CN1046830C - 纤维光缆监测系统 - Google Patents

Abstract

监测光纤通信缆线状态的方法和系统。利用两个激光源并同时监测两种不同波长上光信号衰减，以确定、分析缆线结构的机械状态。对每一接头处都指定一特定检测器码，通过水分检测，传感器驱动光接头检测器，该传感器为一个水激励电池传感器。进入被监测接头件的水份浸湿缠绕带，激励传感器产生足够的电能推动检测器单元中定时、码发生器及调制电路。在设备终端监测被调制的光信号，并寻址被译码的报警检测器的位置。

Description

纤维光缆监测系统

本发明涉及通信电缆的监测，更具体地涉及光纤通信缆线的监测。

电话及其它一些通信电缆要经受环境和人为造成的损坏和磨耗。诸如大风、冰雪、雨水洪流、以及雷电等恶劣天气环境会损坏暴露的电缆。危害可能来自于附近的建筑物或破坏行为。雨水或地下水浸入受损之处电缆芯或接头件中是导致服务中断(断线)的一个主要原因。因此，人们作出了各种努力来保持电缆处于维修良好的状态，并防止水进入电缆结构之中。

经常地，损坏并不立即引起服务的丧失，但却导致电缆系统慢慢变坏，这种慢慢变坏常常导致电缆失效和服务中断。以后对其的修复则必须在很紧急的情况下进行。这一方面要开支很高的修复费用，一方面也造成收益上的损失。

从第一批主电缆设备开始到现在，已经在使用一些维护监测系统以提供电缆故障的早期警报。这使得人们可以排定维护的时间而避免丧失服务和昂贵的修复。最早的系统使用空气压力来防止水突破电缆或接头件，并通过测量进入电缆截面的气流速度来检测故障。

现代的电话电缆，包括纤维光缆，常常由隔水混合物填充，以防止水流进电缆芯之中。虽然对于水侵害提供了良好的阻力，但填充的组合物也阻止或严重地限制了空气的流动，因而使空气压力监测系统变得无用。为了克服这种限制，并为被填充的电话电缆提供维护监测，开发了一些全电子系统，如McNaughton等人的美国专利4,480,251号和Vokey等人的美国专利5,077,526号所描述的那些系统。

为某些应用情况下构造成的纤维光缆，包括如在高架电力传输固定导线或在发射塔上的悬挂式低相电导体(below phase conduc-tors)中的情况，纤维光缆都采用介电绝缘材料。因此，那些诸如McNaughton等人和Vokey等人专利所描述的需要金属电导体部件的传统电缆及接头监测方法就不再适用了。

OTDR技术已被用来监测光缆和接头，这种技术将光脉冲射入光纤，再测量反射的能量，以测定能量损失的增多。这些方法成本很高，且需要在接头件中检测光纤弯曲装置的特定湿度，以试图监测水的浸入，此外，接头弯曲装置的特性并不总是可以预料的，而且必须精确地知道至每一接头的确切光学距离。尽管在接头点处最好能采用有源检测装置，但存在的主要困难是对于所有介电电缆而言，没有实用的手段来向接头处提供电源以操作这些装置。

根据本发明的一个方面，这里提供一种水份感测信号发生器，它包括：

一个电控码信号发生装置，用以根据接收到的电能而产生故障信号；光调制装置，与所述的码信号产生装置相耦合，响应故障信号的产生，而产生一个编码的光学信号；以及传感器电解装置，与所述的码信号发生装置电气相连接，在干燥时所述的传感器装置不起作用，当接触到水时，它起作用，产生电能并将电能提供给所述的码信号发生装置。

所述的水份感测信号发生器用于发出水份穿透包容接头装置的接头件的信号，所述接头装置保持两个光纤缆线的端部光纤端头的对准；

所述的光调制器包括位移装置，用以有选择性地使一根缆线的光纤端头之一相对于另一根缆线的对应光纤端头位移；

所述的码信号发生装置与所述的位移装置相耦合，用以有选择性地起动所述的位移装置。

所述的水份检测传感器装置包括两种金属部件和在金属部件之间的水溶性致电离固体。

每个所述的金属部件包括一个拉长的带状物，装在多孔的电绝缘材料内。

所述的金属部件和致电离固体包括一个水份探测带。

所述的金属部件之一的材料是镁，另一个金属部件的材料是铜，所述的电离固体是硫酸铜。

所述的码信号发生装置包括用于产生电信号的装置。

所述码信号发生装置包括用于产生脉冲式电信号的装置。

根据本发明的另一个方面，这里提供一种光学对接的传感器单元，用于发出水份穿透的两条光纤缆线的对接合扰封装连接头的信号，所述的传感器单元包括：

对接装置，位于所述的对接合拢处，用于保持所述的缆线的各自光纤的端部对准；

位移装置，有选择性地将一条缆线的光纤端部之一相对于另一条缆线的相应光纤端部位移；

信号发生装置，耦连到所述的移动装置，用于有选择性地起动所述的移动装置；及

水份检测装置，响应所述的合拢部位有水份存在，起动所述的信号发生装置，所述的水份检测装置包括：一个水份检测传感器装置，响应所述的传感器装置接触到水，产生一个电压。

所述的水份检测装置包括：一个拉长的带状物，缠绕在所述的对接装置周围。

所述的水份检测装置包括：两个间隔开的金属部件，用于基本上延长所述的带状物的长度，电离固体，位于所述的两个金属部件之间。

所述的信号发生装置包括：用于产生编码的电信号的装置。

所述的位移装置包括：一个磁性部件，耦连到所述的一个光纤端部；一个电磁体，与所述的磁性部件相邻，与所述的信号产生装置电耦连。

下面结合附图将更加详细地描述本发明的这些方面。

附图中以举例的形式示出了本发明的实施例。其中：

图1为根据本发明的监测系统的原理图；

图2为光纤发射器的原理图；

图3为光检测器单元的原理图；

图4为一接头的剖面图；

图5为水分探测传感器装置的剖面图；

图6为表示光纤接头耦合损耗相对于光纤端头偏移的曲线图；

图7为光接收器的原理图；

图8为光检测器单元的一个替换实施例的示意图；

图9为表示光纤接头耦合损耗相对于光纤端头轴向分离的曲线图。

参见附图，特别是图1，示出了一个与纤维光缆12相关联的纤维光缆监测系统10。所示的光缆为一单模(sm)光缆，其长度高达100Km。所示的光缆包括一个沿其长度方向上的接头14部分。通常，一根完整的电缆会包含很多接头。该光缆包括很多根光纤16。

系统10包括在电缆一端的光发射器单元18和在另一端的光接收器20。最特别地如图2所示，光发射器为一个双波长激光发射器，它包括一个发射波长为1300nm的光的稳定激光源22和发射波长为1550nm的光的第二稳定激光源24。激光源22与一调制放大器26相连接。至该放大器的输入包括带有偏置输入30、调制输入28和负反馈32。该调制输入具有频率F1，用以在该频率下调制被发射的1300nm光信号。激光器24同样与具有调制输入34、偏置输入36和负反馈38的放大器33相关联。调制信号F2的频率不同于调制频率F1。这些激光器配合成一个波分离多路复用耦合器40。该耦合器将激光器的光输出组合起来并将光能等量地分离至N个输出端口。这些输出端口的每一个上都连接有被监测光纤。随后，这一对激光器向几个被监测光纤或电缆提供光功率。

在光纤的接收端是一个光接收器20(图7)，它在一个PIN检测二极管42上截取和检测来自每一被监测光纤的激光，所述的光由二极管转换成电信号，该电信号由前置放大器44放大。该电信号包含频率成分F1和F2，它们通过带通滤波器46和50被分离开来，并被测量电路48和52测量。通过测量的幅度来计算出在两个波长上光纤长度的光衰减。

光接收器也包括一个脉冲检测器54，用以监测在光检测器单元中产生的脉冲。该光检测器单元将在后面进行更详细的描述。

光接收器的输出被送到多路复用器56，后者对来自各个被监测光纤的输出进行扫描，并向中央局终端58提供输入；中央局终端58包括报警电路58，用以在被检测的光纤衰减超出一预定最大衰减时发出警报。该终端还包括一个译码电路60，用以对来自脉冲检测器54的脉冲进行译码。

特别地参见图3、4和5，接头14包括一个调制器62，用于在由各光纤发射的光中产生脉冲以供脉冲检测器54检测。调制器包括一个带有V型槽66的接头64,V型槽66使通过电缆接头的被监测光纤的端头得以对准。在接头处，光纤端头70具有一连接于其顶面的很小的铁类金属元件72。它位于紧贴调制器电磁体74的一极之下。该铁磁体74电气地连接于水份探测传感器76和驱动晶体管80的集电极78之间。该晶体管80的发射极连接于水份探测传感器76而其基极84则连接于码发生器86，后者又连接到时钟88。码发生器和时钟均跨过水分探测传感器76的终端而连接。

探测传感器76是一个具有延带长度延伸的镁导体92和铜导体94的一条一米长的带90。各导体均嵌于和粘贴于透水的PVC塑料隔离层之中。在两导体之间，将它们隔离的隔离材料96是硫酸铜的水溶性致电离层。在使用中，水分探测传感器带被缠绕于接头托架97(图4)周围以构成接头。如果水份渗入接头盒，水将溶解电解质盐，产生电解质，激励该传感器产生直流电压。传感器组分的分离保证了在干燥状态下的基本上无限长的寿命，该传感器然后便起到一个电池的作用，驱动时钟、码发生器、驱动器和调制器电磁体。驱动器在时钟和码发生器控制下向电磁体提供码电流脉冲。电磁体线圈中的电流脉冲建立起磁脉冲，它们吸引连接于光纤端头70上的铁磁体部件72，因而推动该光纤端头失去与光纤端头68的对准。如图6所示，光纤端头在5微米数量级上或更多的非对准就将明显地降低耦合的光能量，并产生一种由码发生器所确定的速率下的调幅脉冲流。

将125微米的玻璃纤维致偏5到10微米所需要的能量是非常少的。这些检测器电路被设计成采用低电压微瓦CMOS集成电路。结果，一米长的单个传感器电池能够向调制器和有关的一些电路供电几个星期。从而保证了对湿的接头的检测。

如前所述，光接收器截取和检测来自被监测光纤的激光，并将其转换成一个电信号。由脉冲检测器54检测的脉冲在译码电路中被译码，以辨别出现脉冲的接头件。为些目的，对于每一接头件的码发生器86将产生一个独有的脉冲信号。

两种监测信号波长下的整个光纤上的光衰减是通过测量的每一转换电信号的幅度来计算的。任何超过额定的附加光纤衰减都得到分析。

如果在两种波长下测得类似的衰减增大，那么这种衰减增大可以认为是由微弯曲造成的，它可能是由于电缆挤压或与温度相关的电缆结构改变而引起的。如果仅在1550nm下检测到明显的衰减增大，问题则可能会与宏弯曲有关，这通常是由于电缆的绞结或光纤的折损而引起的。

光检测器的一个替换实施例示于图8。该实施例不同于图3所示实施例之处在于调制器采用了毛细管式的接头100，在该接头中，光纤端头在套管102中对准。光纤一端104固定，另一端可运动但由弹簧向固定端施加偏压。一个铁类套管108固定在光纤的可运动端。调制器线圈110围绕于邻接套管108的光纤。在受激时，线圈将光纤端头106抽离光纤端头104，这样便对光纤上的信号进行调制。

耦合损耗相对于轴向光纤端头分离的曲线由图9给出。光纤运动是以这样一种幅度级别进行的，即大于产生同样的耦合损耗，所需要的偏移。

调制器和相关的电和机械元件可能不便于安装到用在接头件中的接头托架或其它接头组件之中，那么可以利用托架背面或侧面的适当位置。

尽管以上描述了本发明的一个实施例，但应理解到，在本发明的范围内还能做出其它一些实施例。因此，例如，光检测器单元可以采用一些非如图中示出的电磁式那样的调制器。例如，可以用压电晶体或其它一些机电调制装置来将电脉冲改变为机械偏移和后续的耦合衰减。任何起光学开关作用的其它器件均可以采用。水份探测传感器可由选出的任何两种金属制成，只要在合适的电解质存在的情况下提供适当的半电解反应即可。因此应当理解到，不能认为本发明只限于所公开的特定实施例。本发明只为所附的权利要求书所限定。

Claims (13)

1．一种水份感测信号发生器，其特征在于，包括：

一个电控码信号发生装置，用以根据接收到的电能而产生故障信号；

光调制装置，与所述的码信号产生装置相耦合，响应故障信号的产生，而产生一个编码的光学信号；及

电解传感器装置，与所述的码信号发生装置电气相连接，在干燥时所述的传感器装置不起作用，当接触到水时，它就起作用，产生电能并将电能提供给所述的码信号发生装置。

2．根据权利要求1的水份感测信号发生器，其特征在于：

所述的水份感测信号发生器用于发出水份穿透包容接头装置的接头件的信号，所述接头装置保持两个光纤缆线的端部光纤端头的对准；

所述的光调制器包括位移装置，用以有选择性地使一根缆线的光纤端头之一相对于另一根缆线的对应光纤端头位移；

所述的码信号发生装置与所述的位移装置相耦合，用以有选择性地起动所述的位移装置。

3．根据权利要求1或2的水份感测信号发生器，其特征在于，所述的水份检测传感器装置包括两种金属部件和在金属部件之间的水溶性致电离固体。

4．根据权利要求3的水份感测信号发生器，其特征在于，每个所述的金属部件包括一个拉长的带状物，装在多孔的电绝缘材料内。

5．根据权利要求4的水份感测信号发生器，其特征在于，所述的金属部件和致电离固体包括一个水份探测带。

6．根据权利要求5的水份感测信号发生器，其特征在于，所述的金属部件之一的材料是镁，另一个金属部件的材料是铜，所述的电离固体是硫酸铜。

7．根据权利要求1的水份感测信号发生器，其特征在于，所述的码信号发生装置包括用于产生电信号的装置。

8．根据权利要求7的水份感测信号发生器，其特征在于，所述码信号发生装置包括用于产生脉冲式电信号的装置。

9．一种光学对接的传感器单元，用于发出水份穿透的两条光纤缆线的对接合扰封装连接头的信号，其特征在于，所述的传感器单元包括：

对接装置，位于所述的对接合拢处，用于保持所述的缆线的各自相应光纤的端部对准；

位移装置，有选择性地将一条缆线的光纤端部之一相对于另一条缆线的相应光纤端部位移；

信号发生装置，耦连到所述的移动装置，用于有选择性地起动所述的移动装置；及

水份检测装置，响应所述的合拢部位有水份存在，起动所述的信号发生装置，所述的水份检测装置包括：一个水份检测传感器装置，响应所述的传感器装置接触到水，产生一个电压。

10．根据权利要求9的光学连接的传感器单元，其特征在于，所述的水份检测装置包括：一个拉长的带状物，缠绕在所述的对接装置周围。

11．根据权利要求10的光学连接传感器单元，其特征在于，所述的水份检测装置包括：两个间隔开的金属部件，用于基本上延长所述的带状物的长度；电离固体，位于所述的两个金属部件之间。

12．根据权利要求9的光学连接传感器单元，其特征在于，所述的信号发生装置包括：用于产生编码的电信号的装置。

13．根据权利要求12的光学连接传感器单元，其特征在于，所述的位移装置包括：一个磁性部件，耦连到所述的一个光纤端部；一个电磁体，与所述的磁性部件相邻，与所述的信号产生装置电耦连。

Images