一种基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法及系统与流程

本发明涉及输电线路和城市输电沟道内的电力通信光缆领域，并且更具体地，涉及一种基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法及系统。

背景技术：

电力通信光缆在大力发展的同时，外力破坏现象较突出。目前普遍存在光缆及光纤的运行缺陷不能及时被发现，基本上只有在光纤中断时，通过光时域反射仪(otdr)事后测试寻找断点位置，只有少量光缆进行光纤应力测试，还不能对光纤及光缆运行的健康状况实施在线测试分析，突发事件较多，达不到状态检修要求。

外力对光缆的影响因素主要包括自然环境、人为因素和意外因素。外力破坏对电力通信网的安全、可靠、健康运行造成安全隐患。长期以来，主要依赖故障发生后进行故障处理或者质量判断，目前的技术手段无法对光纤的运行质量状态进行全面检测，不能对寿命进行预估，无法为光缆的维护和更换提供科学依据，使得现有通信网络系统存在一定的安全隐患。因此，需要一种能够确定光缆运行状态的方法。

技术实现要素：

本发明提出一种基于偏振模色散(polarizationmodedispersion，pmd)确定光缆运行状态的方法及系统，以解决如何确定光缆受到的外力类型的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法，所述方法包括：

对待测光缆进行偏振模色散pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值；

将所述待测光缆的实时pmd值，与预设的pmd值和匹配度量化关系表中的pmd值范围进行比对，确定所述实时pmd值对应的pmd值范围，并根据确定的pmd值范围确定所述待测光缆的匹配度量化指标；

根据所述待测光缆的实时pmd值和所述待测光缆的匹配度量化指标，基于预设的受力类型时谱图进行受力类型的匹配，确定所述待测光缆受到的外力的受力类型。

优选地，其中所述对待测光缆进行pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值，包括：

按照预设的采样次数对所述待测光缆进行pmd值检测，以获取多个pmd值，并对获取的多个pmd值进行均值计算，以获取所述待测光缆的实时pmd值。

优选地，其中在所述预设的pmd值和匹配度量化关系表中，pmd值范围与匹配度量化指标一一对应，并且随着pmd值范围的增长，与pmd值范围对应的匹配度量化指标呈现单调增长趋势。

优选地，其中所述方法还包括：

对多组光缆施加不同的受力类型的外力，以获取多组光缆在不同的受力类型下的偏振模色散pmd值，并对获取的不同受力类型下的pmd值进行统计分析，以确定受力类型时谱图。

优选地，其中确定的所述待测光缆受到的外力的受力类型为：扭转、弯曲或压扁。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于偏振模色散确定光缆运行状态的系统，所述系统包括：

实时pmd值获取单元，用于对待测光缆进行偏振模色散pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值；

匹配度量化指标确定单元，用于将所述待测光缆的实时pmd值，与预设的pmd值和匹配度量化关系表中的pmd值范围进行比对，确定所述实时pmd值对应的pmd值范围，并根据确定的pmd值范围确定所述待测光缆的匹配度量化指标；

受力类型确定单元，用于根据所述待测光缆的实时pmd值和所述待测光缆的匹配度量化指标，基于预设的受力类型时谱图进行受力类型的匹配，确定所述待测光缆受到的外力的受力类型。

优选地，其中所述实时pmd值确定单元，对待测光缆进行pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值，包括：

按照预设的采样次数对所述待测光缆进行pmd值检测，以获取多个pmd值，并对获取的多个pmd值进行均值计算，以获取所述待测光缆的实时pmd值。

优选地，其中在所述预设的pmd值和匹配度量化关系表中，pmd值范围与匹配度量化指标一一对应，并且随着pmd值范围的增长，与pmd值范围对应的匹配度量化指标呈现单调增长趋势。

优选地，其中所述系统还包括：

受力类型时谱图确定单元，用于对多组光缆施加不同的受力类型的外力，以获取多组光缆在不同的受力类型下的偏振模色散pmd值，并对获取的不同受力类型下的pmd值进行统计分析，以确定受力类型时谱图。

优选地，其中确定的所述待测光缆受到的外力的受力类型为：扭转、弯曲或压扁。

本发明提供了一种基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法及系统，包括：对待测光缆进行偏振模色散pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值；将所述待测光缆的实时pmd值，与预设的pmd值和匹配度量化关系表进行比对，确定所述待测光缆的匹配度量化指标；根据所述待测光缆的实时pmd值和所述待测光缆的匹配度量化指标，基于预设的受力类型时谱图进行受力类型的匹配，确定所述待测光缆受到的外力的受力类型。本发明的方法通过大量实验对不同工况下的pmd值数据进行收集分析，将光纤的pmd值和匹配度通过智能解算对应量化，形成数据库，综合分析光缆光纤在施工运行中的多数外部力量的类型，归纳总结形成具有实用性的受力类型时谱图，并提出pmd值与匹配度量化关系表，在确定待测电缆的实时pmd值后，能够根据所述受力类型时谱图和pmd值与匹配度量化关系表方便且快速的确定待测光缆缆收到的外力的受力类型，从而确定待测光缆的运行状态。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的受力类型时谱图；以及

图3为根据本发明实施方式的基于偏振模色散确定光缆运行状态的系统300的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法，通过大量实验对不同工况下的pmd值数据进行收集分析，将光纤的pmd值和匹配度通过智能解算对应量化，形成数据库，综合分析光缆光纤在施工运行中的多数外部力量的类型，归纳总结形成具有实用性的受力类型时谱图，并提出pmd值与匹配度量化关系表，在确定待测电缆的实时pmd值后，能够根据所述受力类型时谱图和pmd值与匹配度量化关系表方便且快速的确定待测光缆缆收到的外力的受力类型，从而确定待测光缆的运行状态。本发明实施方式确定的基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法100从步骤101处开始，在步骤101对待测光缆进行偏振模色散pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值。

优选地，其中所述对待测光缆进行pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值，包括：

按照预设的采样次数对所述待测光缆进行pmd值检测，以获取多个pmd值，并对获取的多个pmd值进行均值计算，以获取所述待测光缆的实时pmd值。

电力通信光缆受到外力破坏的方式和原因也不尽相同。自然环境对光缆寿命的影响因素主要包括雷击、覆冰、电腐蚀、微风振动、舞动等，主要针对opgw、adss和普通架空光缆。人为因素主要包括光缆施工、市政建设的施工、运行维护不规范、人为破坏、车辆碰撞(拉伸)等，其他因素主要包括动物破坏、误操作、偷盗等。

但是经过仔细分析和判断，所有类型的外力事件，施加在光缆上主要表现为：弯曲、压扁、扭转三类。拉伸主要产生光缆的缩径和蠕变同样产生缩径，及外力冲击产生拉伸的受力等归为压扁，这几种外力都是使得光缆的外径缩小，透过外层将力施加到内部的光纤上。而震动和舞动等外力均归纳表现为弯曲，包括长期和短时间的外力施加，也包括雷击等瞬间的温度上升，还包括覆冰等外部质量增大。扭转主要表现在施工过程中，包括光缆过滑轮和地下沟道施工。这样就可以将原本五花八门的外力因素类型归纳为三种：弯曲、压扁、扭转。

光纤是各向异性的晶体，一束光入射到光纤中被分解为两束折射光。这种现象就是光的双折射，如果光纤为理想的情况，是指其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内无应力存在，光纤本身无弯曲现象，这时双折射的两束光在光纤轴向传输的折射率是不变的，跟各向同性晶体完全一样，这时pmd值＝0。但实际应用中的光纤并非理想情况，由于各种原因使两个偏振模不能完全简并，进而产生偏振不稳定状态。

造成单模光纤中光的偏振态不稳定的原因，而不同的外力将会造成不同的偏振态变化，当然更多影响因素来自光纤内部(光纤厂家用旋棒法拉丝，改变光纤芯层椭圆度和不对称横向应力)。光的强度、偏振态(矢量a)频率和相位等参量随测量状态的变化而变化。但是，在外部施加的力导致光缆弯曲并进一步影响到光纤时，pmd值则表现的具有一定的延时(pmd值本身的单位是ps,pmd值系数则为ps/km^1/2)，且这个延时在不同的外力大小下，表现的数据为函数相关，是单调趋势。

pmd值的测量技术已经成熟，结合已经有的研究成果显示，成品光缆由于施工和外力产生的弯曲、扭转等外部因素对光纤pmd值有一定影响，但是这种影响相对光纤本身pmd值值比较小。在进行大量数据采集后的分析中，发现其中的规律和pmd值相关。所具有的随机性可以在不同的斜率内产生有意义的表述。尤其是在时域上(pmd值主要为时间值)呈现的趋势经过算法的优化，可以作为判断的依据。

偏振摸色散的pmd值系数基本特性：光纤中的pmd值色散值的概率密度分布符合maxwell分布，分布函数为：

其中，pmd值系数瞬时随波长、时间、温度、状态的变化而变化。作为一个对环境敏感的统计量，pmd值测试要尽量保持外部环境的稳定。对长度大于1公里的光纤，考虑到模式耦合的影响，其pmd值值与长度的平方根成正比。

由实验数据得出：对于同一根光缆的光纤，结构一定，则内部结构引起的双折射和模式耦合也基本固定。测试时，光缆的状态不变，由外部引起的变化点对稳定。pmd值系数的温度敏感在实际光缆中稳定不变。但是pmd值随时间有一定的波动性。因此，在本发明的实施方式中，为保证测量的统计特性，测试每隔1小时测试一次，多次测量求平均值。其中，光缆可以为opgw、adss、oppc、普通架空光缆、管道光缆、直埋光缆和站内光缆等。

在步骤102，将所述待测光缆的实时pmd值，与预设的pmd值和匹配度量化关系表中的pmd值范围进行比对，确定所述实时pmd值对应的pmd值范围，并根据确定的pmd值范围确定所述待测光缆的匹配度量化指标。

优选地，其中在所述预设的pmd值和匹配度量化关系表中，pmd值范围与匹配度量化指标一一对应，并且随着pmd值范围的增长，与pmd值范围对应的匹配度量化指标呈现单调增长趋势。

在本发明的实施方式中，将所有的受力情况归结为三种受力模式，包括：压扁、弯曲和扭转。将pmd值测试数据与这三种模式耦合，集合pmd值系数的匹配函数，实现了扭转＜弯曲＜压扁的单调性，随着pmd值的增长，与pmd值对应的匹配度量化指标呈现单调增长趋势。pmd值和匹配度量化指标的对应关系表如表1所示。在确定实时pmd值后，即可通过表1确定该实时pmd值对应的匹配度量化指标。

表1pmd值与匹配度量化关系表

在步骤103，根据所述待测光缆的实时pmd值和所述待测光缆的匹配度量化指标，基于预设的受力类型时谱图进行受力类型的匹配，确定所述待测光缆受到的外力的受力类型。

优选地，其中所述方法还包括：

对多组光缆施加不同的受力类型的外力，以获取多组光缆在不同的受力类型下的偏振模色散pmd值，并对获取的不同受力类型下的pmd值进行统计分析，以确定受力类型时谱图。

优选地，其中确定的所述待测光缆受到的外力的受力类型为：扭转、弯曲或压扁。

在本发明的实施方式中，通过实现数据，进一步提出pmd值数值在0.050-0.201阶段主要外部受力为扭转受力，在0.210-0.498阶段为弯曲受力，在0.501-0.997阶段为压扁受力，形成了至少三种光缆光纤的匹配谱图。由于已经将所有类型受力都归纳为这三种模式，在实际工程应用中，出现以上数值，则直接在匹配图表及时谱图上进行匹配，从而直接进行判断，以为通信光缆工程的施工和运维建立安全保障方法。其中，扭转在实际的表现为施工过程中的过滑轮，以及光缆运行中的舞动覆冰；弯曲表现为运行中的微风振动以及风偏、雷击等现象；压扁主要表现为拉伸和蠕变及外力冲击、包括拉伸和应力应变。本发明实施方式的受力类型时谱图如图2所示。在确定了待测光缆的实时pmd值和匹配度后，即可与所述受力类型时谱图进行匹配，以确定受力类型。

在本发明的实施方式中，对光缆进行测试，其中，光缆型号为opgw-24b1+12ull-240{267.5；243.4}。现场工况为：在60米长度的档距上对光缆进行振动试验，光缆的拉力达到60％rts，光纤的振幅达到标准要求值，次数达到10⁸次。在经过大约7千万次的震动后，光缆的弯曲应变已经使得光纤的动态应力会使光纤产生疲劳裂纹。先通过pmd值实时监测数据(采样平均大于3次)，显示pmd值数值(0.259)后，可以在第一时间将pmd值与匹配度关系表进行复核确定匹配度，再在受力类型时谱图上的区域进行查找位置，判断出现的外力类型。

图3为根据本发明实施方式的基于偏振模色散确定光缆运行状态的系统300的结构示意图。如图3所示，本发明实施方式提供的基于偏振模色散确定光缆运行状态的系统300，包括：实时pmd值获取单元301、匹配度量化指标确定单元302和受力类型确定单元303。

优选地，所述实时pmd值获取单元301，用于对待测光缆进行偏振模色散pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值。

优选地，其中所述实时pmd值确定单元301，对待测光缆进行pmd值检测，以获取所述待测光缆的实时pmd值，包括：

按照预设的采样次数对所述待测光缆进行pmd值检测，以获取多个pmd值，并对获取的多个pmd值进行均值计算，以获取所述待测光缆的实时pmd值。

优选地，所述匹配度量化指标确定单元302，用于将所述待测光缆的实时pmd值，与预设的pmd值和匹配度量化关系表中的pmd值范围进行比对，确定所述实时pmd值对应的pmd值范围，并根据确定的pmd值范围确定所述待测光缆的匹配度量化指标。

优选地，其中在所述预设的pmd值和匹配度量化关系表中，pmd值范围与匹配度量化指标一一对应，并且随着pmd值范围的增长，与pmd值范围对应的匹配度量化指标呈现单调增长趋势。

优选地，所述受力类型确定单元303，用于根据所述待测光缆的实时pmd值和所述待测光缆的匹配度量化指标，基于预设的受力类型时谱图进行受力类型的匹配，确定所述待测光缆受到的外力的受力类型。

优选地，其中所述系统还包括：

受力类型时谱图确定单元，用于对多组光缆施加不同的受力类型的外力，以获取多组光缆在不同的受力类型下的偏振模色散pmd值，并对获取的不同受力类型下的pmd值进行统计分析，以确定受力类型时谱图。

优选地，其中确定的所述待测光缆受到的外力的受力类型为：扭转、弯曲或压扁。

本发明的实施例的基于偏振模色散确定光缆运行状态的系统300与本发明的另一个实施例的基于偏振模色散确定光缆运行状态的方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。