一種光纜線路故障點檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及光纜通信測試。所要解決的問題是提供一種光纜線路故障點檢測儀，在保證故障定位距離精度的基礎上，可以大幅降低生產成本，并且更簡單易行。其特征在于：所述檢測儀還包括峰值檢測單元和高速計數器；峰值檢測部分用于接收光接收器輸出的含有光纖特性的電壓信號，捕獲電壓信號峰值，并轉換為窄脈沖信號輸送到高速計數器，由高速計數器對電壓信號峰值進行計數，并將所得的數值傳送到微處理器中，計算出故障點的距離，并通過顯示器來顯示故障點及距離。本實用新型與傳統的光時域反射儀相比能更方便更迅捷地判斷故障點，且降低了使用門檻，可廣泛地應用于各種光纖通信領域。模塊化設計可以給用戶提供更靈活的選擇空間。
【專利說明】一種光纜線路故障點檢測儀
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及光纜通信測試。
技術背景
[0002]現有的光時域反射儀(OpticalTime Domain Reflectometer),簡稱 0TDR,—般OTDR是采用波分復用技術(WDM)與光時域反射技術相結合對光纖進行監控，其利用光的后向散射和菲涅耳反射原理設計的，用以對光纜故障點的測試。目前隨著DSP和嵌入式技術的發展，嵌入式操作系統已經被掌握，并可以用DSP來進行光時域反射儀數據高速處理的工作。
[0003]通常光纖傳輸中的反射光可分為兩類:一種是瑞利背向散射，該反射由光纖內雜質對光線的自然反射和吸收引起，瑞利背向散射用于計算光纖內隨著距離而變化的衰減水平(單位為dB/km)，在OTDR軌跡內由直線斜率來顯示；另一種是“菲涅爾反射”，它是由于光線的反射率劇烈改變時(如從玻璃進入空氣中)，較多的光會反射回去而造成的，它可能比瑞利背向散射強數千倍。若對引起“菲涅爾反射”的事件進一步劃分，則可分類為“非反射事件”和“反射事件”。“非反射事件”強度相比于后者稍低些，通常為光纖熔接、不均勻、老化等造成，在衰減圖上表現為階躍形狀，在光纖中有一些損耗但沒有光反射。而“反射事件”在OTDR軌跡中表示為尖狀突起，是鏈路上突出外部事件的反映(如機械接頭、光纖適配器和打開端面產生的菲涅爾反射)。
[0004]OTDR就是通過檢測光纖傳輸時產生的瑞利散射和菲涅爾反射的各類事件，來偵測鏈路內部情況。若對數據進一步分析，則可實現光纖的長度、衰減、接頭損耗、熔接損耗等的測量及故障定位等。
[0005]參見圖1，圖1為傳統的光時域反射儀的系統原理框圖，如圖1所示，現有技術中OTDR主要是由脈沖發生器、激光器、光纖稱合器、光接收器、信號放大器、A/D轉換器、微處理器、顯示器組成。OTDR儀表與被測光纖相連接，將光信號輸入被測光纖并接收反饋光信號進行檢測分析。以下簡述這幾部分的功能。
[0006]1、脈沖發生器:脈沖發生器的功能是產生所需要的規則的電脈沖信號。
[0007]2、激光器:將脈沖發生器產生的電脈沖轉換為光脈沖進行測試使用。
[0008]3、光纖f禹合器:使光按照規定的特定方向輸出輸入。
[0009]4、光接收器:是將光信號轉換成電信號，即將光纖耦合器傳來的光信號轉換成電信號。
[0010]5、信號放大器:信號放大器的作用是將光接收器轉換的微弱電信號進行放大，以便處理。
[0011]6、A/D轉換器:是將放大處理后的含有光纖特性的電信號進行A/D轉換。
[0012]7、微處理器:負責脈沖發生器按照指令產生電脈沖信號并對輸入的經A/D轉換的含有光纖特性的電信號進行運算處理。
[0013]8、顯示器:顯示器的功能是將處理后的結果顯示出來。[0014]以上結構的光時域反射儀操作界面復雜，使用起來有一定難度，一般人員不經過專業培訓很難掌握。另外由于光時域反射儀檢測所用的脈沖激光器光源為不可見光源，如果光纜外皮有破損，其無法直接找到光纜上的故障點，使用時即使定位了故障點的位置，也無法在第一時間直觀地從光纜上觀測到故障點，故其在測量與查找斷點時非常不便。此外，光時域反射儀中的高頻脈沖激光器、高速信號處理系統以及溫控光控組件等模塊造價昂貴，成本偏高。
實用新型內容
[0015]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種光纜線路故障點檢測儀，在保證故障定位距離精度的基礎上，可以大幅降低生產成本，并且更簡單易行。
[0016]為解決上述技術問題，本實用新型的技術解決方案是:
[0017]一種光纜線路故障點檢測儀，所述檢測儀包括激光器、光纖耦合器、光接收器、微處理器、顯示器；所述微處理器通過脈沖發生器控制激光器發出窄脈沖光，窄脈沖光經光纖耦合器進入被測光纖；光接收器用于接收被測光纖中的故障點產生的光反射信號，并轉化為與光反射信號的功率成正比的電壓信號；其特征在于:所述檢測儀還包括峰值檢測單元和高速計數器；峰值檢測部分用于接收光接收器輸出的含有光纖特性的電壓信號，捕獲電壓信號峰值，并轉換為窄脈沖信號輸送到高速計數器，由高速計數器對電壓信號峰值進行計數，并將所得的數值傳送到微處理器中，計算出故障點的距離，并通過顯示器來顯示故障點及距離。
[0018]優選的，所述激光器選用1310±20nm或1550±20nm LD,同時集成650nm可視紅光
探測系統。
[0019]優選的，所述高速計數器單元采用可編程邏輯控制器。
[0020]優選的，所述峰值檢測單元是選用對數放大器來處理通過光接收器傳來的電壓信號，再通過比較來完成峰值檢測。
[0021]本實用新型可帶來以下有益效果:
[0022]本實用新型的光纜線路故障點檢測儀可以方便快速地找到光纜斷點的位置，方便工程人員排除故障。其與現有技術比較，具有以下優點:
[0023]1、本儀器可以精確測量光纖障礙點位置，簡化了測試方法，實現了高度自動化，性能可靠；在完成設計要求的同時，大幅降低了生產及設計成本的問題。
[0024]2、操作使用方便，界面友好，顯示屏直觀顯示障礙點距離。
[0025]3、選用的設計方案使檢測儀達到體積小，功耗低，速度快和環境干擾低的優良性倉泛。
[0026]本檢測儀采用高速計數器代替超高速的A/D來完成原來繁復而精密的采樣工作，極大地簡化測試方法，實現了高度自動化。在完成設計要求的同時，大幅降低了生產及設計成本的問題，為今后的推廣普及奠定了很好的基礎。
[0027]本實用新型與傳統的光時域反射儀相比能更方便更迅捷地判斷故障點，且降低了使用門檻，增大了市場需求，可廣泛地應用于各種光纖通信領域(城建施工、抗險救災、應急保障、人為破壞等造成的光纖故障)。模塊化設計可以給用戶提供更靈活的選擇空間。【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1:現有技術中光時域反射儀系統原理框圖
[0029]圖2:本實用新型的光纜線路故障點檢測儀系統原理框圖
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0031]如圖2所示，本實施例的光纜線路故障點檢測儀主要由激光器、光纖耦合器、光接收器、峰值檢測單元、高速計數器、微處理器、顯示器。
[0032]光接收器通過脈沖發生器控制激光器發出窄脈沖光，窄脈沖光經光纖耦合器進入被測光纖。激光器這里選用1310±20nm或1550±20nm LD，激光器輸出功率大于60mW，激光器的輸出功率越大，對應的測試范圍越為遠，此次設計的測試距離定為60km(反射事件)，同時集成650nm可視紅光探測系統，用以肉眼檢測光纖故障位置(泄漏紅光)。
[0033]光接收器用于接收被測光纖中的故障點產生的光反射信號，并轉化為與光反射信號的功率成正比的電壓信號。
[0034]峰值檢測部分用于捕獲電壓信號峰值，并轉換為窄脈沖信號輸送到高速計數器，由高速計數器對電壓信號峰值進行計數，并將所得的數值傳送到微處理器中，計算出故障點的距離，并通過顯示器來顯示故障點及距離。
[0035]峰值檢測單元是選用對數放大器來處理通過光接收器傳來的電壓信號，再通過比較來完成峰值檢測。原因是系統中的一些信號具有很寬的動態范圍，而寬動態范圍往往給其余的應用設計帶來很多問題。一方面，線性放大器無法處理這樣寬的動態范圍。另一方面，DA變換中，在保證分辨率的情況下，模數轉換器的位數會隨動態范圍的增大而增大。因此，在處理寬動態范圍的信號時，常常將其動態范圍壓縮到一個可以處理的程度。對數放大電路是輸出信號幅度與輸入信號幅度呈對數函數關系的放大電路。實際的對數放大器總是兼具線性和對數放大功能，當輸入信號弱時，它是一個線性放大器，增益較大；輸入信號強時，它變成對數放大器，增益隨輸入信號的增加而減小。在雷達、通信和遙測等系統中，接收機輸入信號的動態范圍通常很寬，信號幅度常會在很短時間間隔內從幾微伏變化到幾伏，但輸出信號應保持在幾十毫伏到幾伏范圍內。采用對數放大器可以滿足這種要求，它能使弱信號得到高增益放大，對于強信號則自動降低增益，避免飽和。
[0036]對數放大器的這一特殊優勢，可以讓我們充分地放大非反射事件反射回來的微弱信號，而不必在意導致反射事件反射回來的大信號飽和的問題。從而可以提高測試精度。
[0037]本實施例將可編程邏輯控制器件用于高速計數器部分。由于目前沒有現成的高速計數器電路，為滿足電路需要，可以借助可編程邏輯控制器件通過編程來完成高速計數這一個整個系統里最關鍵的部分。高速計數器的準確度直接影響整個系統的測量精度及準確度。我們選用LSI1016這款可編程邏輯電路通過編程來實現IOOMHz的時鐘頻率。通過時鐘頻率及光速的計算，這款系統的距離準確度(反射事件)應該在土(2m+2X10_4X距離)范圍之內。
[0038]微處理器在給光器件脈沖信號的同時，開始記錄通過高速計數器的脈沖個數。所有每個脈沖之間的時間就是相同的，通過計算這些個脈沖的數量，就等于計算出了光信號發出和返回的時間，即[0039]t=l/fXn
[0040]其中t為光信號的發出和返回時間，f為脈沖的頻率，η為脈沖的數量。
[0041]從上述公式中可以獲得光信號的發出和返回時間，由此可以通過光速大致計算出反射點的距離，即
[0042]d=(cXt)/2(10R)
[0043]在這個公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號發射后到接收到信號(雙程)的總時間(兩值相乘除以2后就是單程的距離)。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了精確地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率(IOR)。IOR是由光纖生產商來標明。
[0044]測試后顯示可以簡潔地顯示在屏幕上。
[0045]例如:
[0046]故障點1:χχχχχ.XX 米
[0047]故障點2:χχχχχ.XX 米
[0048]故障點3:χχχχχ.XX 米
[0049]方便用戶查看和理解。
[0050]由于實際工程應用中碰到的情況一般會比較復雜，可能需要對多個儀器進行操作控制，提供多樣的顯示界面等問題，無法用單一的設計模式進行程序的編寫，不能用簡單的流程圖方式進行操作控制，這就需要從總體需求功能出發，將系統劃分成若干子系統模塊，然后根據需求不斷劃分下去，將復雜問題化為比較容易解決的小問題，然后再將這些解決了的小問題再組合起來還原出原來復雜的問題的方式，即自頂向下方式分解，再自下而上的方式組合的設計思想。
[0051]本方案所述軟件系統根據上述設計思想，將系統軟件模塊按功能作用分解成參數設置和顯示模塊兩部分。
[0052]設計采用128X64點陣顯示屏，每屏顯示3-4條故障事件，可通過按鍵上下切換及功能設置。一次設置后，只需按開關及啟動按鍵即可單次掃描光纖故障，方便非專業人士使用。顯示屏顯示界面做到簡潔明了，使施工人員可以在幾分鐘能即可熟練運用。
[0053]將軟件模塊分為系統啟動、參數設置、數據采集、故障檢測和退出五個控件。
[0054]在軟件編程中，為了增強各模塊間共享代碼的靈活性和擴展性，增加了全局模塊，它是系統各模塊互相聯系的橋梁，很多重要的參數都放在全局模塊中，如探測距離、脈沖寬度、平均次數、采樣分辨率、起始頻率、終止頻率、掃描間隔及掃描次數等可變參量和不變參量，同時便于以后程序的擴展。
[0055]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本實用新型。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本實用新型不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本實用新型的揭示，不脫離本實用新型范疇所做出的改進和修改都應該在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種光纜線路故障點檢測儀，所述檢測儀包括激光器、光纖耦合器、光接收器、微處理器、顯示器；所述微處理器通過脈沖發生器控制激光器發出窄脈沖光，窄脈沖光經光纖耦合器進入被測光纖；光接收器用于接收被測光纖中的故障點產生的光反射信號，并轉化為與光反射信號的功率成正比的電壓信號；其特征在于:所述檢測儀還包括峰值檢測單元和高速計數器；峰值檢測部分用于接收光接收器輸出的含有光纖特性的電壓信號，捕獲電壓信號峰值，并轉換為窄脈沖信號輸送到高速計數器，由高速計數器對電壓信號峰值進行計數，并將所得的數值傳送到微處理器中，計算出故障點的距離，并通過顯示器來顯示故障點及距離。
2.按照權利要求1所述的一種光纜線路故障點檢測儀，其特征在于:所述激光器選用1310±20nm或1550±20nm LD，同時集成650nm可視紅光探測系統。
3.按照權利要求1或2所述的一種光纜線路故障點檢測儀，其特征在于:所述高速計數器單元采用可編程邏輯控制器。
4.按照權利要求3所述的一種光纜線路故障點檢測儀，其特征在于:所述峰值檢測單元是選用對數放大器來處理通過光接收器傳來的電壓信號，再通過比較來完成峰值檢測。
【文檔編號】H04B10/071GK203747824SQ201420041962
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】吳小鋼, 巫弢華, 佘曉磊, 廖惠慧, 李曉黎 申請人:中國電子科技集團公司第二十三研究所