一种单纤双向铁路光缆安全监测系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种单纤双向铁路光缆安全监测系统与方法，系统包括第一分布式反馈激光光源，第一分布式反馈激光光源的光发射端口与扰偏器输入端口连接，扰偏器输出端口与环形器第一端口连接，环形器第二端口与被测光纤一端连接，被测光纤另一端连接第一波分复用器公共端口，第一波分复用器的输出端口分别与第二分布式反馈激光光源和光纤反射镜连接，所述环行器第三端口与单偏振光纤一端连接，单偏振光纤另一端与第二波分复用器的公共端口连接，第二波分复用器的输出端口分别连接第一光电探测器和第二光电探测器。本发明专利技术极大的提高了光缆破坏行为监测系统的信噪比，利用波长进行区分两个方向的波长，光电探测器位于同一端，减少了对光纤资源的消耗。对光纤资源的消耗。对光纤资源的消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种单纤双向铁路光缆安全监测系统与方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，具体涉及一种单纤双向铁路光缆安全监测系统与方法。

技术介绍

[0002]光缆是铁路运营和维护各系统信息传输的最主要的媒介，一直是铁路重要基础设施，近年来随着智慧铁路的发展，铁路各类系统对光缆的需求增长迅猛。鉴于铁路光缆在铁路运输生产指挥中的重要性和光缆敷设环境的特殊性，铁路光缆建设时考虑的首要问题是其安全性。随着铁路光缆数量的增加以及早期铺设的光缆接近使用年限，因光缆接头盒渗水，衰耗随时间推移而增大等影响通信的现象时有发生，光缆线路因受到铁路施工、建筑挖方、开采岩石、山体滑坡和其他意外事故造成的光缆中断或损伤等事故也时有发生。因此，铁路光缆运维部门需要随时、快速和准确地了解光纤通断状况及主要参数，以便在光纤发生故障时及时的获取故障信息，准确判断故障点的地理位置，及时排除故障；或者在光纤特性发生劣化之前及时进行更换，确保光纤线路的传输质量。
[0003]满足这一需求的解决方案是建立光缆线路集中监测系统，实现对光纤线路的光层传输性能、衰减变化及光纤阻断等的自动监测。当前市面上铁路光缆监测系统大多根据《铁路光缆监测系统技术条件》(QCR 849
‑
2021)、光缆线路自动监测系统技术条件(YDN010
‑
1998)、光缆线路自动监测系统工程设计规范(YD/T5066
‑
2005)、光缆线路自动监测系统工程验收规范(YD/T5093
‑
2005)等相关规范进行设计、生产。目前市面上常见的光缆监测系统主要技术方案是利用在线OTDR模块，结合光开关的切换，对被测光缆的纤芯进行轮询监测，当出现断纤点、损耗过大点等事件后及时发现并告警。并提供WDM(光波分复用器)、OLP(光纤线路自动切换保护)、OPM(光功率监测)、OS(光源板卡)、滤波器等可选模块，满足其他辅助功能的需要。但上述光缆在线监测系统不具备光缆振动事件预警功能，无法对可能造成光缆损坏的事件进行告警。
[0004]现有中国专利CN202010700565.6公开了一种铁路通信光缆在线监测系统及方法，该专利在常规光缆在线监测系统的基础上，结合铁路特殊应用场景，实现了对可能造成通信光缆损伤的振动事件进行早期预警，同时提高了通信光缆故障排查的效率。但该方案对振动事件的探测利用的是背向散射光，信噪比较低。为解决这一问题，本专利技术提出了一种单纤双向铁路光缆安全监测系统与方法。

技术实现思路

[0005]基于上述表述，本专利技术提出了一种单纤双向铁路光缆安全监测系统与方法，该系统利用两束不同波长的光源在同一纤芯中不同方向进行传播，探测扰动事件对光波偏振态的影响，通过不同方向传播信号的时间差进行定位。极大的提高了光缆破坏行为监测系统的信噪比，利用波长进行区分两个方向的波长，光电探测器位于同一端，减少了对光纤资源的消耗。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种单纤双向铁路光缆安全监测系统，包括第一分布式反馈激光光源、第二分布式反馈激光光源、扰偏器、环行器、单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、光纤反射镜以及被测光纤，所述环行器为三端口光环行器；其中，
[0007]所述第一分布式反馈激光光源的光发射端口与扰偏器输入端口连接，扰偏器输出端口与环形器第一端口连接，环形器第二端口与被测光纤一端连接，被测光纤另一端连接第一波分复用器公共端口，第一波分复用器的输出端口分别与第二分布式反馈激光光源和光纤反射镜连接，所述环行器第三端口与单偏振光纤一端连接，单偏振光纤另一端与第二波分复用器的公共端口连接，第二波分复用器的输出端口分别连接第一光电探测器和第二光电探测器。
[0008]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0009]进一步的，所述第一分布式反馈激光光源和第二分布式反馈激光光源均采用直流驱动。
[0010]进一步的，所述第一分布式反馈激光光源中心波长等于所述第一波分复用器其中一个输出端口的中心波长，所述第二分布式反馈激光光源中心波长等于第一波分复用器其中一个输出端口的中心波长，所述第一分布式反馈激光光源中心波长与第二分布式反馈激光光源中心波长不同，所述第二波分复用器与所述第一波分复用器技术参数一致。
[0011]进一步的，所述第一光电探测器用于探测第一分布式反馈激光光源的光信号，所述第二光电探测器用于探测第二分布式反馈激光光源的光信号。
[0012]进一步的，所述第一光电探测器和第二光电探测器为PIN型光电探测器。
[0013]第二方面，本专利技术还提供一种单纤双向铁路光缆安全监测方法，所述方法应用于上述所述的系统，所述方法包括以下步骤：
[0014]对第一光电探测器、第二光电探测器信号进行AD采样，并设置信号处理平滑窗口；
[0015]选取第一光电探测器AD采样信号的第1至N个点的均值记为X1，第2至N+1个点的均值记为X2，第3至N+2个点的均值记为X3，依次类推,获取相邻均值之间差值的绝对值
△
X；将第二光电探测器AD采样信号的第1至N个点的均值记为Y1，第2至N+1个点的均值记为Y2，第3至N+2个点的均值记为Y3，依次类推；获取相邻均值的差值的绝对值
△
Y，其中，N为平滑窗口宽度；
[0016]设定阈值，将所述差值的绝对值与阈值进行比较，记录第一个大于阈值的差值的绝对值的序列号，并记录最后一个大于阈值的差值的绝对值的序列号；
[0017]计算第一光电探测器和第二光电探测器扰动信号开始时间差和结束时间差，判断开始时间差是否趋近0，当开始时间差趋近0时，代入计算模型计算出扰动事件发生位置距离环行器端口的距离；当开始时间差较大时，判断此次采样失效，重新开始采样。
[0018]进一步的，所述设定阈值，将所述差值的绝对值与阈值进行比较，记录第一个大于阈值的差值的绝对值的序列号，并记录最后一个大于阈值的差值的绝对值的序列号之后，还包括：
[0019]当大于阈值的差值的绝对值且连续一定数量的差值的绝对值均未大于阈值，则判定此次扰动事件最后一个信号为该差值的绝对值。
[0020]进一步的，所述计算第一光电探测器和第二光电探测器扰动信号开始时间差包括
代入公式：
[0021][0022]其中，ΔTs表示为开始时间差，i为第二光电探测器第一个大于阈值的差值的绝对值的序列号，m为第一光电探测器第一个大于阈值差值的绝对值的序列号；fs表示为采样频率；
[0023]记录结束时间差包括代入公式
[0024][0025]其中，ΔTe表示为结束时间差，j为第二光电探测器最后一个大于阈值的差值的绝对值的序列号，n为第一光电探测器最后一个大于阈值的差值的绝对值的序列号。
[0026]进一步的，所述代入计算模型计算出扰动事件发生位置距离环行器端口的距离包括代入公式：
[0027][0028]其中，L为被测光纤总长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单纤双向铁路光缆安全监测系统，其特征在于，包括第一分布式反馈激光光源、第二分布式反馈激光光源、扰偏器、环行器、单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、光纤反射镜以及被测光纤，所述环行器为三端口光环行器；其中，所述第一分布式反馈激光光源的光发射端口与扰偏器输入端口连接，扰偏器输出端口与环形器第一端口连接，环形器第二端口与被测光纤一端连接，被测光纤另一端连接第一波分复用器公共端口，第一波分复用器的输出端口分别与第二分布式反馈激光光源和光纤反射镜连接，所述环行器第三端口与单偏振光纤一端连接，单偏振光纤另一端与第二波分复用器的公共端口连接，第二波分复用器的输出端口分别连接第一光电探测器和第二光电探测器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一分布式反馈激光光源和第二分布式反馈激光光源均采用直流驱动。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一分布式反馈激光光源中心波长等于所述第一波分复用器其中一个输出端口的中心波长，所述第二分布式反馈激光光源中心波长等于第一波分复用器其中一个输出端口的中心波长，所述第一分布式反馈激光光源中心波长与第二分布式反馈激光光源中心波长不同，所述第二波分复用器与所述第一波分复用器技术参数一致。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光电探测器用于探测第一分布式反馈激光光源的光信号，所述第二光电探测器用于探测第二分布式反馈激光光源的光信号。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光电探测器和第二光电探测器均为PIN型光电探测器。6.一种单纤双向铁路光缆安全监测方法，所述方法应用于权利要求1
‑
5任一所述的系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对第一光电探测器、第二光电探测器信号进行AD采样，并设置信号处理平滑窗口；选取第一光电探测器AD采样信号的第1至N个点的均值记为X1，第2至N+1个点的均值记为X2，第3至N+2个点的均值记为X3，依次类推,获取相邻均值之间差值的绝对值
△
X；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超东，刘立海，王伟力，沈怡彦，杨海，沈列洪，崔国兴，邱建辉，王治强，程久洲，江浩，王锐，栗敏，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：