浅谈在线式光缆故障监测系统

　　摘要：如今光纤通讯已被广泛使用，光缆网络更是成为铁路系统主要的传输媒体，在线式光纤故障监测系统在保障铁路运营网络安全、基础资料管理及减少网络维护量等方面都能起到重要作用，本文讲述利用OTDR值班法和衰耗监测法两种方式实现在线式光缆故障监测系统的构成、原理和特点。

　　关键词:光纤通信   故障   监测    研究

　　Abstract: The optical fiber communication is now widely used, fiber optic cable network it is to become the main transmission media railway system, optical fiber online fault monitoring system in the protection of railway operation network security, basic data management and reduce the network maintenance, etc can play an important role, this article narrated by OTDR duty method and attenuation monitoring of the two way realization of on-line monitoring system of fiber optic cable fault composition, principle and characteristics.

　　Keywords: optical fiber communication failure monitoring research

　　中图分类号：[TN913.7]    文献标识码：A     文章编号：

　　随着光纤通信的普及，铁路系统各部门所辖的光缆数量越来越多，其维护量越来越大。据了解，目前铁路系统对光缆故障的监测主要有两个途径：一是通过定期的例行测试（如周测、月测和季测）发现故障；二是当光缆出现故障而造成设备告警，再测试查找故障点。上述方法的共同缺点是：只有在故障大到产生的光纤衰耗增加值超过光缆线路维修余量与设备维修余量之和时，设备才出现告警，无法及时获得故障信息，给故障处理带来麻烦，且测试工作量大，浪费人力、物力，还会产生人为因素而造成的测试不准确。因此对光缆进行不间断监测的自动监测系统代替原始落后的监测手段非常必要，在线式光缆故障监测系统就可以实现这一目的。

　　一、系统组成

　　本系统由以下模块组成：１光功率监测模块。模块通过3%的分光器采集光缆线路光信号告警，通过RS232接口传送给主控模块。光功率告警采集单元对光缆上的光功率进行实时的监测，及时发现光缆上出现的断纤，衰耗增大等故障。２OTDR测试模块：监测站的核心测量模块，通过发射窄的激光脉冲并检测光纤的后向散射信号，采集被监测光纤的性能数据，发现故障并确定故障的性质和位置。３控制模块：监测站的主控单元，控制监测站各个模块完成对光缆线路的性能采集、故障监测及通信。４WDM/ OSW模块：包括波分复用器、光滤波器、光开关等无源光器件，主要用于光缆线路的在线监测，提供多条光纤测试路由的接入,满足各种情况下系统的组网要求。可通过两种方法来实现：OTDR值班法和衰耗监测法。

　　该监测系统设备放置在通信机房光端机与ODF架之间，由始端设备与末端设备两部分组成。方式不同，始末端设备的构成也不一样，如下图几种构成方式：

　　图1、OTDR值班法始端设备构成图

　　图2、衰耗监测法始端设备构成图

　　图3、衰耗监测法末端设备构成图

　　二、工作原理

　　以λ=1310nm为传输光波信号、λ=1550nm为监测光波信号为例，进行介绍：

　　1、OTDR值班法

　　在始端，OTDR发出1550nm监测光波送往光开关，光开关在监测中心微机的控制下选择被测光纤，之后监测光通过滤波器进入合波器（WDM）器件，与光端机发出的1310nm传输信号合成送入ODF架，再通过ODF架进入光缆。由此OTDR可测得监测光波在光缆中传输的回波损耗曲线和损耗值，并将测得结果送往监测中心的微机。然后，在微机的控制下光开关转到下一条光纤进行测试，如此往复不断，可对每条光纤进行测试。

　　在确认光缆无故障的情况下，测得的结果（包括曲线和损耗值）可作为初始值或标准曲线在电脑中保存。以后每次测得的结果与之相比较就可以判断出故障情况（大小、位置等）。可设定一个门限值（如0.3dB），当光纤某一点或总衰耗发生变化超过此值时，电脑记录该光纤号、保存并打印衰耗曲线，还可以通过最快捷的方式（如电话、传真等）发送到指定地点或通知相关人员。

　　当故障维修处理完毕后，应重新设置该光纤的初始值和标准曲线。滤波器是为避免监测波进入光端机或传输波进入监测器而设置的，不可省略。在末端，用滤波器来滤除1550nm的监测信号，仅允许1310nm的传输信号进入光端机，滤波器可设在ODF架上。

　　2、衰耗监测法

　　在始端，光源发出1550nm监测信号送往光开关，并将发光功率值传递到监测中心的电脑中。光开关在电脑的控制中选择被测光纤，监测波通过滤波器后，在合波器（WDM器件）上与1310nm的传输波一起经ODF架送往光缆。

　　在末端，监测波通过分波器（WDM器件）与传输波分离，经过滤波、光开关送往功率监测，测出收光功率值。该值通过数据发送器和末端站数字设备，占用一个数据通道送回始端站。

　　在始端站，数据通过数字设备和数据接收器送往监测中心。监测中心收到的光源发光功率与末端送来的收光功率之差，为监测系统与被测光纤的总衰耗。通过光开关的动作，即可测得所有光纤的总衰耗。

　　当确认监测系统各部件稳定而光缆线路又无故障时，测得的每条光纤的总衰耗可作为初始值在电脑中保存，作为判断故障的标准。以后每次测得的衰耗值与之进行比较，其变化超过设置的门限值时，表明有故障出现，电脑自动记录纤号、保存结果并传送到指定地点或通知相关人员。

　　维护人员得到通知后，再用OTDR或其它方式对该光纤进行测试，分析原因，找出故障点，并采取措施进行维护。

　　如果末端站有几个时，应在始端站的数字设备与监测系统的数据接收器之间加装电子开关，用以选择接收不同末端站的数据信息。

　　始末端站的光开关要保持同步，以免出现错误。而电子开关要在测试完始端站与一个末端站间的所有光纤后在电脑的控制下动作，转换到与下一个末端站相关的数字设备上，继续测试。

　　三、系统的特点

　　1、共同特点

　　(1)、可以将门限值设置在较小的范围内，对光缆衰耗特性的微小变化能及时发现，从而减少了对系统正常运行的影响；

　　（2）、未改变原系统传输方式和途径，对原系统基本不产生影响，仅由于增加滤波器和WDM器件，而产生一些光衰耗（1-2dB左右）；

　　（3）、由于是全自动测试，除设备维护人员外，可不设专人值班；

　　（4）、因要连续工作，各部件稳定性要强、使用寿命要长。

　　2、各自特点

　　OTDR值班法

　　（1）、OTDR能够直接提供衰耗曲线，因此比较直观，能够准确找到故障点，并可根据曲线变化，分析故障原因。

　　（2）不占用信息通道，原理简单，对原系统改动较少，影响也小。

　　（3）、受OTDR平均化处理的速度影响，测试速度较慢，一般一条光纤大约需要十几秒。

　　（4）、受OTDR动态范围的影响，测试距离受限。

　　（5）、OTDR费用较高。

　　衰减监测法

　　（1）、测试速度快，是OTDR值班法的几千倍以上；

　　（2）、测试距离长；

　　（3）、费用较低；

　　（4）、结构较复杂，在传输系统中增加器件多，插入损耗大；

　　（5）、占用数据通道；

　　（6）、不直观，无法直接找到故障点。

　　四、结束语

　　以上所介绍的只是"在线式光缆故障监测系统"的原理和初步设计思想，要达到实用阶段还需要解决许多技术问题。在线式光缆故障监测系统是光缆维护管理的先进设备，对众多光缆线路连续进行实时监测与管理，直观的掌握光缆线路传输质量情况，及时发现光缆障碍和隐患，缩短光缆故障抢修历时是非常重要的。