一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，包括：激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一移频器、第二移频器、第一环形器、第二环形器、U形故障检测单元和信号处理单元，所述第一移频器和第二移频器的频偏不同，所述U形故障检测单元包括双向EDFA放大器和遇到故障点时会被相位调制且长度大于K的单模光纤，K>0,双向EDFA放大器间隔的设置在单模光纤中，所述激光器和第一光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第一输出端和第二光耦合器的输入端连接。根据两路移频探测光被相位调制的时间差可以得到光缆中故障的高精度多点振动定位，并且该接收信号能够恢复出包括幅度、相位和偏振的多参量瞬时变化。

A Fault Monitoring System for Long Distance Single-Channel Fiber Bidirectional Transmission

【技术实现步骤摘要】
一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统和方法
本专利技术涉及光纤故障监测
，具体涉及一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统和方法。
技术介绍
在包含长距离埋地光缆，海底光缆，悬空光缆的光纤通信传输网络中，常常出现异常情况，比如周边人为挖掘破坏、地震台风自然灾害或内部异常等突发事件。因此，在此类光纤通信传输网络中需要对光缆实时监控。然而到目前为止，尚缺乏故障预测机制或者缺乏与光通信网络兼容的多跨段长距离光纤链路主动监控的有效方案，很难实时监控长距离光缆的异常情况。且现有的光通信系统为维持高可靠性，在网络硬件上需要采取非常保守的部署策略，并在通信链路上留有很大的性能边界，如使用大带宽的系统而只占用小部分带宽资源，从而造成了很高的冗余度。现有存在的一些故障探测技术中多采用基于后向瑞丽散射的光时域反射仪(OTDR)技术和基于双臂马赫曾德干涉仪的传感技术，但由于它们都有各自的缺陷而不能很好地应用于商用的通信光缆中。具体地，OTDR技术不足：该技术利用高功率光脉冲在光纤中产生的后向散射来检测光纤中的故障情况，最大的缺陷是高功率脉冲入射会在光纤中产生非线性效应，即后向散射的光谱波长会改变，导致系统无法正常工作，而系统监测距离与脉冲光功率成正比，因此OTDR技术应用于超百公里的光纤链路相当困难；另外OTDR技术中的高功率光脉冲很可能会损害通信网络拓扑中的昂贵设备器件。双臂干涉仪技术不足：该技术利用干涉仪两臂不等长的传输信号在接收端进行拍频而得到光纤上的故障信号，但因为不等长的原因两路光纤不能处于同一光缆而无法产生同样的偏振效果，偏振对齐难题一直是双臂干涉技术的难点，该技术因为无法提供偏振状态参量的瞬时变化而存在不足。现有的其他分布式光纤传感方案因为覆盖距离、信噪比等问题，均难以实现与光通信网络兼容的长距离光纤链路监测。因此，行业内急需研发一种能够与光通信网络兼容的长距离光纤链路监测方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统和方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，包括：激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一移频器、第二移频器、第一环形器、第二环形器、U形故障检测单元和信号处理单元，所述第一移频器和第二移频器的频偏不同，所述U形故障检测单元包括双向EDFA放大器和遇到故障点时会被相位调制且长度大于K的单模光纤，K>0,双向EDFA放大器间隔的设置在单模光纤中，所述激光器和第一光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第一输出端和第二光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第二输出端和信号处理单元连接，第二光耦合器的第一输出端和第一移频器的输入端连接，第一移频器的输出端和第一环形器的第一端连接，第一环形器的第二端和U形故障检测单元的首端连接，第一环形器的第三端和信号处理单元连接，第二光耦合器的第二输出端和第二移频器的输入端连接，第二移频器的输出端和第二环形器的第一端连接，第二环形器的第二端和U形故障检测单元的尾端连接，第二环形器的第三端和信号处理单元连接。优选地，所述U形故障检测单元包括三段长距离单模光纤和两个双向EDFA放大器，两两长距离单模光纤之间均设置有双向EDFA放大器。优选地，所述信号处理单元包括：两个零差相干接收子单元和信号采集卡；每个零差相干接收子单元包括90°混频器、四个平衡探测器、振荡器；所述第一环形器的第三端、平衡探测器、振荡器依次连接，所述振荡器的输出端和信号采集卡连接，所述第二环形器的第三端、四路平衡探测器、振荡器依次连接，所述振荡器的输出端和信号采集卡连接，且每个90°混频器的输入端还和第一光耦合器的第二输出端连接。优选地，所述信号处理单元包括：两个外差相干接收子单元、振荡器、90°混频器和信号采集卡；每个外差相干接收子单元包括依次连接的3dB耦合器和平衡探测器；一个3dB耦合器的输入端还和第一环形器的第三端连接，另一个3dB耦合器的输入端还和第二环形器的第三端连接，两个3dB耦合器的输入端还均和第一光耦合器的第二输出端连接；两个平衡探测器的输出端、振荡器、90°混频器和信号采集卡依次连接。优选地，所述信号处理单元包括：光电探测器、振荡器和信号采集卡；第一环形器的第三端、第二环形器的第三端分别和两个光电探测器连接，两个光电探测器的输出端均和振荡器的输入端连接，振荡器的输出端和信号采集卡连接。所述的长距离单路光纤双向传输的故障监测方法，包括：S1，激光器产生连续激光通过第一光耦合器分路，一路作为探测光通过第二耦合器后再分别输入第一移频器、第二移频器，另一路作为本振光输入到信号处理单元；S2，第一移频器输出的第一探测光经第一环形器入射到U形故障检测单元首端的单模光纤，第一探测光在前向传输过程经过故障点会被相位调制，经过双向EDFA放大器进行信号放大，第一探测光最后传输至U形故障检测单元尾端的单模光纤，经由第二环形器的第三端输入到信号处理单元；第二移频器输出的第二探测光经第二环形器入射到U形故障检测单元尾端的单模光纤，第二探测光在后向传输过程中经过双向EDFA放大器进行信号放大，经过故障点会被相位调制，第二探测光最后传输至U形故障检测单元首端的单模光纤，经由第一环形器的第三端输入到信号处理单元；S3，信号处理单元根据本振光、第一探测光和第二探测光进行处理，得出故障点的位置。优选地，步骤S3包括：第一探测光和本振光通过90°混频器混频后由四路平衡探测器转为第一电信号，第一电信号通过信号采集卡采集并数据处理，第二探测光和本振光通过90°混频器混频后由四路平衡探测器转为第二电信号，第二电信号通过信号采集卡采集并数据处理。优选地，步骤S3包括：第一探测光和本振光通过3dB耦合器拍频后由平衡探测器转为第三电信号，第三电信号通过信号采集卡采集并在数字域进行相位处理，第二探测光和本振光通过3dB耦合器拍频后由平衡探测器转为第四电信号，第三电信号通过信号采集卡采集并在数字域进行相位处理。优选地，步骤S3包括：第一探测光和第二探测光分别通过光电探测器转为第五电信号和第六电信号，再由信号采集卡采集及数据处理。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点：本方案的长距离单路光纤双向传输的故障监测系统通过第一移频器输出的第一探测光经第一环形器入射到U形故障检测单元首端的单模光纤，第一探测光在前向传输过程经过故障点会被相位调制，经过双向EDFA放大器进行信号放大，第一探测光最后传输至U形故障检测单元尾端的单模光纤，经由第二环形器的第三端输入到信号处理单元；第二移频器输出的第二探测光经第二环形器入射到U形故障检测单元尾端的单模光纤，第二探测光在后向传输过程中经过双向EDFA放大器进行信号放大，经过故障点会被相位调制，第二探测光最后传输至U形故障检测单元首端的单模光纤，经由第一环形器的第三端输入到信号处理单元；信号处理单元可以根据信号的调制方式进行灵活改变，有零差相干接收，外差相干接收，强度接收等方式。在DSP处理中，根据两路移频探测光被相位调制的时间差可以得到光缆中故障的高精度多点振动定位，并且该接收信号能够恢复出包括幅度、相位和偏振的多参量瞬时变化。该单纤双向传输故障检测系统可以应用于长距离的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，其特征在于，包括：激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一移频器、第二移频器、第一环形器、第二环形器、U形故障检测单元和信号处理单元，所述第一移频器和第二移频器的频偏不同，所述U形故障检测单元包括双向EDFA放大器和遇到故障点时会被相位调制且长度大于K的单模光纤，K>0,双向EDFA放大器间隔的设置在单模光纤中，所述激光器和第一光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第一输出端和第二光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第二输出端和信号处理单元连接，第二光耦合器的第一输出端和第一移频器的输入端连接，第一移频器的输出端和第一环形器的第一端连接，第一环形器的第二端和U形故障检测单元的首端连接，第一环形器的第三端和信号处理单元连接，第二光耦合器的第二输出端和第二移频器的输入端连接，第二移频器的输出端和第二环形器的第一端连接，第二环形器的第二端和U形故障检测单元的尾端连接，第二环形器的第三端和信号处理单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，其特征在于，包括：激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一移频器、第二移频器、第一环形器、第二环形器、U形故障检测单元和信号处理单元，所述第一移频器和第二移频器的频偏不同，所述U形故障检测单元包括双向EDFA放大器和遇到故障点时会被相位调制且长度大于K的单模光纤，K>0,双向EDFA放大器间隔的设置在单模光纤中，所述激光器和第一光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第一输出端和第二光耦合器的输入端连接，所述第一光耦合器的第二输出端和信号处理单元连接，第二光耦合器的第一输出端和第一移频器的输入端连接，第一移频器的输出端和第一环形器的第一端连接，第一环形器的第二端和U形故障检测单元的首端连接，第一环形器的第三端和信号处理单元连接，第二光耦合器的第二输出端和第二移频器的输入端连接，第二移频器的输出端和第二环形器的第一端连接，第二环形器的第二端和U形故障检测单元的尾端连接，第二环形器的第三端和信号处理单元连接。2.根据权利要求1所述的长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，其特征在于，所述U形故障检测单元包括三段长距离单模光纤和两个双向EDFA放大器，两两长距离单模光纤之间均设置有双向EDFA放大器。3.根据权利要求1所述的长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，其特征在于，所述信号处理单元包括：两个零差相干接收子单元和信号采集卡；每个零差相干接收子单元包括90°混频器、四个平衡探测器、振荡器；所述第一环形器的第三端、平衡探测器、振荡器依次连接，所述振荡器的输出端和信号采集卡连接，所述第二环形器的第三端、四路平衡探测器、振荡器依次连接，所述振荡器的输出端和信号采集卡连接，且每个90°混频器的输入端还和第一光耦合器的第二输出端连接。4.根据权利要求1所述的长距离单路光纤双向传输的故障监测系统，其特征在于，所述信号处理单元包括：两个外差相干接收子单元、振荡器、90°混频器和信号采集卡；每个外差相干接收子单元包括依次连接的3dB耦合器和平衡探测器；一个3dB耦合器的输入端还和第一环形器的第三端连接，另一个3dB耦合器的输入端还和第二环形器的第三端连接，两个3dB耦合器的输入端还均和第一光耦合器的第二输出端连接；两个平衡探测器的输出端、振荡器、90°混频器和信号采集卡依...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭昌建，林子奇，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44