本发明属于光纤类检测
技术领域：
，涉及光缆检测方法及系统，尤其涉及一种光缆检测精确定位和盲区消去系统及方法。
背景技术：
：近年来，光纤、光缆的使用逐渐普及开来，在光缆检测方面的技术也随之不断改进。现有普通OTDR采用单次发光连续采集的方式，采集到的光能量和光源调制的脉冲宽度有关，脉宽越大，单脉冲能量越大，可检测的光缆越长，但是会造成测试的精度下降。同时OTDR测量技术存在“盲区”，盲区又称死区，是指受菲涅耳反射的影响，在一定的距离范围内OTDR曲线无法反映光纤线路状态的部分。此现象的出现主要是由于光纤链路上菲涅耳反射强信号使得光电探测器饱和，从而需要一定的恢复时间。盲区可发生在OTDR面板前的活结头链路中其他有菲涅耳反射的地方。Belllcore定义了两种盲区：衰减盲区(ADZ)和事件盲区(EDZ)。盲区的大小与脉冲宽度、反射系数以及损耗等因素有关。同时在OTDR测试过程中会存在鬼影，鬼影即是在OTDR曲线上的尖峰有时并不是有真正的连接器或断点引起的菲涅耳反射，而是由于离入射端较近且强的反射引起的回音，这种尖峰称为鬼影。盲区和鬼影对于判断光缆的状态有很大的干扰。但是，现有技术中，对于光缆检测中的精确定位，依然存在诸多的问题。在例如申请号为CN200710118429.0的专利申请中，利用多个光开关和AWG组合，以提供多个OTDR波长可供选择，从而根据不同波长的反射检测，实现对复杂光缆系统的定位检测。又如在申请号为CN201310224966.9的专利申请中，通过时域上的反射传输时间差，实现在时域上对不同支路进行标记，实现对支路故障的定位。但是，上述现有技术中至少存在如下的问题：无法实现在单一支路中故障点的精确定位，其定位误差过大，仍需现场故障点的长距离排查，人工成本高，定位不精确；在反射图像中，由于没有有效避免众多反射面造成的鬼影，在定位上无法确定有效反射峰，噪音影响大。因此本发明为了消除上面两组效应对光缆测量的影响及现有技术中存在的问题，提出了一种更精准的检测方法及其相应的检测系统。技术实现要素：为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种光缆检测精确定位和盲区消去方法及系统。本发明的目的是：提供一种光缆检测精确定位及盲区消去方法，它既能实现现有OTDR的功能，又能实现局部精准的检测以解决现有OTDR存在的误差、盲区以及鬼影的问题，以克服现有技术的不足。具体而言，本发明提供了以下技术方案：一种光缆检测精确定位及盲区消去系统，其特征在于，所述系统包括：至少一个高功率稳定性光源，至少两个光开关：第一光开关、第二光开关，耦合器，光电探测器，光缆，中央控制器；所述高功率稳定性光源与第一光开关相连；由光源发出的、经第一光开关调制的光进入耦合器中，再经过耦合器连接到光缆中；所述光电探测器与第二光开关相连，并通过第二光开关连接到耦合器中；所述耦合器与光缆相连；所述中央控制器与所述第一光开关、第二光开关相连。优选地，所述高功率稳定性光源包含宽带光源、分束器和探测器；所述分束器分别与宽带光源、探测器相连，并与第一光开关相连；所述探测器将探测信号反馈给宽带光源。优选地，常规状态下，所述第二光开关处于常开状态，此时可按照OTDR模式做粗略模式测试，以检测光缆衰耗、末端、中断点的位置区间；当进行精细测量时，所述中央控制器对所述第一光开关、第二光开关进行同步控制，使得所述第一光开关、第二光开关的脉宽相同。优选的，该系统利用带功率检测的激光二极管作为所述光源，所述激光二极管分出一部分光作为检测光，直接从其某个引脚可以读出此检测光的数值，然后进行功率检测反馈控制。此外，本发明还提供了一种光缆检测精确定位及盲区消去方法，该方法适用于光缆检测系统，所述系统包括至少一个高功率稳定性光源，至少两个光开关：第一光开关、第二光开关，耦合器，光电探测器，中央控制器，其特征在于：将所述高功率稳定性光源与第一光开关相连，通过调整第一光开关来实现对光源的调制；当进行常规监测时，所述第二光开关处于常开状态，中央控制器通过对第一光开关的控制实现所述高功率稳定性光源的脉冲输出；当进行精细测量时，中央控制器对第一光开关和第二光开关同步控制，使得两者脉宽相同；同时调整第一光开关和第二光开关的延时，实现步进采集。优选地，调整第一光开关和第二光开关的延时，使得检测搜集到的光信号强度曲线中，将形成鬼影的时间段空缺出来。优选地，控制两个光开关的延时，避免光缆前端和后端强的菲涅尔反射光进入系统造成探测器饱和而形成盲区，同时可以通过控制两个光开关的延时来改变探测光缆的分辨率。优选地，通过延时及步进采集，逐点检测光缆的衰耗和中断位置，实现对光缆衰耗和中断位置的精细检测。优选地，所述精细检测中的延时周期Δt确定方法如式(1)所示：Δt=2Ln(λs,T)C0---(1)]]>其中，每隔一个延时周期Δt测试一次，相当于在光缆中分布了n个测试点，Zi＝iL为第i个测试点的位置。L为测试点之间的距离，此距离可以根据实际系统的测试要求进行调整，例如1cm,10cm等。n(λs,T)为光缆的折射率，其中λs为测试波长，此测试波长是和光缆中信号波长正交的，例如光缆中信号波长为1550nm时测试波长可以选择1590nm；T为光缆的温度，和环境温度有关。C0为光在真空中传播的速率，为3×108m/s。优选地，通过控制延时进行变分辨率的测量，从而获得整体检测图像，并对感兴趣区域进行精细测量。本发明的上述技术方案的有益效果如下：1、有效解决了在光缆检测中鬼影的形成以及盲区对检测结果造成的干扰，可以获得精确的故障位置，大大降低误差的量级；2、不增加大量额外的检测设施，有效控制检测成本。附图说明图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的系统测得的鬼影示意图。其中，附图1中的标记为：1-宽带光源、2-分束器、3-探测器、4-光开关1(第一光开关)、5-耦合器、6-光缆、7-光开关2(第二光开关)、8-光电探测器、9-中央控制器。附图2中的标记为：21-强反射点1(第一强反射点)、22-强反射点2(第二强反射点)、23-鬼影。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的
发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。以下通过各个具体的实施例，对本发明的可供优选的实施方式进行详细阐述。以下在各具体实施例中所涉及到的各具体参数数值，仅作为例举而用，以方便对本发明实施方式的解释说明，并不作为本发明保护范围的限定。需要声明的是，在本说明书、附图或权利要求书中记载的第一光开关即为上述光开关1，第二光开关即为上述光开关2，它们均对应同一功能部件或功能装置。实施例1在一具体的实施方式中，如图1所示，该系统包括至少一个宽带光源(1)，分束器(2)，探测器(3)，第一光开关/光开关1(4)，耦合器(5)，光缆(6)，第二光开关/光开关2(7)，光电探测器(8)，中央控制器(9)。考虑到传输的信号波长为1550nm，为了避免影响信号传输，因此该宽带光源(1)采用的光源的中心波长可设置为例如1590nm，输出功率在20mW左右，以避免对传输的信号造成干扰。分束器(2)用来分出一部分光源的光用以监控光源是否稳定，并将监控信号实时传输给中央控制器，分光比可以设置为90:10，中心波长可以设置为1590nm；探测器(3)为探测分光器分出的光，响应中心波长为1590nm，由于探测的是直流光源，因此响应带宽仅为3MHz；第一光开关/光开关1(4)是将直流光源调制成脉冲输出的光源，初始脉宽可以设置为例如300ns；耦合器(5)的作用是将光源的光耦合进入光缆，其中心波长为1590nm；光缆(6)为工作介质，通信号光1550nm以及测试光1590nm，长度假设为10km；第二光开关/光开关2(7)是用来控制进入光电探测器的光脉冲的，参数取得和第一光开关/光开关1(4)一样；光电探测器(8)是用来接收反射脉冲的，可采用例如SIpin管，前面加了滤波器，中心波长为1590nm；中央控制器可采用以Stm32为核心的Arm板，能够接收来自FBG解调仪的信号，同时发出控制信号控制两个光开关的延时以及脉宽，通过灵活控制延时以及脉宽达到消除盲区和鬼影以及调整分辨率的目的。实施例2基于本发明所提供的光缆检测精确定位和盲区消去系统，下面就其消除盲区和实现精确定位进行举例说明。在进行系统定位检测时，在入射光的光功率谱密度为P(λ)，光脉冲宽度为ΔTd的情况下，该光功率是波长λ的函数。a(λ)为正向传播单位长度的损耗系数，则光脉冲到达待测z处的光能量E(z,λ)为：E(z,λ)=P(λ)ΔTdexp[-∫0za(x,λ)dx]---(2)]]>若光信号在z处反射或者散射，Er(z,λ)如下所示：Er(z,λ)=r(z,λ)E(z,λ)exp[-∫0zd(x,λ)dx]=r(z,λ)P(λ)ΔTdexp[-∫0za(x,λ)dx]exp[-∫0zd(x,λ)dx]---(3)]]>其中P(λ)为入射光的光功率谱密度，这个可以根据系统的要求进行调整，例如从光源设计或者滤波器设计进行调整；a(λ)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λ)是反射系数，d(x,λ)是背向散射光单位长度衰减系数，这三个参量都是和波长有关的参量，其取值范围可以参阅现有技术文献进行合理选取。根据(2)式可见，光电探测器接收到的能量信号主要受几方面因素影响：1.受测试点位置Z影响，测试点所在位置距离光源越近，接收到的能量越强；2.受E(λg)的影响，也就是受光源光能量谱的影响；3.受ΔTd的影响，也就是受光源发光脉宽的影响，发射脉宽越大，则接收到的能量越大，这也就是测量长光缆时要使用大脉宽的原因，但是这样会导致测量的空间分辨率受到影响；3.受a(x,λg)以及d(x,λg)的影响，在常用的情况下。这个主要是受到瑞利散射的影响，而瑞利散射是和波长相关的，其散射光强是和入射波长的四次方成反比的；4.受r(z,λg)的影响。这个是位置z处的反射系数，在光缆中的一些故障点以及光缆中一些连接处的端面处的菲涅尔反射造成的强反射点，这个系数很大，而由光纤缺陷等原因造成的散射相对较小。因此在进行检测方法及系统设计的时候需要考虑到上面提到的因素。另外，由于光探测器与人眼的特性类似，强光照射消失以后，仍有一段时间不能正常观察目标，处于“闪光盲”阶段，这一特性也即是光学武器干扰探测器的依据。例如普通烟火型闪光弹的强闪光平均时间为80ms，若假如使用的是Pbs探测器，则会使得Pbs探测器的饱和深度达到400，则Pbs探测器在大约1024ms≈7.2s的时间内将处于饱和失效状态，不能准确的探测到真实的目标信号。这种效应对于OTDR的影响还是很大的，当OTDR接收到的能量大于其饱和阈值Esat，也即是：E(z,λ)=r(z,λ)P(λ)ΔTdexp[-∫0za(x,λ)dx]exp[-∫0zd(x,λ)dx]>=Esat---(4)]]>r(z,λ)>=EsatP(λ)ΔTdexp[-∫0za(x,λ)dx]exp[-∫0zd(x,λ)dx]---(5)]]>(4)式和(5)式中关于r(z,λ)，P(λ)，ΔTd，a(x,λ)以及d(x,λ)的定义和(2)式和(3)式相同。当反射点的反射系统满足式(4)时，光电探测器将会饱和。从式(4)可以看出在其他条件不变的情况下，z越小，则满足式(4)就越容易，也就是离光源位置越近的地方越容易饱和，因此常常在刚入射到光缆的反射面的菲涅尔反射最容易导致光电探测器饱和，产生盲区。同时由于光缆中存在不仅仅是一个强反射点，有可能存在多个反射点，这样光在多个反射点之间进行反射时，会产生鬼影。如图2所示，为采用传统方法实际测得的鬼影示意图，1和2是光缆中的两个强反射点，由于在1和2之间反射的光重新回到探测器当中去，因此在OTDR接收端就会在第3的位置出现一个伪的反射点，这就是鬼影，1和3的位置关于2对称。由于在通常的应用当中，OTDR接收到的脉冲位置是连续的，也即是在式(3)当中的反射位置Z是一个连续的量，因此任何的干扰，例如前面提到的入射反射导致的盲区以及鬼影都会被光电探测器接收到，这样对降低系统的干扰不利；同时在通常的应用当中脉冲宽度ΔTd是一个固定的量，而系统的空间分辨率也是一个固定的量，这样很难权衡系统空间分辨率以及探测范围的矛盾，从而限制了系统的应用范围。因此，依据上述判定，本发明所提出的光缆检测精确定位和盲区消去的具体技术方案中，相应的系统设置为，包括至少一个高功率稳定性光源、第一光开关/光开关1、第二光开关/光开关2、耦合器、光电探测器、光缆、中央控制器。所述高功率稳定性光源是为了减小在测试反射能量时的误差而设计的一种光源，该光源只要满足功率高且具有稳定性即可，可由多种方案构成，例如利用带功率检测的激光二极管作为光源，此类激光二极管可以分出一部分光作为检测光，因此直接从其某个引脚可以读出此检测光的数值，然后进行功率检测反馈控制。光源与第一光开关/光开关1相连，第一光开关/光开关1将光源的光调制成所需要的特性，通过调整相应的参数来实现，例如脉宽，重复频率以及波形等参数，此时，光开关就通过自身的开与关将光源的光调制成为了例如具有特定频率或者脉冲宽度等特性的光线，以适用于后续的检测过程。经过调制的光进入到耦合器中，然后通过耦合器连接到待测光缆中。在上述系统中，所述光电探测器与第二光开关/光开关2相连，并连接到耦合器中，耦合器连接到光缆中。在利用上述系统进行监测时，在常规情况下第二光开关/光开关2处于常开状态，光开关1实现光源的脉冲输出，光脉冲通过耦合器传入光缆中，光缆中背向反射和瑞利散射产生的光脉冲通过第二光开关/光开关2进入到光电探测器中，由光电转换器转换为电信号，并对光缆各点的反射能量进行采集和换算，以实现光缆的检测。当利用上述系统，需要对某段光缆进行精细测量时，中央控制器对第一光开关/光开关1和第二光开关/光开关2进行同步控制，使得两者的脉宽相同，也可以同时减小脉宽以获得更高的空间分辨率，具体调整量，可根据检测的精度要求来确定，脉宽越小精度越高；同时调整二者的延时，利用延时可计算产生反射或者散射的光缆位置，通过式(1)可以看出，测试点的延时Δt和采样间隔L是成正比例关系的，延时越小，则采样间隔越小，因此采样精度越高，因此可以通过对延时进行精密控制实现步进采集，提高采样精度；这一采集方式可以避免对光缆端面所在位置进行采样，从而解决了普通OTDR存在盲区和误差的问题。在解决鬼影问题时，由于测试的区域可通过控制两个光开关的延时进行控制，因此可以越过和两个强反射点对称位置处的光纤来消除鬼影，因为这里是鬼影最容易形成的地方；同时也可以减小两个光开关的脉宽以减小注入光功率的方法来消除鬼影。在解决盲区形成的问题中，可通过控制延时控制测试区域，在测试曲线中将形成盲区的区间略过，可避免采集强反射点从而可消除盲区。前述一种光缆检测精确定位及盲区消去方法中，可通过控制延时对光缆衰耗和中断位置进行精细检测，逐点检测光缆的衰耗和中断位置，提高光缆检测精度。上述系统中，测试点的延时Δt和采样间隔L是成正比例关系的，延时越小，则采样间隔越小，因此采样精度越高，反之亦然。因此还可通过控制延时实现变分辨率的测量，既可获得整体的图像，又可以在感兴趣的区域进行精细测量，例如在延时为T1和T2区间取延时的分辨率为10ns,则空间的分辨率为2m左右，在T1和T2区间取延时的分辨率为50ns,则空间的分辨率在10m。通过此方式从而可以扩大系统的应用范围。在上述设置的基础上，假如每隔一个延迟周期Δt测试一次，那么相当于在光缆中分布了n个测试点，测试点之间的距离为L，则第i个测试点的位置为：Zi＝iL。则在FBG解调仪处接收到的测试点反射光能量的时间间隔是：Δt=2Ln(λs,T)C0---(5)]]>其中L为测试点之间的距离，此距离可以根据实际系统的测试要求进行调整，例如1cm,10cm等。n(λs,T)为光缆的折射率，其中λs为测试波长，此测试波长是和光缆中信号波长正交的，例如光缆中信号波长为1550nm时测试波长可以选择1590nm；T为光缆的温度，和环境温度有关。C0为光在真空中传播的速率，为3×108m/s。这样通过控制Δt就测试了在位置L处的光反射，由于采用了光开关的方案，其他位置的光就没法进入系统，从而避免了系统的干扰。实施例3在又一具体的实施例中，还可以在光缆中设置一个或多个光纤光栅，从而检测光缆的状态。该光纤光栅设置在光缆中，或者通过额外设备，将光纤光栅与光缆相连，只要能够使得在光缆中检测到该光纤光栅即可所述中央控制器控制第一光开关/光开关1、第二光开关/光开关2打开的时间延时Δt，对光源的脉宽进行控制；针对所述脉宽，按照一固定的时间周期T进行扫描，在每个时间周期T中，所述FBG解调仪接收一次光能量；并且形成光能量沿着光纤的分布图；依据所述分布图，判断光缆的状态。在一具体的实施方式中，如图2所示，是为检测的光能量沿着光纤长度的分布示意图，图中横轴是沿着光纤长度方向的分布，纵轴是在响应检测点的光能量，从图2可看出，此图像和OTDR的检测图像类似，但是在本发明中是一组离散的点。在一具体的实施方式中，利用第一光开关/光开关1和第二光开关/光开关2对光源的脉宽进行控制，同时通过中央控制器对二者打开的时间延时Δt进行精确控制。在一具体的实施方式中，将Δt按照一个固定的时间周期T进行扫描，每增加一个时间周期，FBG解调仪接收光能量一次，由于这个固定的延时和光纤长度有对应关系，因此可获取光能量沿着光纤的分布图，此图像可作为判断光缆状态的依据。在一具体的实施方式中，当延时Δt的光能量出现陡降，其该延时Δt对应的光缆位置即判断为光缆的末端。本领域技术人员应当明了，此处所说的末端，并不仅仅指整条光缆物理上所说的末端，该末端可以指整条完整光缆的实际末端，或者光缆由于弯折、中断、故障等引起的光信号不能有效传输而形成的末端，或者由于其他原因造成的光缆不能正常工作或传输信号而形成的端点。在一具体的实施方式中，如果该光缆末端长度小于该光缆原有末端长度，既判断为该末端为光缆的中断位置。在一具体的实施方式中，当测得延时Δt的光能量值Et小于该光缆以前标定过的光能量值EC，既延时Δt对应的光缆位置在本次测试中出现衰耗。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3