纜實時監測裝置，其特征是光信號取樣器一般采用光耦合器，當光纖中傳輸的信號包含有監測信號時，采用與監測信號相適應的波分復用器。
3.根據權利要求1或2所述的光纜實時監測裝置，其特征是光功率監測器也可只包括電光探測器和前置放大器，即輸入光信號以模擬電信號輸出，光功率監測器的輸出經過電模擬開關和一個共用的模數轉換器連接，再與前端控制器相連。
4.根據權利要求1或2所述的光纜實時監測裝置，其特征是光耦合器對輸入光纖的光功率按一定的分支比3％∶97％ˉ10％∶90％分給其兩個輸出端，其中較小光功率輸出端與光功率監測器相連。
5.根據權利要求1所述的光纜實時監測裝置，其特征是WDM屬高隔離度型，其隔離度大于或等于40dB。
6.根據權利要求1或2所述的光纜實時監測裝置，其特征是光耦合器具有的附加插入損耗小于或等于0.3dB。
7.根據權利要求3或4所述的光功率監測裝置，其特征是所述電光探測器屬高靈敏度型，其響應度大于等于0.8A/W，而所述前置放大器屬高阻抗型，其輸入阻抗大于等于400kΩ。
專利摘要本實用新型提供一種光纜實時監測裝置,它通過光耦合器等光取樣器對每根光纖的光信號取樣,然后對其光功率進行測試,將對每根光纖的測試結果都送到前端控制器進行計算、分析和處理,顯示計算結果,并根據處理結果控制光開關進行切換,通過波分復用器使故障光纖接入光時域反射計(OTDR)測試。本實用新型利用一套OTDR監測多路光纖,通過前端控制器實現循環控制,不僅達到了實時監測多路光纖的目的,而且穩定可靠,體積小,成本低,安裝方便。
文檔編號H04B10/12GK2450828SQ0023037
公開日2001年9月26日 申請日期2000年7月12日 優先權日2000年7月12日
發明者黃龍波 申請人:信息產業部武漢郵電科學研究院