本发明涉及一种光缆智能识别装置及方法，尤其涉及一种不使用现有的iodn设备及其辅助设备的光缆识别系统，属于光纤类检测技术领域。
背景技术：
现有技术中，光纤识别主要是利用第三方介质——电子标签对光纤进行标识，现有国内市场主要以华为iodn为主，已拥有多项国内外标准，其方法主要在光纤配线盘内嵌入电子标签读写器，在光纤跳线上套上电子标签环，以实现光缆的识别，该技术存在一种必须使用第三方介质的严重缺陷，必须将光纤跳线两端电子标签进行配对且必须不得脱落，这就严重影响该技术的使用。
基于现有技术中存在的上述问题，需要一种从光缆本质上进行光缆识别的方法。本发明就在这种技术背景下对现有的技术进行了改进。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种光缆智能识别的方法，在不影响信号传播的前提下，以光缆自身作为识别介质，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。
首先，本发明提供了一种光缆智能识别系统，其特征在于，所述系统包括高功率稳定性光源、锁相解调模块、耦合器、光缆、光缆识别器；
所述锁相解调模块用于对光纤位置进行测定，包含中央控制器、fbg解调仪、光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)；
所述中央控制器接收fbg解调仪的反馈信号，所述中央控制器分别与光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)相连；
所述高功率稳定性光源与光开关1(第一光开关)相连，光开关1(第二光开关)用于对高功率稳定性光源的出射光进行调制；
所述光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)分别与耦合器相连；
所述光缆识别器是由光缆纤芯中植入单个或者多个光纤光栅组成。此处，光缆识别器为一优选的实施方式，本领域技术人员应当明了，能够植入光纤光栅的任一结构的光缆纤芯，均能够作为一光缆识别器，并且，该光缆识别器可以是额外在光缆中加入的器件，例如在一段光纤的接口处等，也可以是在光缆生产之初，就刻写在光缆中的一个或多个光纤光栅构成，即，该光缆识别器可以是生产之初就与光缆是一体的，也可以是额外器件连接至光缆中形成的，此处不以上述结构为限，能够使得光纤光栅嵌入或接入光缆纤芯中，以形成反射光的任何现有技术，均能够适用于此，并均应当视为落入本发明的保护范围之内。
优选地，所述系统中用于检测的测试光与光缆中用于通信的光信号正交，这样，就不会对正常的光通信造成影响。
优选地，所述高功率稳定性光源包含至少一个宽带光源、分束器和探测器，所述宽带光源与分束器连接，所述分束器分别与光开关1(第一光开关)、探测器连接；
以及所述探测器将探测结果反馈给宽带光源。此处的宽带光源可以设置多个，根据具体系统的复杂程度以及对光源的特点或波长要求等来设置，例如仅需要一个或多个特定波长的光的情况等，此外，也可以设置多个该高功率稳定性光源，可根据整个光缆识别系统的需要来设置，此处并不以此为限。另外，该高功率稳定性光源也可以采用其他替代方式实现，只要该光源满足功率高且具有稳定性即可，可由多种方案构成，例如采用带功率检测的激光二极管作为上述光源，所述激光二极管分出一部分光作为检测光，从激光二极管某个引脚读出此检测光的数值，然后进行功率检测反馈控制。
优选地，所述锁相解调模块中，中央控制器通过调节所述光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)的延时，进行输出光波长强度锁定。
优选地，所述锁相解调模块通过fbg解调仪解调来自光纤光栅的反射光，并获得所述反射光的参数，所述参数至少包括光纤光栅的波长、光纤光栅的空间位置、反射能量。
更为优选地，根据对光缆中检测到的所述光纤光栅的参数，即可以识别出具体检测到的是哪一光纤光栅，从而可以获知其所隶属的光缆，以及光缆对应的详细信息。至于在数据库中如何将识别信息与光缆信息进行对应存储，以便于搜索查找，则是本领域技术人员可以结合数据处理领域中的常规的方法来实现的，例如，按照参数、光纤光栅、光缆名称或者光缆编号进行一一对应存储，也可以是两个或多个光纤光栅的参数对应一个光缆名称或者光缆编号，即以多个光纤光栅形成的一个编码，对应一个光缆或者光纤段等，此处并不以此为本发明保护范围的限定。
此外，本发明还提供了一种光缆智能识别方法，应用于光缆识别系统中，所述系统包括高功率稳定性光源、锁相解调模块；所述锁相解调模块包含中央控制器、fbg解调仪、光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)、待测光缆，以及设置在所述光缆中的至少一个光纤光栅；所述中央控制器分别与光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)相连；所述高功率稳定性光源与光开关1(第一光开关)相连；其特征在于：
所述中央控制器控制光开关1(第一光开关)的延时，用以调节与光开关1相连的高功率稳定性光源出射光的参数，所述参数至少包括脉宽、重复频率、波形中的一种；
所述中央控制器调节光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)的延时，进行波长强度锁定，通过强度锁定时两个光开关的延时以确定光纤光栅位置。
优选地，所述fbg解调仪通过光开关2(第二光开光)接收来自所述光纤光栅的反射光，并对该反射光进行解调，将依据反射光得到的信号反馈到中央控制器中，实现中央控制器对光开关1(第一光开关)、光开关2(第二光开光)延时锁定的反馈控制。
优选地，所述fbg解调仪将反射光进行解调后的参数发送至中央控制器，中央控制器通过将所述参数与已标定的参数进行比对，识别对应的光纤光栅，并在数据库中搜索与该光纤光栅对应的光缆编号。需要指出的是，所述的识别出的光纤光栅，当多个光纤光栅构成一个编码，对应一个光缆或光纤段时，一个光纤光栅可能对应多个光缆编号，而该多个光纤光栅的不同组合方式，每个特定组合方式可以对应一个光缆编码，从而实现对光缆编号的识别，即，本发明中，识别光缆编号，可以是通过一个特定的光纤光栅完成，也可以是根据两个或更多的光纤光栅的组合编码完成识别，而具体的编码方式，可以是利用诸如多个光纤光栅的排列组合方式、空间编码方式，以及其他的本领域中可用的编码方式，此处并不以此作为本发明保护范围的限定解读，能够实现对光缆编号的唯一标定的光纤光栅对应编码方式均能够适用于此。
优选地，在数据库中预存已标定的光纤光栅参数，并将所述参数与光缆编号对应存储；
优选地，所述光纤光栅设置的位置应该尽量选取在光缆的中间，避免端面反射给解调带来影响，所述光纤光栅的间距应该大于温度以及中心波长的变化产生的解调误差的最大值。
优选的，波长强度锁定可以采取步进的方式，即依据设置的光纤光栅波长，设置一起始延时，按照一预设的步长，逐渐改变延时，以进行波长测试；或者，根据预设的光纤光栅的固有波长，从最小波长或最大波长开始，根据已存储的设置的光纤光栅的波长长度，逐个进行对应的延时控制，以实现波长测试。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、可以实现对单根光缆中的不同段光纤进行有效识别，并且识别精度高，可以自动识别对应的光缆信息，大大提高了识别精度；
2、识别容量大，可以兼顾对不同支路的识别，以及对各支路上不同段的光纤的识别；
3、无需增加额外的第三方识别设备，在有效提高识别精度的情况下，大大节省成本。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的系统结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的光缆识别器结构示意图。
其中：
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、5-耦合器、6-光缆、7-光缆识别器、8-光开关2、9-fbg解调仪、10-中央控制器。
图2中的标记为：
21-光缆、22-光纤光栅。
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，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，本发明提出的光缆智能识别系统及其对应的识别方法，可以如下例子方式实现：
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)，光缆识别器(7)，第二光开关/光开关2(8)，fbg解调仪(9)，中央解调器(10)。
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为1590nm，输出功率在20mw左右。分束器(2)是用来分出一部分光源的光用以监控光源是否稳定，分光比为90:10，中心波长为1590nm；探测器(3)为探测分光器分出的光，响应中心波长为1590nm，由于是探测的是直流，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，脉宽为20ns，脉冲频率为20khz；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,长度为20km；光缆识别器(7)是用来进行光缆识别的关键器件，在本发明中是由一组光纤光栅组构成，如图2所示，根据前面发明内容的理论的分析与讨论，在本设计中采用的光纤光栅采用了三个光纤光栅的方案，中心波长分别为1589nm，1590nm，1591nm，而经过计算，为了区别各光纤光栅的位置，采用的间隔为1cm；第二光开关/光开关2(8)是用来检测光纤光栅反射脉冲的，参数取得和第一光开关/光开关1(4)一样；fbg解调仪是用来解调光纤光栅波长的，经过计算和优化，本系统中采用的参数为：波长范围1585nm-1625nm，绝对波长精度40pm，功率动态范围30dbm，扫描频率2.5hz，波长分辨率1pm；中央控制器采用的是以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。
实施例2
本发明的主要原理是通过在光缆中植入光纤光栅组，通过对光纤光栅特征参数的识别从而构成光缆识别器。如图2所示，即为本发明一具体的实施方式中的一种光缆识别器结构，其中21为光缆，22为间距为l的多个光纤光栅，光纤光栅的波长可以设置为各不相同，也可设置为相同或部分相同，只要能实现编码的方式，均可以适用于本实施例中。具体而言，所述光缆识别器是由光缆纤芯中植入单个或者多个光纤光栅组成，此处光缆识别器为一优选的实施方式，本领域技术人员应当明了，能够植入光纤光栅的任一结构的光缆纤芯，均能够作为一光缆识别器，并且，该光缆识别器可以是额外在光缆中加入的器件，例如在一段光纤的接口处等，也可以是在光缆生产之初，就刻写在光缆中的一个或多个光纤光栅构成，即，该光缆识别器可以是生产之初就与光缆是一体的，也可以是额外器件连接至光缆中形成的，此处不以上述结构为限，能够使得光纤光栅嵌入或接入光缆纤芯中，以形成反射光的任何现有技术，均能够适用于此，并均应当视为落入本发明的保护范围之内。
本发明中所关注的光纤光栅参数主要有以下几个：光纤光栅的中心波长λ、在光缆中的位置z、光纤光栅的空间距离l、光纤光栅反射能量e。
若设各个变量的自由度为n(λ)、n(z)、n(l)以及n(e)，则系统整体的系统容量为ns：ns＝n(λ)×n(z)×n(l)×n(e)。从这里不难看出，提高每个维度的分辨率可以有效的提高系统的容量，但是每个维度的分辨率都不可能无限小，会受到很多因素的限制。
假如设入射光的光能量分布为e(λ)，这个功率是波长λ的函数。a(λ)为正向传播单位长度的损耗系数，则待测z处的光能量e(z,λ)为：
e(z,λ)＝e(λ)exp[-∫0za(x,λ)dx]---(1)]]>
设光信号在z处的光纤光栅处反射，则输入端接收到的光纤光栅的光能量为：
e(z,λg)＝r(z,λg)e(λg)exp[-∫0zd(x,λg)dx]＝r(z,λg)e(λg)exp[-∫0za(x,λg)dx]exp[-∫0zd(x,λg)dx]---(2)]]>
其中e(λ)为入射光的光能量谱密度，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(x,λg)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λg)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以及空间位置有关的参量，具体数值可以查阅现有技术中的相关文献。
根据(2)式，可以看出，fbg解调仪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越远，接收到的信号越小；
2.受e(λg)的影响，也就是受光源光能量谱的影响；
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.当假设e(λg)以及传输损耗不变的情况下，各个光纤光栅接收到的信号近似成指数关系。
假如每隔一个延时周期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---(3)]]>
n(λs,t)为波长为λs的光，在温度为t时的折射率，也就是受到波长和温度的影响。其中c0是是光在真空中的传播速度，为3×108m/s。
根据上面的式子可以计算出第i个测试点的反射功率为：
pi(zi,λg)＝r(zi,λg)p(λg)exp[-∫0zid(x,λg)dx]＝r(zi,λg)pi(λg)exp[-∫0zia(x,λg)dx]exp[-∫0zid(x,λg)dx]---(4)]]>
tci＝2lcin(λi,t)c0---(5)]]>
lci＝c0×tci2n(λi,t)＝c02×tcin(λi,t)---(6)]]>
(4)式，(5)式以及(6)式中关于r(z,λ)，p(λ)，c0，a(x,λ)以及d(x,λ)的定义和(1)，(2)式和(3)式相同。
式(5)是在测量第i个光纤光栅时的锁相时间差。根据(5)式可以推导出第i个光纤光栅的位置，如式(6)所示。这个是本发明解算的位置信息。从式(6)所示，计算出的光纤位置lci和几个因素有关系，一个是tci，也就是测试的时间，一个是光纤光栅的色散n(λi)。
那么根据式(6)可以得出第i个光纤光栅的位置的测试误差量为：
dlci＝c02×d(tcin(λi,t))＝c02×(dtcin(λi,t)-tcin(λi,t)2dn(λi,t))---(7)]]>
因此这里测试误差和两个因素有关，dtci以及dn(λi,t)，而dn(λi,t)又与λi以及温度t相关。这说明在测试的时候需要减小两个光开关的测量时间误差以减小dtci，同时需要提高fbg解调仪的精度。同时这里计算的误差量和系统在这个维度的容量也是相关的，为了能够区分出两个光纤光栅的位置，则两个光纤光栅取的空间间距δl应该远大于这里计算的误差量。也即是：
m>c02×(dtcin(λi,t)-tcin(λi,t)2dn(λi,t))---(8)]]>
同时从(7)式可以看出，当满足第(9)式的时候，dlci＝0
dtcin(λi,t)＝tcin(λi,t)2dn(λi,t)---(9)]]>
也即是由于色散的存在，不同位置处的光纤光栅测得的位置有可能是重合的，因此本发明在设计光纤光栅的间距的时候需要考虑到这个问题，同时光纤的折射率受到光纤光栅中的传播波长以及分布式温度的影响，而分布式温度极易受到环境影响，所以在选取光纤光栅间距的时候最好不要取得太小，否则极易受到环境影响。根据第(7)式的计算，可以估算出在系统选择的光纤光栅中心波长的范围内，例如从(λ1到λn)，温度从(t1到tn)的范围内两个波长的测试误差的一系列数据，找到这个数组的最大值dlci(max)，那么在取光缆光栅间距的时候就应该大于dlci(max)，也即是：
δl＝max(dl1,dl2,···dln)
dli＝c02×(dtcin(λi,ti)-tcin(λi,ti)2dn(λi,ti))---(10)]]>
式(10)中，dli为在第i组参数下计算出的测量误差值。
基于上述光纤光栅空间间距的要求分析，在以具体的实施方式中，光缆智能识别方法具体可通过以下方式实现，该方法可适用于一识别系统中，该系统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、fbg解调仪、光缆识别器以及锁相解调模块。
在一具体的实施方式中，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，可由多种方案构成。
高功率稳定性光源与第一光开关/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，例如脉宽，重复频率以及波形等参数，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。此处的宽带光源可以设置多个，根据具体系统的复杂程度以及对光源的特点或波长要求等来设置，例如仅需要一个或多个特定波长的光的情况等，此外，也可以设置多个该高功率稳定性光源，可根据整个光缆识别系统的需要来设置，此处并不以此为限。
在一具体的实施方式中，对于光栅位置的测定是通过锁相解调模块进行的，此模块中，第一光开关/光开关1是控制光源出射脉冲的器件，可以对光源进行脉冲调制，得到一组参数可调的光脉冲。第二光开关/光开关2是对反射以及散射的光进行选择接收的器件，经过第二光开关/光开关2选择接收后的光才能进入fbg解调仪进行解调。同时这两个光开关可以进行同步控制。由于在本系统中对光缆的识别需要判断光缆中光纤光栅的中心波长，所以需要对光纤光栅的中心波长进行识别。而对光纤光栅的中心波长的识别是通过接收到的不同波长的强度进行判断的，因此这即是光纤光栅中心波长的强度锁定，具体实现方法是对fbg解调仪解调出的反射光的波长的强度进行判断，由于光纤光栅在光缆中是一个强反射点，因此其反射光在光谱上就会是一个尖峰，因此可以设定某一个能量阈值pth，然后对解调出的光谱功率pi(zi,λg)和pth进行判断，当pi(zi,λg)大于pth时，那么此时的λg就是光纤光栅的中心波长，而此时的zi也即是光纤光栅的位置，而zi＝il，再结合式(5)，就可以通过确定两个光开关的延时tci得到光纤光栅的位置。
波长强度锁定可以采取步进的方式，即依据设置的光纤光栅波长，设置一起始延时，按照一预设的步长，逐渐改变延时，以进行波长测试，也可以根据预设的光纤光栅的固有波长，从最小波长或最大波长开始，根据已存储的设置的光纤光栅的波长长度，逐个进行对应的延时控制，以实现波长测试。
在一具体的实施方式中，锁相解调模块是有中央控制器，第一光开关/光开关1和第二光开关/光开关2以及fbg解调仪构成。具体的工作模式是将fbg解调仪的信号反馈到中央控制模块中，而中央控制器可以控制两个光开关的延时，通过中央控制器进行判断此延时所产生的fbg解调仪的信号是否是光纤光栅所反馈的信号。从而实现反馈控制，进行延时锁定。
在一具体的实施方式中，所述锁相解调模块包括第二光开关/光开关2，fbg解调仪以及中央控制器，fbg解调仪是解调出反射光的波长以及强度，第二光开关/光开光2是解调出接收到的光脉冲相对于入射光脉冲的延时，这三个参数被送至中央控制器，中央控制器将这几个参数和以前标定的参数进行比对，从而在数据库中找到光缆的编号。根据对光缆中检测到的所述光纤光栅的参数，即可以识别出具体检测到的是哪一光纤光栅，从而可以获知其所隶属的光纤，以及光纤对应的详细信息。至于在数据库中如何将识别信息与光缆信息进行对应存储，以便于搜索查找，则是本领域技术人员可以结合数据处理领域中的常规的方法来实现的，例如，按照参数、光纤光栅、光缆名称或者光缆编号进行一一对应存储，也可以是两个或多个光纤光栅的参数对应一个光缆名称或者光缆编号，即以多个光纤光栅形成的一个编码，对应一个光缆或者光纤段等，此处并不以此为本发明保护范围的限定。
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。