何文昭 劉藝智

【摘要】 本文提出了一種基于OTDR卡的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠便捷地檢測(cè)故障。所研究結(jié)果對(duì)于電力系統(tǒng)部門(mén)的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)具有很好的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 光纖傳輸 在線監(jiān)測(cè) OTDR

光纖傳輸較傳統(tǒng)的電纜傳輸設(shè)備，在電力測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，更適合用于高壓測(cè)量，容易與現(xiàn)代儀器數(shù)據(jù)無(wú)縫連接。大量使用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)，維護(hù)問(wèn)題伴隨而來(lái)，如何管理維護(hù)光纖傳輸系統(tǒng)是電力管理部門(mén)的一個(gè)重要研究問(wèn)題。

一、OTDR卡測(cè)試原理

OTDR卡即光時(shí)域反射儀，之所以能夠測(cè)試光纖狀態(tài)是利用了光纖傳輸?shù)膬蓚€(gè)物理現(xiàn)象：瑞利后向散射和菲涅爾反射。由于構(gòu)成光纖的二氧化硅的成分不純凈，使得光纖出現(xiàn)折射率不均勻，造成光在光纖的傳播出現(xiàn)散射，當(dāng)一部分光散射到光纖外引起光損耗時(shí)，稱(chēng)為瑞利后向散射。光在均勻介質(zhì)內(nèi)傳輸是沿著直線方向，但如果在兩種介質(zhì)中傳輸時(shí)，會(huì)在這兩種不同介質(zhì)分界面發(fā)生反射與折射現(xiàn)象，這種反射、折射服從菲涅爾規(guī)律，也稱(chēng)菲涅爾反射。那么在光纜進(jìn)行測(cè)試，那么菲涅爾反射一定是出現(xiàn)在連接點(diǎn)或故障點(diǎn)。

光時(shí)域反射儀連接光纖網(wǎng)，通過(guò)OTDR的測(cè)試曲線可以判斷光纖傳輸有無(wú)事件發(fā)生。OTDR中光源按符合規(guī)定要求穩(wěn)定的光信號(hào)發(fā)送到被測(cè)光纖網(wǎng)中；脈沖發(fā)射器是控制光源發(fā)送的時(shí)間，控制數(shù)據(jù)分析和顯示電路與光源同步工作，以得到正確的分析結(jié)果；定向耦合器是將光源發(fā)出的光耦合到被測(cè)光纖，并將光纖沿線各點(diǎn)反射回的光耦合到光檢測(cè)器中；光檢測(cè)器是將被測(cè)光纖反射回的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號(hào)；放大器是將光檢測(cè)器送來(lái)的電信號(hào)放大整形；數(shù)據(jù)分析及顯示是將反射回的信號(hào)與發(fā)送脈沖比較，計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)，并配有分析電路，為曲線分析提供支持。

二、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由四種測(cè)試架構(gòu)構(gòu)成：脫機(jī)監(jiān)測(cè)（off-line testing）架構(gòu)；脫機(jī)實(shí)時(shí)告警監(jiān)測(cè)（off-line real-time testing）架構(gòu)；在線監(jiān)測(cè)（on-line testing）架構(gòu)；在線實(shí)時(shí)告警監(jiān)測(cè)（on-line real-time testing）架構(gòu)。其總體體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，四種結(jié)構(gòu)中前兩者監(jiān)測(cè)備用光纖（dark fiber），后兩者監(jiān)測(cè)使用中光纖（active fiber）。為改善光纖的通信質(zhì)量及縮短光纖完修時(shí)間，本光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警（Real Time Alarm）的功能，即在光纖產(chǎn)生狀況時(shí)，光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可立即的反應(yīng)并進(jìn)行光纖量測(cè)，然后將量測(cè)數(shù)據(jù)以告警的方式通知管理及線路維修人員進(jìn)行光纖修復(fù)作業(yè)。

中央監(jiān)測(cè)站 TSC（Test System Controller）是RFTS系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)匯集及分析中心，也是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心。TSC中央監(jiān)控站可管理及監(jiān)控各個(gè)遠(yuǎn)程光纜監(jiān)測(cè)器（RTU）。為方便維護(hù)人員操作，TSC亦可提供可攜式監(jiān)測(cè)臺(tái)及機(jī)房監(jiān)控臺(tái)作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控平臺(tái)。每一臺(tái)TSC均可監(jiān)控RTU所監(jiān)測(cè)的光纖狀態(tài)、運(yùn)作情況、指定測(cè)試及分析芯線，并可針對(duì)需要進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)、修改系統(tǒng)設(shè)定等功能，此外在管理上亦可因應(yīng)用戶(hù)需要作不同的規(guī)劃。

工作終端機(jī) WS（Work Station）工作終端機(jī)安裝于各光纜維護(hù)作業(yè)相關(guān)單位，可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與TSC聯(lián)機(jī)，接收TSC所傳送的數(shù)據(jù)；并在需要時(shí)，透過(guò)TSC下達(dá)執(zhí)行光功率、光特性等測(cè)試指令。在RFTS中使用GIS，可以更容易地增加監(jiān)控區(qū)域地理信息和纜線網(wǎng)絡(luò)的豐富性，多樣的接口表現(xiàn)和查詢(xún)功能，并可更直接、更精確地表現(xiàn)監(jiān)控的各類(lèi)訊息。監(jiān)測(cè)機(jī)RTU是一種遠(yuǎn)程光纖監(jiān)測(cè)機(jī)，安裝于機(jī)房之光纜（纖）監(jiān)測(cè)設(shè)備，用以監(jiān)測(cè)光纖之現(xiàn)況?？砂刂颇K、光時(shí)域反射器模塊、光信道選擇模塊、光源模塊、光功率監(jiān)測(cè)模塊、光分波多任務(wù)模塊、光濾波模塊、光分歧模塊、光路自動(dòng)切換保護(hù)模塊等（依照不同之監(jiān)測(cè)架構(gòu)選擇）。

三、總結(jié)

本文提出了一種基于OTDR卡的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠便捷地檢測(cè)故障。從OTDR卡實(shí)現(xiàn)原理出發(fā)，就光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)路線，提出了較為完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體體系結(jié)構(gòu)與監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，為于電力系統(tǒng)部門(mén)的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)具有很好的參考價(jià)值。