[發(fā)明專利]光纖尋障儀及其使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410484755.3
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104270192A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李恒超;許昌平;李曉磊;錢銀博;李嬪娉
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢光谷互連科技有限公司
• 主分類號: H04B10/07
• 分類號: H04B10/07
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信測試儀表領(lǐng)域，更確切的說，是涉及一種光纖尋障儀。

背景技術(shù)

伴隨著我國城市化的不斷推進，由道路和橋梁建設(shè)、管道鋪設(shè)以及人為破壞等因素導(dǎo)致的光纜故障越來越多，加之早期鋪設(shè)的光纜日益老化、故障頻發(fā)，傳統(tǒng)的故障定位方式耗時長、使用不便、定位精度低，通過對光纖網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測分析從而快速排查故障，縮短故障恢復(fù)時間，對電信業(yè)有著越來越高的價值。

光纖鏈路中不可避免的存在一些故障點，有些熔接點會帶來較大衰減；外界應(yīng)力會引起光纖的過度彎曲導(dǎo)致模場不匹配，并損失光功率；活動連接器沒有充分對準(zhǔn)也會帶來較大損耗；光纖中的斷裂面會導(dǎo)致折射率不匹配而產(chǎn)生較強的菲涅爾反射。光纜故障定位的原理是將高功率窄脈沖光信號注入到待測光纖光纜中，如果光纖中存在熔接點、活動連接器、斷裂面、彎曲或尾端時，就會產(chǎn)生背向散射并返回到輸入端，在光纖輸入端檢測到的回波脈沖信號出現(xiàn)的時刻與光纖中各個故障事件點的位置一一對應(yīng)，因此故障事件點的位置可通過發(fā)送脈沖與接收脈沖的間隔時間求出。

目前被廣泛使用的OTDR(光時域反射儀)成本高、體積大，用戶難以承受，光纖尋障儀作為OTDR的簡化版在工程上有更廣闊的市場應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜性好、定位精度高的長距離光纖尋障儀及其使用方法，本發(fā)明能通過強大的分析方法快速精確的檢測出光纖光纜故障點的位置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：光纖尋障儀，包括依次相連的ARM控制器、現(xiàn)場可編程門陣列、法布里-珀羅脈沖激光器、光環(huán)行器，光環(huán)行器的第二個端口與待測光纖相連，光環(huán)行器的第三個端口與雪崩光電二極管、信號調(diào)理模塊、現(xiàn)場可編程門陣列依次相連。

所述的光纖尋障儀，信號調(diào)理模塊包括依次相連的前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，前置放大電路與雪崩光電二極管相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與現(xiàn)場可編程門陣列相連。

所述的光纖尋障儀，現(xiàn)場可編程門陣列與法布里-珀羅脈沖激光器之間接有激光器驅(qū)動電路，雪崩光電二極管接有偏壓控制電路。

所述的光纖尋障儀，ARM控制器接有液晶觸摸顯示屏。

所述的光纖尋障儀，整個光纖尋障儀由電源管理模塊提供電源。

所述的光纖尋障儀，現(xiàn)場可編程門陣列采用型號為EP4CE15F17C8N的芯片，其上設(shè)有RS232、AS(主動配置)、JTAG端口，并與ARM控制器(型號為STM32)和高速晶振(頻率50MHz)相連。

所述的光纖尋障儀，前置放大電路包括相連的光電轉(zhuǎn)換電路和微分電路，光電轉(zhuǎn)換電路與雪崩光電二極管相連，微分電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用高速比較器。

所述的光纖尋障儀，激光器驅(qū)動電路包括相連的開關(guān)電路(芯片型號為IC-HK)和保護電路，開關(guān)電路與法布里-珀羅脈沖激光器相連。

光纖尋障儀的使用方法，現(xiàn)場可編程門陣列產(chǎn)生多種脈寬的電脈沖信號觸發(fā)激光器驅(qū)動電路，使法布里-珀羅脈沖激光器發(fā)出特定寬度的脈沖光，然后由環(huán)形器注入到待測光纖，經(jīng)后向散射回來的光信號由雪崩光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，完成背向光信號的接收，電信號的電流經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換電路進行電流-電壓轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過微分電路放大信號的突變，通過高速比較器將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成回波脈沖數(shù)字信號供現(xiàn)場可編程門陣列檢測，現(xiàn)場可編程門陣列計算從發(fā)出脈沖至接收到回波脈沖的間隔時間，間隔時間對應(yīng)著故障點的位置。

所述的方法，現(xiàn)場可編程門陣列確定故障點位置的方法包括：現(xiàn)場可編程門陣列根據(jù)信號回波脈沖出現(xiàn)時刻的重復(fù)性以及噪聲出現(xiàn)時刻的隨機性進行去噪處理，然后進行位置計算；

去噪處理的方法：現(xiàn)場可編程門陣列的高速計數(shù)器從其發(fā)送端發(fā)送電脈沖信號時開始計數(shù)，得到各個回波脈沖的延時，將檢測到的各個回波脈沖的延時存儲起來；然后再發(fā)送多次脈沖信號，重復(fù)多次之前的定時和存儲過程，假設(shè)某個故障點回波脈沖對應(yīng)的延時區(qū)間出現(xiàn)的次數(shù)為C，而噪聲回波脈沖由于具有隨機性，所以出現(xiàn)的時刻分布非常零散，在對應(yīng)的各個區(qū)間累加的結(jié)果遠小于C，根據(jù)這一方法去噪后提取出故障點的回波脈沖；

根據(jù)故障點回波脈沖計算故障位置的方法：設(shè)現(xiàn)場可編程門陣列的高速計數(shù)器每次計數(shù)的時間間隔為t，回波脈沖的雙向延時delay與脈沖檢測模塊的計數(shù)器的計數(shù)值Interval的關(guān)系按下式確定：

delay＝t·Interval

則故障點的位置L與回波脈沖的雙向延時delay的關(guān)系如下式所示：