一种基于智能光纤配线系统进行光缆监测的装置和系统的制作方法

本发明的实施方式涉及光纤技术领域，特别涉及一种光纤监测系统。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

随着现代通信技术的发展，光缆被大量应用于通信信号传输。伴随着大规模部署的光缆网络而来的是网络维护难度的提升。及时发现光缆纤芯中的故障和隐患，准确定位故障点的地理位置，极大可能的减少维修时间，是高效维护光缆正常工作的关键所在。

现有技术中对光缆检测存在四种常见方式：

备纤轮询监测方式：备纤接入不会影响业务线路，但会占用一芯备纤，适合光纤资源较充足的场景。

备纤告警驱动监测方式：同样，备纤接入不会影响业务线路，但会占用一芯备纤，适合光纤资源较充足的场景。远端lsu光源持续发光，局端opd光功率检测板卡实时监控远端lsu光源的光信号，当光信号强度低于opd告警门限时，上报告警，系统自动启动对相应光纤线路的检测。

在线轮询监测方式：不需要使用空闲光纤资源，在原有的业务光纤上可以进行监测，可直接放映在用纤芯的状态。轮询测试光纤线路。

在线告警驱动监测方式：业务信号和监控信号使用通一根光纤，不占用用户光线资源。局端opd光功率监测板卡实时监控远端业务设备的光信号，当光信号强度低于opd告警门限时，上报告警，系统自动启动对相应光纤线路进行监测。轮询测试光纤线路，定期监控光纤性能。

现有检测方式和系统的缺点在于：目前的对光缆的监测往往是发现问题再处理问题，无法做到光缆性能变化实时、准确的预测和故障及时的排除，同时在光缆的数据提取、存储和处理分析上当前光纤配线网的各项数据采用的存储保存方式是人工记录及手工录入，导致数据提取维度有限、数据的实时性和真实性无法保障、数据涵盖范围小且难以进行有效的分析，无法为光纤配线网的规划、建设、使用和维护以及周边合作方提供切之有效的决策辅助信息，这些都难以满足日益增长的光缆使用需求，急需行之有效的方法对光缆进行监测及大数据分析。

技术实现要素：

为此，本申请提供一种基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置和系统，能够实时、准确地上报光缆测试数据，及时进行光缆性能分析并呈现分析报告，提高光缆运维的准确度和效率。

本申请提供的基于智能光纤配线系统进行光缆监测的装置，包括：光设备接口单元、光缆接口单元、数据采集与控制单元、光耦合单元、光路选择单元、光缆检测单元、数据处理与显示单元；其中，所述光设备接口单元，用于装置与外界设备或外界光缆连接；所述光缆接口单元，用于装置与外界光缆连接；与数据采集和控制单元用于控制所述光耦合单元、光路选择单元和光缆检测单元；所述光耦合单元，用于进行检测信号波长耦合方式的切换；所述光路选择单元，用于控制光缆检测信号进入选定光纤；所述光缆检测单元，用于对选定光缆进行检测，并将检测数据反馈数据采集和控制单元；所述数据处理和显示单元，用于对所述数据采集与控制单元获得的检测数据进行统计分析，并显示分析结果。

优选的，该装置包括盲区规避单元，用于根据数据采集和控制单元的控制规避所述光缆检测单元在检测时产生的检测盲区。

优选的，该装置包括地理信息单元，通过集成的电子地图和地标，进行光纤数据定位。

优选的，所述盲区规避单元为可调或固定型衰减器，或者光纤。

优选的，该装置包括通信单元，用于通过通信接口连接网管服务器、笔记本电脑、平板电脑及手机。

优选的，在所述装置初始化完毕后，所述数据采集和控制单元，控制所述光缆检测单元发出非业务波长，并控制所述光路选择单元对所有光缆内的光纤进行定时轮询检测。

优选的，在所述装置检测到光纤故障后，所述数据采集和控制单元，控制所述光缆检测单元将检测光信号切换成业务波长进行检测，并控制所述光耦合单元进行对应波长切换。

优选的，所述光耦合单元由n个三端口光路可调入射检测波长耦合器阵列组成，n为光缆纤芯数，三个端口分别连接所述光设备接口单元、光缆接口单元和所述光路选择单元。

优选的，所述光耦合单元进行检测波长耦合切换的方式包括光栅控制波长选择、变更滤光片控制波长选择及滤镜形态控制波长选择。

优选的，用于检测的业务波长范围为1300nm-1320nm和1535nm-1565nm，用于检测的非业务波长范围为1480nm～1520nm和1615nm-1633nm。

优选的，所述光路选择单元为一个1分n的光开关。

优选的，所述数据处理和显示单元对所述数据采集与控制单元获得的检测数据进行统计分析并显示分析结果包括，以时间、气候、温度、湿度、地理位置、维修方式、厂家及生产批次等参数为维度，分析光线参数的变化，显示光缆参数的变化曲线及光纤配线网络的现状和未来的分析。

优选的，所述通信单元将检测到的故障和/或分析结果发送给网管服务器和/或笔记本电脑、平板电脑及手机。

本申请还提供一种基于智能光纤配线架构进行光缆监测的系统，其特征在于：该系统包括两套如上所述的装置或其优选装置，分别安装于待监测光缆的两端，对所述待监测光缆进行双向检测，分别获取检测数据并传送给其中一个数据处理和显示单元，所述数据处理和显示单元对获取的检测数据进行对比分析并显示分析报告。

本申请所提供的技术方案可以实时、真实的得到光缆监测数据，可以有效的进行数据分析，提高光缆运维的准确度和效率。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置一个实施例的结构示意图；

图2为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置另一个实施例的结构示意图；

图3为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置另一个实施例的结构示意图；

图4为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置另一个实施例的结构示意图；

图5为光耦合单元结构示意图；

图6为光路选择单元结构示意图；

图7为光缆监测处理流程示意图；

图8为各厂家光纤损耗时间变化图；

图9为光纤熔接点损耗随温度变化图；

图10为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的系统；

图11为双向监测光纤断裂示意图；

图12为双向监测提升精度示意图。

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本申请的具体实施方式。

图1为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置一个实施例的结构示意图。该装置包括：光设备接口单元101、光耦合单元102、光路选择单元103、光缆检测单元104、数据采集与控制单元105、数据处理与显示单元106和光缆接口单元107。各单元之间的连接关系是：局内光交设备通过光设备接口单元101连接本装置，光耦合单元102通过三端口分别连接光设备接口单元101、光路选择单元103和光缆接口单元107，光路选择单元103连接光缆检测单元104，数据采集与控制单元105分别连接光耦合单元102、光路选择单元103、光缆检测单元104和数据处理与显示单元106，光缆接口单元107连接待测光缆。

图2为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置另一个实施例的结构示意图。该装置包括：光设备接口单元201、光耦合单元202、光路选择单元203、光缆检测单元204、数据采集与控制单元205、数据处理与显示单元206，地理信息单元207和光缆接口单元208。各单元之间的连接关系是：局内光交设备通过光设备接口单元201连接本装置，光耦合单元202通过三端口分别连接光设备接口单元201、光路选择单元203和光缆接口单元208，光路选择单元203连接光缆检测单元204，数据采集与控制单元205分别连接光耦合单元202、光路选择单元203、光缆检测单元204和数据处理与显示单元206，地理信息单元207连接数据处理与显示单元206，光缆接口单元208连接待测光缆。

图3为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置另一个实施例的结构示意图。该装置包括：光设备接口单元301、光耦合单元302、光路选择单元303、盲区规避单元304、光缆检测单元305、数据采集与控制单元306、数据处理与显示单元307、地理信息单元308和光缆接口单元309。各单元之间的连接关系是：局内光交设备通过光设备接口单元301连接本装置，光耦合单元302通过三端口分别连接光设备接口单元301、光路选择单元303与光缆接口单元309，光路选择单元303连接盲区规避单元304，光缆检测单元305连接光路选择单元303和盲区规避单元304，数据采集与控制单元306分别连接光耦合单元302、光路选择单元303、盲区规避单元304、光缆检测单元305和数据处理与显示单元307，地理信息单元308连接数据处理与显示单元307，光缆接口单元309连接待测光缆。

图4为基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置另一个实施例的结构示意图。该装置包括：光设备接口单元401、光耦合单元402、光路选择单元403、盲区规避单元404、光缆检测单元405、数据采集与控制单元406、数据处理与显示单元407、地理信息单元408、光缆接口单元409和通信单元410。各单元之间的连接关系是：局内光交设备通过光设备接口单元401连接本装置，光耦合单元402通过三端口分别连接光设备接口单元401、光路选择单元403与光缆接口单元409，光路选择单元403连接盲区规避单元404，光缆检测单元405连接光路选择单元403和盲区规避单元404，数据采集与控制单元406分别连接光耦合单元402、光路选择单元403、盲区规避单元404、光缆检测单元405和数据处理与显示单元407，数据处理与显示单元407连接地理信息单元408和通信单元410，光缆接口单元409连接待测光缆。

图5为本申请的光耦合单元，内部由n(n为光缆纤芯数)个三端口光路可调入射检测波长耦合器阵列形成，三个端口分别为连接光设备接口端元、光路选择单元及光缆接口单元。在基于智能光纤配线架构进行光缆监测的装置启动后，先由光缆检测单元控制光路选择单元进行非业务波长光缆检测。在发现某一光缆出现故障后，根据需要在该故障光缆中将光检测单元的检测波长切换成业务波长进行检测，确保检测结果更加精准。光耦合单元进行检测波长耦合方式切换的方式有：光栅控制波长选择，变更滤光片控制波长选择，及滤镜形态控制波长选择等。其中用于业务波长检测的具体波长范围为1300nm～1320nm/1535nm～1565nm)非业务波长范围为1480nm～1520nm/1615nm～1633nm。

图6为本申请的光路选择单元，由一个1分n(n为光缆纤芯数)的光开关构成。此处的光开关包括但不限于机械光开关或mems光开关等多种型态。由数据采集与控制单元进行控制光缆检测信号进入哪一路光纤。并可以设定对所有光缆中的光纤进行逐路扫描检测。

图4中的通信单元通过有线和/或无线通信接口，连接网管服务器(或通过机房交换机连接网管服务器)和/或终端装置，该终端装置包括但不限于笔记本电脑、平板电脑和手机。终端装置和/或网管服务器通过通信

图1-4中的光缆检测单元由数据采集与控制单元进行控制，发出不影响现有光缆中的通信业务的光信号波长为1480nm～1520nm/1615nm～1633nm进行光缆检测，在检测到光缆故障后，如需进一步保证检测精确，则由数据采集与控制单元控制光路选择单元保持在故障光缆通道，并重新进行探测，此时将探测波长修改为与业务)一致的波长，波长范围：1300nm～1320nm/1535nm～1565nm，并将检测结果回馈给数据采集与控制单元。正常工作时，例如光纤内的业务波长为1310nm或者1550nm，为保证业务不受检测光影响，将检测光的波长定位1625nm，进行实时的光纤质量检测；故障发生时(如：光纤断裂)，用1625nm的检测波长，根据下列公式计算故障点位置：，其中c为光速，t为1625nm检测波长从激光器发送到故障点，再反向散射到检测单元所需要的时间，n为检测波长在光纤中的折射率。由于不同的波长有不同的折射率，因此l与折射率(或波长)成强相关。折射率偏差0.001，每公里的距离会造成0.7m的偏差。因此故障定位时，若使用与业务波长相同的检测波长。故障发生后，将检测波长更换为和业务一样的波长(比如1310nm)，检测波长和业务波长一样时，能测得与实际情况相符的距离l。

图3-4中的盲区规避单元，可以在光缆检测单元在接收到端面菲涅耳反射光到饱和状态后，避免还需等待一段时间，光缆检测单元才能从饱和状态恢复到正常状态，重新检测到瑞利散射光信号，进行光纤损耗的检测。由于存在一段时间光缆检测单元不能准确检测到瑞利散射光，从而形成盲区。通常每一个接头都有对接端面引起反射，都会带来盲区。盲区规避单元用于规避光缆检测单元在测量光缆时产生的检测盲区，此单元为可调或者固定。可使用衰减器或者光纤，或者其他方法来实现。通过数据采集与控制单元来控制盲区控制单元。

图1-4中的数据采集与控制单元负责控制光耦合单元、盲区控制单元、光路选择单元及光缆检测单元的工作。在系统初始化完毕后，首先控制光缆检测单元发出非业务波长，波长范围1480nm～1520nm/1615nm～1633nm，并控制光路选择单元对所有光缆内的光纤进行定时轮询检测。当检测到光纤故障后，控制光缆检测单元将检测光信号切换成业务波长进行检测，业务检测波长为1300nm～1320nm/1535nm～1565nm，并同时控制光耦合单元进行对应波长切换，在取得反馈值后，将检测回馈数据发送给数据采集与控制单元，如有需要，数据采集与控制单元还可将检测回馈数据发送给通信单元，向外界设备发送，例如网管服务器、笔记本电脑、平板电脑及手机等。另外，数据采集与控制单元还可以根据需求进行指定光缆检测，及检测参数设置。

图1-4中的数据处理与显示单元：收集装置及待测光缆开局配置参数，实时收集装置对光缆的测试数据，具备区域数据分析功能和网络管理功能。对本区域的光缆参数进行分期、多次、多维度的监测数据统计，并进行汇总分析，给出光缆质量分析报告，在检测到光缆出现故障时进行报警。在装置中配备有地理信息单元时，调用地理信息单元，在地理信息单元中定位光缆各数据反馈的位置及故障位置。在装置中配备有通信单元时，可以将光缆的质量分析报告，故障距离参数，或者结合地理位置信息的光缆质量分析报告及故障位置信息发送给网管服务器，和/或光缆维护人员的终端设备，笔记本电脑、平板电脑及手机等。光缆维护人员在接收到工单后，笔记本电脑及平板电脑的应用程序、手机中的app会启动导航信息,引导光缆维护人员到故障点和/或劣化点。

图7为本申请一个实施例的光缆监测处理流程。装置上电/连纤初始化准备：准备光缆长度、类型、光缆布放图，实际工勘数据(损耗)，光缆厂家指标等信息，录入数据处理和显示单元，生成图纸文件并显示；将入局光缆连接到光缆接口单元，光设备接口单元连接局端光通信设备。装置上电/连纤后初始化检测：在光纤尚未承载业务时，若为初始化上电，则光路选择单元按照端口顺序逐个选择端口然后进行监测；如果为增加光纤，则光路选择单元仅选择新增加光缆的端口进行监测；光缆检测单元发射检测波长的光，通过光路选择单元和光耦合单元，进入到待检光纤中，并根据菲涅尔散射和瑞利反射原理，对待监测光纤进行检测；检测的基准为：光缆布放图，实际工勘数据，光缆厂家指标等；将检测值与检测基准相比较，如检测结果不匹配，则数据处理和显示单元会直接触发告警；如检测结果未出现不匹配，将获得的检测数据存储在数据处理和显示单元中，供后续数据分析。定期轮询检测：人工或缺省设置轮询检测的时间间隔、检测脉宽等参数；启动光缆检测装置开始进行检测；由光缆检测单元发出不影响现有通信业务的检测光信号，波长为1300nm～1320nm或1480nm～1520nm或1535nm～1565nm或1615nm～1633nm，进行实时在线检测；光缆检测单元能发出三种不同波段检测光，以避免和业务波长重复而影响光纤中承载的业务；数据采集和控制单元控制光缆检测单元对光路选择单元进行轮询控制，确保在一条光路检测完毕后切换到另外一条光路，如此循环直至所有光路检测完毕，然后开始新一轮检测，如此往复；检测过程中，由于检测波长和业务波长为不同波段，因此不会互相干扰，也不需要备用光纤通道。基于检测数据进行报警或进行区域光纤数据分析：数据处理和显示单元将实测光缆数据和检测基准进行对比，检测基准包括，光缆布放图，实际工勘数据，光缆厂家指标及历史平均值；若在检测过程中出现光缆故障(大损耗点或断缆故障)，会直接触发告警，光缆维护工作人员到达故障点进行现场故障解决；若在检测过程中无光缆故障，则进行区域数据分析，包括：1.根据光纤参数的变化，光纤劣化的发生地点和发生频率，确定光纤网络建设、维护、优化方式；2.根据光纤故障的解决方式和解决结果，对故障原因进行深入分析，深入挖掘光缆潜在问题，持续改进和优化光纤配线网络结构；3.根据时间、气候、温度、湿度等参数的变化，分析光纤参数的变化，提供对光缆质量的预测分析，提供光纤网络的建设、维修依据。以时间为例，根据如下方法预测：如图8所示，以时间(月)为横轴，1km光缆衰耗为纵轴，测量一年的变化曲线，并反向模拟(回归)出光缆衰耗变化函数(指数或者多元n次方函数)；输入光缆衰耗容限阈值，例如0.5db/km(正常光缆衰耗为0.22db/km)；根据回归函数和容限阈值，预测不同厂家的光缆可用周期并提前输出性能劣化告警。以厂家3为例，光纤损耗系数一年下降0.1db/km，如果变化是线性的，则3年后此厂家的光纤损耗系数将会达到0.5db/km，持续跟踪厂家3光纤变化，并在衰减系数抵达预警值0.5db/km时，提供告警。以温度为例，对法兰盘衰耗进行评估。当光缆遭到破坏，工程人员现场进行光纤熔接后，光纤恢复使用。但是光纤熔接点(法兰盘)的熔接质量直接影响光缆质量和光纤寿命。当光纤熔纤质量不佳时，熔接点会受温度的影响产生热胀冷缩，从而导致熔接点的损耗产生波动。图9显示了一个熔接点在温度降低时损耗剧烈增加的情况，以温度为横轴，以单个法兰盘的衰耗为纵轴，测量固定周期(一年)，设定法兰盘衰耗容限阈值，例如1db/km(正常法兰盘衰耗0.2～0.5db/km)，对光缆中所有的法兰盘(一个区数以万计)进行衰耗及衰耗回归曲线分析，预测法兰盘可用周期并提前输出性能劣化告警。根据对熔接点损耗的分析，可以判断熔接点熔接质量不达标，并上报告警，重新焊接故障点或更换。否则当光纤承载的业务出现故障时，熔接点是重要排查对象。数据处理和显示单元显示分析报告：从时间、气候、温度、湿度、地理位置、维修方式、厂家及生产批次等多个维度，提供光缆参数的变化曲线，提供光纤配线网络的现状和未来的分析；对故障原因进行深入分析，深入挖掘光缆潜在问题，持续改进和优化光纤配线网络结构；为光纤网络的建设、维修提供优化意见。

在本申请光缆监测处理流程的另一个优化实施例中，在执行装置上电/连纤初始化准备过程中，使用地理信息系统(gis)对光缆室外附属设备进行gis签到定位,并建立信息对应表,存储于地理信息单元中,在装置开通时进行调用。在执行装置上电/连纤后初始化检测过程中，以及后续的定期轮询检测过程中，使用地理信息单元定位故障点及劣化点，进行精准定位。

在本申请光缆监测处理流程的另一个优化实施例中，在执行装置上电/连纤后初始化检测过程中，以及后续的定期轮询检测过程中，使用盲区规避单元进行检测盲区规避。光纤检测是依靠菲涅尔反射来检测光纤端面，依靠瑞利散射检测光纤损耗。由于菲涅尔反射会产生高强度的反射光，反射光的强度比瑞利散射产生的反响散射光强度高出4000倍以上，因此光缆检测单元在接收到反射光后会达到饱和状态，反射光过后的一段时间内，光缆检测单元才能从饱和状态恢复到正常状态，才能重新检测到散射光信号。这段时间光缆检测单元不能准确检测到瑞利散射光，从而形成盲区。通常光缆中每一个接头都存在对接端面引起反射，带来检测盲区。此盲区规避单元为可调或者固定，可使用衰减器，衰减范围为0.1db～2db，或者光纤，g.652光纤或g.655光纤，长度为10m～200m，来实现。将盲区规避单元的衰减值和光纤长度输入到系统中，在检测曲线中覆盖住连接端口产生的盲区，即可提升测量准确度。

在本申请光缆监测处理流程的另一个优化实施例中，数据处理和显示单元所得出的光缆分析报告，通过通信单元定期发送至网管服务器，供后续数据分析使用；或者，数据处理和显示单元所得出的光缆分析报告或光缆故障报警信息，通过通信单元发送至光缆维护人员终端设备，包括笔记本电脑、平板电脑及手机等，光缆维护工作人员可以根据故障报警信息或分析报告中的维护信息，通过笔记本电脑、平板电脑中的应用程序或手机app中导航信息的引导，到达故障点进行现场故障解决。

图10为本申请基于智能光纤配线架构进行光缆监测系统的一个实施例的结构示意图。该系统包括两套如上所述的装置或其优选实施例的装置，分别安装于待监测光缆的两端，对所述待监测光缆进行双向检测，分别获取检测数据并通过人工或无线通信传送给其中一个数据处理和显示单元，所述数据处理和显示单元对获取的检测数据进行对比分析并显示分析报告。光纤的故障主要有光纤断裂和光纤劣化，光纤劣化时，检测光能通过并继续检测；光纤断裂时检测光截止无法继续检测后续光纤。因此，单向测量只能检测到一个光纤断裂点，以及光纤断裂点之前的光纤劣化点；由于单向进行光缆检测存在弊端：每个连接端面菲涅尔反射会造成盲区，多次菲涅尔反射会造成鬼影，因此只能测量单次断纤故障，且测量结果无参考校验对象。如启动双向光缆监测设备同时检测，可客服盲区是连接点的端面反射而导致后续一段距离无法检测的情形，从不同方向进行检测，盲区就不同，因此双向测量能有效减少盲区范围，减少检测结果的误差；通过修改双向检测的参数，包括脉冲宽度、测量波长、盲区规避单元的长度等，可进一步让双向检测曲线重合，得到最优故障点范围；双向检测能提供两个断点和多个衰减点的测量，比传统的单向检测效率大大提升。

如图11所示，ad是一根光纤的源点和宿点，当b点和c点同时断裂时，单向检测只能检测一个断裂点，而双向检测能同时检测两个断裂点。

如图12所示，ad是一根光纤的源点和宿点，b点和c点是两个光纤接头(法兰盘)。单向检测时，b点的连接端面产生反射，从而能确定光纤接头的位置，但是由于反射光较强，b点的连接点之后会产生一段盲区，见图12中的盲区1，这段区域的光纤状态不可测，同理，c点之后也会产生盲区。进行东向检测时，在b点会产生盲区1，进行西向检测时，在b点会产生盲区3，盲区1和盲区3基本不重合。双向检测后，在b点只有盲区1和盲区3的重叠部分才是最终的盲区，同理，在c点只有盲区2和盲区4重叠部分是最终的盲区。由于检测方向不同，盲区1和盲区3、盲区2和盲区4的重叠区域极少，所以双向检测大大的减少了盲区，提升了检测精度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。