一种脉冲光光纤开关状态检测系统转让专利
申请号 : CN201710698365.X
文献号 : CN107515100B
文献日 : 2019-08-20
发明人 : 王雪峰 , 曹孟辉 , 游晓光
申请人 : 昆山金鸣光电科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,检测系统包括:定时器、脉冲光发生模块、光环行器、光纤开关传感网络、光探测器、脉冲电信号滤波放大电路模块、数据采集模块、解析模块和存储器;其中,所述定时器、脉冲光发生模块、光环行器和光纤开关传感网络依次相连,脉冲光发生模块还与数据采集模块相连,光环行器的第一端口,第二端口和第三端口分别连接所述脉冲光发生模块、光纤开关传感网络和光探测器;
所述光探测器的输出口连接所述脉冲电信号滤波放大电路模块的输入端口;
所述脉冲电信号滤波放大电路模块的输出端口连接所述数据采集模块,其中,所述数据采集模块的输出端口串联所述解析模块;
所述解析模块的输入端口和输出端口还连接所述存储器;
其中,所述光环行器中光环行走向依次为第一端口、第二端口和第三端口;光纤开关传感网络中每个光纤开关节点传感器包括传感器本体、光纤盘纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、活动滑块和弹性件,所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器间隔设定距离容置定位于所述传感器本体内,且所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器实现高斯光束耦合;上级光纤经所述第一端口后从所述光纤盘纤盒的光纤入口穿入并盘纤设定长度后,从所述光纤盘纤盒的光纤出口穿出,然后接入所述光纤分光器的输入端;所述光纤分光器通过一输出端与所述第一光纤准直器的输入端连接,所述光纤分光器通过一输出端与经所述第三端口接入的下级光纤连接;所述第二光纤准直器的输出端与经所述第二端口接入的本地光纤连接;所述活动滑块中部具有通光孔,所述活动滑块设于所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器之间,并可在所述传感器本体内滑动,使所述通光孔连通所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器,构成光路通光;或者使所述通光孔错开所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器,构成光路阻断,所述弹性件夹置于所述活动滑块与传感器本体之间;
其中,所述解析模块存储前一采样周期数据,所述解析模块用于从存储器中获取了光纤开关节点传感器脉冲峰值位置后,将去噪后的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值,若差值小于或等于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则维持光纤开关节点传感器的状态不变,若大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则改变光纤开关节点传感器的状态并修改位储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录。
2.根据权利要求1所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述定时器用于按照采样交错间隔t1触发脉冲光发生模块发出前向脉冲光;
脉冲光发生模块还用于在发出前向脉冲光同时,触发数据采集模块开始数据采样。
3.根据权利要求2所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述前向脉冲光的脉冲信号形态为方波信号,所述数据采集模块用于在所述脉冲电信号的上升沿位置触发开始数据采样。
4.根据权利要求2或3所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述前向脉冲光的脉宽w小于或等于3微秒,所述数据采集模块的采样频率F大于或等于由1秒除以所述脉宽之商的2倍得到的参数值。
5.根据权利要求4所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述数据采集模块用于在接收到所述开始采样指令后以采样频率F与采样时长t2采集背向脉冲光信号得到当前采样周期的数据,其中,所述采样时长t2与所述采样频率F为预设值;
所述数据采集模块的采样时长t2大于从一个前向脉冲光信号发出到收到最后一个背向脉冲光信号之间的时长。
6.根据权利要求5所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述采样时长t2的值还满足:0.05ms≤t2≤1ms;其中,光纤开关节点传感器与脉冲光发生模块和光探测器构成的往返光路距离在5km到100km之间。
7.根据权利要求1所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述脉冲光发生器还可以用于发出直流光,所述直流光被用于检查光纤开关传感网络干路的光损耗。
8.根据权利要求1所述的脉冲光光纤开关状态检测系统,其特征在于,所述光环形器与脉冲光发生模块、光纤开关传感网络和光探测器之间所使用的光纤为G.652D、G.652C、G.652B或者G.652A,所述脉冲光发生器发出的脉冲光信号的中心波长为1310nm或者
1550nm。
说明书 :
一种脉冲光光纤开关状态检测系统
【技术领域】
监控是一个非常严重且亟待解决的问题。这是因为大量的光缆交接箱都是光纤无源连接的
分支分配器箱,光缆交接箱分散在城市的各个角落,无法做到电源的接入和管理,故一般的电传感器无法得以应用。有运营商设计开发太阳能和蓄电池的交接箱管理系统,但是,这类设备投资成本高,运营维护成本也高,因而难以普及推广。因光缆交接箱被非法破坏、事故损伤而造成的光纤信号故障已经造成运营商大量的运维以及业务损失,严重的甚至造成政
治影响。因此,保障交接箱的安全,是保障网络最后一公里能够通畅的首要条件。
CN205861076U的中国专利申请公开了一种基于光纤的反射式开关传感器(如图1-3所示)与
一种基于光纤的透射式开关传感器,利用直流光源发出的光束在传感器中的反射光通断来
表达传感器的开闭状态。这两类开关传感器已经应用在通信光缆交接箱的门页打开、闭合
传感中,通过反射式与透射式两种传感器的组合,可以实现对多门光缆交接箱的多扇门页
的监控。
就造成实际应用中需要使用大量闲置光纤资源才能完成对多个光缆交接箱门页开闭状态
的监控,进而导致光纤传感系统的部署可能造成电信运营商光纤网络扩容能力的降低。此
外,光缆交接箱一般沿着光缆隧道形成串联式半环形结构。由于近些年基站设备尺寸降低,通信机房变得越来越少,导致现在已经难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射
光信号的信号解析设备。
信号的信号解析设备的技术难题。
准直器与所述第二光纤准直器实现高斯光束耦合;上级光纤经所述第一端口后从所述光纤
盘纤盒的光纤入口穿入并盘纤设定长度后,从所述光纤盘纤盒的光纤出口穿出,然后接入
所述光纤分光器的输入端;所述光纤分光器通过一输出端与所述第一光纤准直器的输入端
连接,所述光纤分光器通过一输出端与经所述第三端口接入的下级光纤连接;所述第二光
纤准直器的输出端与经所述第二端口接入的本地光纤连接;所述活动滑块中部具有通光
孔,所述活动滑块设于所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器之间,并可在所述传感
器本体内滑动,使所述通光孔连通所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器,构成光路
通光;或者使所述通光孔错开所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器,构成光路阻断,所述弹性件夹置于所述活动滑块与传感器本体之间。
样频率F为预设值;
样频率F为预设值;
而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点开关状
态,提供了可能的实现架构。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光
信号的信号解析设备的技术难题,简化了检测网络系统,提高了检测系统维度的效率,并降低了维护成本。
【附图说明】
的附图。
到定时器的触发生成前向脉冲光信号的同时,能够向数据采集模块发送采集数据指令,从
而使得每一轮检测过程中由数据采集模块所采集到的背光脉冲信号的时序能够达到高度
的一致。光环行器的第一端口,第二端口和第三端口分别连接所述脉冲光发生模块、光纤开关传感网络和光探测器;所述光环行器中光环行走向依次为第一端口、第二端口和第三端
口。
去噪模块和消光识别模块构成,所述解析模块的输入端口和输出端口还连接所述存储器。
(具体可以由所述去噪模块完成)的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关
节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值,若差值小于或等于前一采样周期数据中该光
纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则维持光纤开关节点传感器的状态不变,
若大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则改变
光纤开关节点传感器的状态并修改位储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录。其中,
百分之十只是用于解释说明的示例性参数值,具体实现过程中可以根据实际情况进行调
整,并通过多组实验测试,使得所设定的百分比的判断结果准确度尽可能的高。
置,从而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点开
关状态,提供了可能的实现架构。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反
射光信号的信号解析设备的技术难题,简化了检测网络系统,提高了检测系统维度的效率,并降低了维护成本。接下来将具体通过组成所述检测系统的各单元的功能结构,来进一步
阐述如何实现准确判定节点开关状态。
据采样。
的同时,避免了背向脉冲光射向脉冲光发生器,降低了脉冲光在光路中的损耗。开始数据采样的指令与前向脉冲光信号两者同时发出,使得数据采集模块在每次接收到开始数据采样
的指令后,各光纤开关传感节点反射的背向脉冲光信号的峰值位置在每一个采样周期中都
保持固定。
的值大于500毫秒除以采样间隔t1之商,缓存器(指解析模块拥有的缓存器或者指构成解析
模块的上述消光识别模块拥有的缓存器)可以存储超过传感节点状态变化所需时长的多个
周期采样数据,缓存器中存放的数据足以判定光缆交接箱的开门或关门动作造成的传感节
点状态变化。
脉宽之商的2倍时,落入脉冲信号中的两个采样点中任意一个都可以采集到脉冲信号的高
电平能量。
下,采样时长t2的值满足:0.05ms≤t2≤1ms。
区间的位置,脉宽小于3微秒可以使得系统的传感节点最小间距达到300m,满足了应用中多数光交箱实际间距的需求(而实际操作过程中,可以通过提高采样频率进一步降低传感节
点间的距离,在此不再赘述)。在本发明实施例中,用于构成的光纤开关传感网络中的各光缆交接箱中的光纤开关节点传感器可以是如图6所示的结构,在本发明各实施例中也将从
光源侧发出的光称为前向脉冲光,而由所述光纤开关节点传感器反射回来的光称为背向脉
冲光。
合点,这些耦合点的耦合质量决定了光信号在干路中的损耗,由脉冲光发生器发出的直流
光可以使采用光功率计对干路上末端或反射接收端的光功率稳定读数成为可能。
位于所述传感器本体内,且所述第一光纤准直器与所述第二光纤准直器实现高斯光束耦
合;上级光纤18经所述第一端口1101后从所述光纤盘纤盒的光纤入口穿入并盘纤设定长度
后,从所述光纤盘纤盒的光纤出口穿出,然后接入所述光纤分光器的输入端;所述光纤分光器通过一输出端与所述第一光纤准直器的输入端连接,所述光纤分光器通过一输出端与经
所述第三端口1103接入的下级光纤110连接;所述第二光纤准直器的输出端与经所述第二
端口1102接入的本地光纤19连接;所述活动滑块中部具有通光孔1601,所述活动滑块设于
所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器之间,并可在所述传感器本体内滑动,使所述
通光孔连通所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器,构成光路通光;或者使所述通光
孔错开所述第一光纤准直器和所述第二光纤准直器,构成光路阻断,所述弹性件夹置于所
述活动滑块与传感器本体之间。这样,两个光纤准直器与活动滑块上通光孔形成了稳定的
光路;活动滑块的移位使通光孔具有连通或与阻断两种状态量;当被监测装置的门,比如光缆交接箱的箱门为关闭状态时,活动滑块的外露端被挤进去,弹性件处于压缩状态,参见图
2,此时,活动滑块中部的通光孔与两个光纤准直器在同一条直线上,光路状态为“通”,即光路通光。相反,被监测装置的门,比如光缆交接箱的箱门处于开门状态时,压缩弹性件储能释放,活动滑块被弹性件弹出,参见图7,此时,活动滑块中部的通光孔与两个光纤准直器不在同一条直线上,光路为“断”,即光路阻断。至此,被监测“门”的开闭状态转换为了光路的通断状态。这样,可将“门”的开闭状态转换为了光路的通断,有效解决在无电源环境下的各种装置、设备的“门”的开闭状态的监测难题。
光纤开关传感器用于该光缆交接箱另一箱门的开闭状态监测,光纤开关节点传感器的第二
光纤准直器经本地光纤连接至反射式光纤开关传感器;来自上级光纤的正向脉冲光经光纤
盘纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、通光孔、第二光纤准直器后由该反射式光纤开关传感器反射回来形成背向脉冲光光路。反射式光纤开关传感器的结构和原理,在专利文献
CN205861075U中已经详细介绍,在此不再赘述。
体的输入上级光纤的正向脉冲光经光纤盘纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、通光孔、第二光纤准直器后由该法拉第旋光反射回来形成背向脉冲光光路,或者正向脉冲光经光纤盘
纤盒、光纤分光器、第一光纤准直器、通光孔后由该光反射镜反射回来形成背向脉冲光光
路。这样,背向脉冲光光路的存在与消失可表达箱门闭合与开启两种状态,也就是说箱门开闭状态量可直接通光光纤传输到信号解析设备,以在无源条件的现场环境下,监测箱门、柜门、井盖等各种结构的开闭状态,有效解决在无电源环境下的各种装置、设备的“门”的开闭状态的监测难题。
轴垂直于所述光反射镜;上级光纤经所述第一端口后从所述光纤盘纤盒的光纤入口穿入并
盘纤设定长度后,从所述光纤盘纤盒的光纤出口穿出,然后接入所述光纤分光器的输入端;
所述光纤分光器通过一输出端与所述第一光纤准直器的输入端连接,所述光纤分光器通过
一输出端与穿过所述第二端口的下级光纤连接;所述活动滑块中部具有通光孔2601,所述
活动滑块设于所述第一光纤准直器和所述光反射镜之间,并可在所述传感器本体内滑动,
使所述通光孔连通所述第一光纤准直器和所述光反射镜,构成光路通光;或者使所述通光
孔错开所述第一光纤准直器和所述光反射镜,构成光路阻断,所述弹性件夹置于所述活动
滑块与传感器本体之间。
感网络外的其它结构部件组成的设备。图9中所示41为单门光缆交接箱,其使用的光纤开关节点传感器32可以是图8所示的带光反射镜25的光纤开关节点传感器;其中,图9中所示42
为双门光缆交接箱,其使用的光纤开关节点传感器33具体为图6所示的结构,其中,第二端口1102连接所述反射式光纤开关传感器的光纤2(如图3所示);其中,图9中所示43为四门光缆交接箱,其中,光纤开关节点传感器34为图6所示的结构,而其中透射式光纤开关传感器为专利文献CN205861076U所提出的具有相应结构的器件,而所述反射式光纤开关传感器为
专利文献CN205861075U所提出的具有相应结构的器件。依据上述举例,在拥有其它数量门
的光缆交接箱中,可以通过增设所述透射式光纤开关传感器数量来实现,在此不再赘述。
端口,第二端口和第三端口分别连接所述脉冲光发生模块、光纤开关传感网络和光探测器;
令,从而使得每一轮检测过程中由数据采集模块所采集到的背光脉冲信号的时序能够达到
高度的一致。
去噪模块和消光识别模块构成,
(具体可以由所述去噪模块完成)的当前周期采样数据与前一采样周期数据中各光纤开关
节点传感节点脉冲峰值位置的数值求取差值,若差值小于或等于前一采样周期数据中该光
纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则维持光纤开关节点传感器的状态不变,
若大于前一采样周期数据中该光纤开关传感节点脉冲峰值位置的数据的百分之十则改变
光纤开关节点传感器的状态并修改位储器中的该光纤开关节点传感器的状态记录。其中,
百分之十只是用于解释说明的示例性参数值,具体实现过程中可以根据实际情况进行调
整,并通过多组实验测试,使得所设定的百分比的判断结果准确度尽可能的高。
位置,从而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点
开关状态。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设
备的技术难题,简化了检测网络系统,提高了检测系统维度的效率,并降低了维护成本。接下来将具体通过组成所述检测系统的各单元的功能结构,来进一步阐述如何实现准确判定
节点开关状态。
块采集背向脉冲光信号之间的延迟特性,从而可以实现一种划区域的指向性检测,而无需
每次都完成整个检测系统中所有光纤开关节点传感器的状态检测。
统中,因此,在本发明实施例中所做的相应方法步骤特征的阐述,可以在实施例1中找到相应的执行主体,如图10所示,所述方法包括:
解析模块。其中,各光纤开关节点传感器脉冲峰值位置具体指一个检测周期中,采集到的背光脉冲数据中,对应脉冲峰值在各时间轴上的表现,而各光纤开关节点传感器的由于按照
预设的距离完成布局,因此,其背光脉冲信号在经过不同长度的光纤传输后,表现出在采集时间轴上的有序排列。
纤开关节点传感器的状态不变。
光纤开关传感网络中其它光纤开关节点传感器,在此不再赘述。
感器的记录状态。
位置,从而依据背向脉冲光及其脉冲光峰值强度、时序与时隙按照节点序列准确判定节点
开关状态。解决了难以找到足够多的通信机房就近安置用于处理反射光信号的信号解析设
备的技术难题,简化了检测网络系统,提高了检测系统维度的效率,并降低了维护成本。
300m的两个传感器节点反射的两个背向脉冲光产生信号的重叠,使得本发明难以区分不同
传感节点的背向脉冲光信号的在时域信号中的高电平区间的位置,脉宽小于3微秒可以使
得系统的传感节点最小间距达到300m,满足了应用中多数光交箱实际间距的需求。
限定方式,通常情况下,采样时长t2的值满足:0.05ms≤t2≤1ms。其中,最后一个背向脉冲光信号可以理解为是距离脉冲光发生器最远的光纤开关传感器反射前向脉冲光信号形成
的。
中往返所需的时间约为1ms,大于100公里的光路,脉冲光可能损耗殆尽,比1ms更长的采样时长可能带来大量无意义的采样数据与系统负载,本实例使得检测方法可以支持的最大光
路距离在5km到100km。
冲光不直接射向光探测器的同时,避免了背向脉冲光射向脉冲光发生器,降低了脉冲光在
光路中的损耗。开始数据采样的指令与前向脉冲光信号两者同时发出,使得数据采集模块
在每次接收到开始数据采样的指令后,各光纤开关传感节点反射的背向脉冲光信号的峰值
位置在每一个采样周期中都保持固定。
脉宽之商的2倍时,落入脉冲信号中的两个采样点中任意一个都可以采集到脉冲信号的高
电平能量。
隔t1之商,缓存器可以存储超过传感节点状态变化所需时长的多个周期采样数据,缓存器
中存放的数据足以判定光缆交接箱的开门或关门动作造成的传感节点状态变化。
于光纤开关传感网络的干路存在大量的光纤耦合点,这些耦合点的耦合质量决定了光信号
在干路中的损耗,由脉冲光发生器发出的直流光可以使采用光功率计对干路上末端或反射
接收端的光功率稳定读数成为可能。
施例2所述的检测方法角度,以较为完整的执行流程阐述本发明所提出的技术方案。如图12所示,所述执行流程包括:
集模块还会根据采集数据的信噪比、采集数据的强度等等,调整所述光探测器和脉冲电信
号滤波放大模块的工作参数(为了简化图4,并突出光信号传输链路,因此图4中未标注出数据采集模块作为光探测器和脉冲电信号滤波放大模块的驱动设备的电器连接)。
间的最小间隔距离,光纤开关传感网络采用的光纤规格,光纤开关传感网络中最远光缆交
接箱的距离。则处理器在获取到上述输入的参数时,便可以生成与当前光纤开关传感网络
所适配的脉冲光信号、检测周期、数据采集时长、光探测器检测灵敏度及脉冲电信号滤波放大模块放大倍数中的一项或者多项。其中,对应各脉冲光信号、检测周期和数据采集时长可以参考实施例1和实施例2中对应内容,在此不再赘述。上述处理器可以由所述解析模块替
代,附上了控制信令链接关系后的结构如图13所示,其中虚线为控制信令;也可以是为所述脉冲光纤开关状态检测系统额外设置的,其与定时器、脉冲光发生器、数据采集模块等建立有信号控制链路,其连接结构如图14所示。
数量后,通过测试得到的背向脉冲光信号的分布和所述数量分析得到各传感节点脉冲峰值
位置。对于后者,还可以在光纤开关传感网络中的光缆交接箱发生变动后,通过再一次触发上述测试过程,完成存储器中存储的各传感节点脉冲峰值位置的更新。
效率的。
冲光信号的采集。