一种光纤断点位置检测方法、装置及系统与流程

本发明涉及光纤通信领域，特别是涉及一种光纤断点位置检测方法、装置及系统。

背景技术：

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，传输原理是光的全反射。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。

在光纤的使用过程中，随着设备的老化，或光纤损坏、光缆保护层损坏、安装光缆的管道损坏等原因，对使光纤发生断纤的情况。由于光纤的长度过长、安装环境复杂，对光纤断点位置的确定是一个难题。

一般情况下，是通过向光纤末端通入测试光信号，光纤中的每一个点都会产生瑞利散射，根据断点位置的散射信号不用于其他位置散射信号的特征，可以确定光纤断点位置。在这种方法中，由于测试中受噪声的影响，光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程。同时，由于背向散射光信号极其微弱，要确知该点的散射信号，一般采用多次统计求平均值的方法来提高信噪比，以减少接收器固有的随机噪声的影响，而且，对于过长的光纤，求采用多次统计求平均值的方法会消耗大量的时间。因此，这种方法测试精度低，测试时间长。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种光纤断点位置检测方法、装置及系统，能够提高光纤断点检测的精度和效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光纤断点位置检测方法，该方法包括：当获取到光纤电信号时，对光纤电信号进行采样，以获取若干个信号值以及对应的采样时间；其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的；确定小于第一阈值的一信号值对应的第一采样时间；以及在所述第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在所述第二采样时间之前的一第三采样时间对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，根据所述第二采样时间计算光纤断点处与所述光纤末端之间的距离，以确定所述光纤断点的位置。

其中，所述根据所述第二采样时间计算光纤断点处与所述光纤末端之间的距离，具体包括：根据公式L＝(c*T/n)/2计算所述光纤断点处与所述光纤末端之间的距离；其中，c为光在真空中的速度，T为所述第二采样时间，n为所述光纤的折射率。

其中，对光纤电信号进行采样的采样周期为10ns。

其中，光纤电信号为数字电信号；其中，数字电信号是由模拟电信号转化得到的，模拟电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。

其中，在所述第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在所述第二采样时间之前的的第三采样时间对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，根据所述第二采样时间计算光纤断点处与所述光纤末端之间的距离，具体包括：在所述第一采样时间之前相邻的所述第二采样时间对应的信号值与在所述第二采样时间之前的多个采样时间对应的信号值的平均值的差的绝对值大于第二阈值时，根据所述第二采样时间计算光纤断点处与所述光纤末端之间的距离。

其中，所述确定小于第一阈值的所述信号值对应的第一采样时间，具体包括：确定小于第一阈值的多个信号值，并以所述多个信号值对应的多个采样时间中采样时间最小的时间值为第一采样时间。

为解决上述技术问题，本发明采用另的一个技术方案是：提供一种光纤断点位置检测装置，其特征在于，包括：采样模块，用于在获取到光纤电信号时，对光纤电信号进行采样，以获取若干个信号值以及对应的采样时间；其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的；确定模块，用于确定小于第一阈值的一信号值对应的第一采样时间；以及用于在所述第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在所述第二采样时间之前的一第三采样时间对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，根据所述第二采样时间计算光纤断点处与所述光纤末端之间的距离，以确定所述光纤断点的位置。

其中，所述确定模块具体用于根据公式L＝(c*T/n)/2计算光纤断点处与光纤末端之间的距离；其中，c为光在真空中的速度，T为所述第二采样时间，n为所述光纤的折射率。

其中，光纤电信号为数字电信号；其中，数字电信号是由模拟电信号转化得到的，模拟电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。

为解决上述技术问题，本发明采用另的一个技术方案是：一种光纤断点位置检测系统，其特征在于，包括：信号收发装置，用于从光纤末端输入第一光信号并获取所述第一光信号在所述光纤中反射得到的第二光信号；光电转换装置，用于将第二光信号转化为模拟电信号；数模转换装置，用于将模拟电信号转化为数字电信号；光纤断点位置检测装置；其中，所述光纤断点位置检测装置是如上的光纤断点位置检测装置。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明能够通过第一采样时间、第二采样时间以及第三采样时间三个信号值的判断，快速对光纤中的断点位置进行定位，同时采用多重判断的机制使得断点位置的定位精度得到了提高。

附图说明

图1是本发明光纤断点位置检测方法一实施方式的流程图；

图2是本发明光纤断点位置检测方法一实施方式中第二光信号的示意图；

图3是本发明光纤断点位置检测方法一实施方式的结构示意图；

图4是本发明光纤断点位置检测方法一实施方式中采样后的数字电信号的示意图；

图5是本发明光纤断点位置检测装置一实施方式的结构示意图；

图6是本发明光纤断点位置检测装置另一实施方式的结构示意图；

图7是本发明光纤断点位置检测系统一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明光纤断点位置检测方法一实施方式的流程图，该方法包括：

S11：当获取到光纤电信号时，对光纤电信号进行采样，以获取若干个信号值以及对应的采样时间；其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。

可选的，光纤反射的光信号是从光纤末端通入的第一光信号在光纤中各个位置经过瑞利散射形成的并反射的第二光信号。

可选的，光纤电信号为数字电信号；其中，数字电信号是由模拟电信号转化得到的，模拟电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。由于背向散射的光信号及其微弱，且其信噪比较小，在对光信号处理的过程中难度较大、精度较小，因此将光信号转化为模拟电信号便于信号的处理。这里可以通过一般的光电转换器进行转换，例如APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)等。

可选的，将模拟电信号转换为数字电信号可以采用模数转换器。

可选的，采样的频率可以根据检测的精度任意设置，以获取每个采样点的时间和该时间时数字电信号的信号值。可选的，对数字电信号进行采样的采样周期为10ns。可以理解的，在将模拟电信号转换为数字电信号的时候就可以同时将模拟电信号转换成间隔为10ns的离散的数字信号，也可以在转换成数字信号后，再对数字信号采样，以形成周期为10ns的数字电信号。

可选的，也可以对模拟电信号直接进行采样，而不转化为数字电信号，采样的周期也可以设置为10ns。

S12：确定小于第一阈值的一信号值对应的第一采样时间。

由于从光纤末端到光纤断点处之间都会产生瑞利散射，而断点处之后不会发生散射或散射的光信号较少，因此断点处之后的信号值应该为0或者极小，在实践中发现，断点处之后仍有反射的信号，且信号值较小。因此，可以根据信号值小于第一阈值来对光纤断点位置进行一个预判。

可选的，这里的第一阈值是一个很小信号值，其具体的数值是根据通入的光信号、光纤性能等多种因素决定的，这里不作限制。

可选的，若在开始接收反射的第二光信号的同时，就同步进行光电转换以及模数转换，则可以以检测到的第一个小于第一阈值的一信号值对应的采样时间为第一采样时间。

可选的，若在信号全部接收完后再进行光电转换以及模数转换，则确定小于第一阈值的多个信号值，并以多个信号值对应的多个采样时间中采样时间最小的时间值为第一采样时间。

S13：在第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在第二采样时间之前的一第三采样时间对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，根据第二采样时间计算光纤断点处与光纤末端之间的距离，以确定光纤断点的位置。

由于入射的第一光信号在光纤断点处的反射能量较大，因此对应的数字电信号中断点处的信号值也就很大，并且远远大于断点位置之前的其他位置。因此，采用这种判定方式，以确定光纤断点的位置。

参阅图2，本发明光纤断点位置检测方法一实施方式中第二光信号的示意图，其中，横坐标T表示接收的第二光信号的时间，纵坐标P表示光信号强度，即信号值的大小，这里从原理上对上述S11-S13进行阐述：

0-t3段：当第一光信号通入光纤后，光纤中的每个点都会对该第一光信号进行瑞利散射并背向散射，即大部分信号能量保持向前传递，小部分信号能量向反方向传递，由于信号传递的距离不断增加，信号强度不断减弱。

t3-t2段：在信号传递中，如果遇到断点，信号无法向前继续传递，只能向反方向反射，因此，信号强度会突然增大。

t2-t1段：理论上来说，断点后的部分不会有信号，但由于断点位置形成断点的原因的多样化，光纤断点往往不是直接断裂，而是纤芯、保护层部分损坏，因此，在t2后，往往还能够检测到微弱的信号。

根据上述原理，结合S12和S13，首先确定信号强度微弱的第一时间t1，排除光纤断点之后的距离；再判断t1之前的时间t2的信号强度与t2之前的时间点t3的信号强度存在一定的差距，则可以认定t2位置为光纤的断点位置。

具体地，参阅图3和图4，图3是本发明光纤断点位置检测方法一实施方式的结构示意图，图4是本发明光纤断点位置检测方法一实施方式中采样后的数字电信号的示意图，下面以一具体的例子说明：

如图3所示，光源(如脉冲激光器)从光纤末端通入第一光信号，第一光信号在光纤中的各个位置都会发生反射，从光纤末端接收反射得到的第二光信号；将第二光信号转化为电信号；对电信号进行采样，以获取若干个信号值及对应的采样时间；采样后的电信号如图4所示。

先确定小于第一阈值的一信号值对应的第一采样时间t1，当小于第一阈值的一信号值有多个时，以多个信号值对应的多个采样时间中采样时间最小的时间值为第一采样时间。

在第一采样时间t1之前相邻的第二采样时间t2对应的信号值与在第二采样时间t2之前的一第三采样时间t3对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，则可以确定第二采样时间t2对应的位置为光纤断点位置。

最后根据第二采样时间t2计算光纤断点处与光纤末端之间的距离，以确定光纤断点的位置。

其中，根据第二采样时间计算光纤断点处与光纤末端之间的距离，具体包括：根据公式L＝(c*T/n)/2计算光纤断点处与光纤末端之间的距离；其中，c为光在真空中的速度，T为第二采样时间t2，n为光纤的折射率。

值得注意的是，在计算光纤长度时还需要考虑光纤在光缆中的余长，具体可以参考以下公式：L1＝(L-S)/(1+P)，其中，L为以上算法测得的距离，S为光缆接头盒内的单侧盘留长度，一般取0.6-1.2m，P为该光缆的余长，因光缆结构不同而异。

可选的，S13还可以是：

在第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在第二采样时间之前的多个采样时间对应的信号值的平均值的差的绝对值大于第二阈值时，根据第二采样时间计算光纤断点处与光纤末端之间的距离。

通过这种方式，可以避免一些位置的信号异常导致的信号值过大或过小，从而判断失败的情况。

区别于现有技术，本实施方式能够通过第一采样时间、第二采样时间以及第三采样时间三个信号值的判断，快速对光纤中的断点位置进行定位，同时采用多重判断的机制使得断点位置的定位精度得到了提高。

参阅图5，本发明光纤断点位置检测装置一实施方式的结构示意图，该装置包括：

采样模块51，用于在获取到光纤电信号时，对光纤电信号进行采样，以获取若干个信号值以及对应的采样时间；其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。

确定模块52，用于确定小于第一阈值的一信号值对应的第一采样时间；以及用于在第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在第二采样时间之前的一第三采样时间对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，根据第二采样时间计算光纤断点处与光纤末端之间的距离，以确定光纤断点的位置。

可选的，光纤电信号为数字电信号；其中，数字电信号是由模拟电信号转化得到的，模拟电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。

可选的，确定模块52具体用于根据公式L＝(c*T/n)/2计算光纤断点处与光纤末端之间的距离；其中，c为光在真空中的速度，T为第二采样时间，n为光纤的折射率。

可选的，确定模块52具体用于在第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在第二采样时间之前的多个采样时间对应的信号值的平均值的差的绝对值大于第二阈值时，根据第二采样时间计算光纤断点处与光纤末端之间的距离。

可选的，确定模块52具体用于确定小于第一阈值的多个信号值，并以多个信号值对应的多个采样时间中采样时间最小的时间值为第一采样时间。

参阅图6，本发明光纤断点位置检测装置另一实施方式的结构示意图，该装置60包括处理器61、存储器62、输入装置63以及输出装置64。其中，处理器61、存储器62、输入装置63以及输出装置64均可以是一个或多个，图6中仅以一个为例，它们可以通过总线连接。

存储器62用于存储系统程序、运算程序或一些必要数据等。

输入装置63用于获取光纤电信号。其中，光纤电信号是由光纤反射的光信号转换得到的。

处理器61用于对光纤电信号进行采样，以获取若干个信号值及对应的采样时间。

处理器61用于确定小于第一阈值的一信号值对应的第一采样时间；以及用于在第一采样时间之前相邻的第二采样时间对应的信号值与在第二采样时间之前的一第三采样时间对应的信号值的差的绝对值大于第二阈值时，根据第二采样时间计算光纤断点处与光纤末端之间的距离，以确定光纤断点的位置。

在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述其他实施方式中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

参阅图7，本发明光纤断点位置检测系统一实施方式的结构示意图，该系统包括：

信号收发装置71，用于从光纤末端输入第一光信号并获取第一光信号在光纤中反射得到的第二光信号。

光电转换装置72，用于将第二光信号转化为模拟电信号。

数模转换装置73，用于将模拟电信号转化为数字电信号。

光纤断点位置检测装置74；其中，光纤断点位置检测装置74是如以上各个实施方式中的光纤断点位置检测装置，其实施方式类似，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。