一种直流光定位型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直流光定位型铁路光缆安全监测系统与方法，包括：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，扰偏器输出端口与分光器公共端口连接，分光器的输出端口分别第一环行器的第一端口、第二环行器的第一端口相连，第一环行器第二端口、第二环行器第二端口分别连接被测光纤两端，所述被测光纤分布在铁路左右两端，通过过轨管道沟通左右侧，第一环行器第三端口与第一单偏振光纤连接，第一单偏振光纤另一端与第一光电探测器连接，所述第二环行器第三端口与第二单偏振光纤连接，第二单偏振光纤另一端与第二光电探测器连接。以解决利用光缆远端增加光纤反射镜或光源的方式，扰动事件对同一地点的往返信号均有影响的技术问题。影响的技术问题。影响的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种直流光定位型铁路光缆安全监测系统与方法


[0001]本专利技术涉及光缆检测
，具体涉及一种直流光定位型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。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。
[0003]当前市面上光缆在线监测系统大多根据《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
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1998)、光缆线路自动监测系统工程设计规范(YD/T5066
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2005)、光缆线路自动监测系统工程验收规范(YD/T5093
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2005)等相关规范进行设计、生产。该系统核心工作是利用在线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]在现有技术中需要在光缆的远端安装光源和光纤反射镜，实际应用中可能存在诸多不便；二是极端情况下，存在因扰动事件持续时间过长，导致信号重叠无法实现定位的问题。为解决上述问题，并充分利用铁路光缆在铁路左右侧分布的特点，本专利技术提出了一种直流光定位型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，本专利提出了一种直流光定位型铁路光缆安全监测系统与方法。该方案充分利用了铁路干线光缆左右侧敷设的特点，实现了对左右侧光缆同时进行监测；且不存在同一事件同时影响往返光缆造成干扰事件定位的问题，不会造成因事件持续时间长产生的信号重叠，从而无法区分事件时间差，造成事件无法定位的技术问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下，一种直流光定位型铁路光缆安全监测系统，包括第一分布式反馈激光光源、扰偏器、分光器、第一环行器、第二环行器、第一单偏
振光纤、第二单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器以及被测光纤；所述第一环行器和第二环形器为三端口光环行器；其中，
[0007]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，扰偏器输出端口与分光器公共端口连接，所述分光器的输出端口分别第一环行器的第一端口、第二环行器的第一端口相连，所述第一环行器第二端口、第二环行器第二端口分别连接被测光纤两端，所述被测光纤与过轨管道进行互通连接，所述第一环行器第三端口与第一单偏振光纤连接，第一单偏振光纤另一端与第一光电探测器连接，所述第二环行器第三端口与第二单偏振光纤连接，第二单偏振光纤另一端与第二光电探测器连接。
[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与直流驱动模块连接。
[0010]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。
[0011]进一步的，所述分光器为50:50分光器。
[0012]本专利技术还提供一种直流光定位型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：
[0013]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；
[0014]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；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；其中，N为平滑窗口宽度；
[0015]设定告警阈值为Z，分别获取相邻两点的差值的绝对值
△
X和
△
Y，将所述差值的绝对值与告警阈值Z进行比较，当
△
X大于阈值Z时，记录时间T1；当
△
Y大于阈值Z时，记录时间T2；计算T1、T2差值的绝对值
△
T；
[0016]当
△
T≥L/v时，判定为噪声等其他原因产生误报，舍弃T1、T2，重新开始以上采样及处理流程；当
△
T＜L/v时，根据计算模型，计算得到扰动事件发生位置；其中，v为光在光纤中的传播速度，L为被测的左右侧光纤总长度。
[0017]进一步的，所述计算模型为：
[0018][0019]其中，v为光在光纤中的传播速度，L为被测的左右侧光纤总长度，Lx为扰动事件发生位置距离第一环行器第二端口距离。
[0020]进一步的，所述将所述差值的绝对值与告警阈值Z进行比较之前，还包括，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。
[0021]进一步的，所述分别获取相邻两点的差值的绝对值
△
X和
△
Y,其中，
△
X为均值X序列中相邻两点的差值的绝对值，
△
Y为均值Y序列中相邻两点的差值的绝对值。
[0022]进一步的，所述AD采样频率优选为1G Sa/s。
[0023]与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
[0024]本专利技术系统利用分光器将同一光源信号分别注入到分布在铁路左右两侧的光纤中，再将光缆在某地进行环接，利用扰动事件对光纤回路中不同方向传播信号的时间差进
行定位，系统具有以下优点：
[0025]系统采用前向直流光探测方案，极大的提高了光缆破坏行为监测系统的信噪比，系统对光源模块无大功率的要求，对光电探测器灵敏度也无较高的要求，可大大提高系统的稳定性并降低系统复杂度和成本。
[0026]系统充分利用了铁路干线光缆左右侧铺设的特点，实现了对左右侧光缆同时进行监测；且不存在同一事件同时影响往返光缆造成干扰事件定位的问题。系统利用左右侧光缆将往返光信号分开，扰动事件仅作用在往返光缆上的一个点，不会造成因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流光定位型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、扰偏器、分光器、第一环行器、第二环行器、第一单偏振光纤、第二单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器以及被测光纤；所述第一环行器和第二环形器为三端口光环行器；其中，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，扰偏器输出端口与分光器公共端口连接，所述分光器的输出端口分别第一环行器的第一端口、第二环行器的第一端口相连，所述第一环行器第二端口、第二环行器第二端口分别连接被测光纤两端，所述被测光纤分布在铁路两侧并通过过轨管道进行互通连接，所述第一环行器第三端口与第一单偏振光纤连接，第一单偏振光纤另一端与第一光电探测器连接，所述第二环行器第三端口与第二单偏振光纤连接，第二单偏振光纤另一端与第二光电探测器连接。2.根据权利要求1所述的一种直流光定位型铁路光缆安全监测系统，其特征在于，所述第一分布式反馈激光光源与直流驱动模块连接。3.根据权利要求1所述的一种直流光定位型铁路光缆安全监测系统，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的一种直流光定位型铁路光缆安全监测系统，其特征在于，所述分光器为50:50分光器。5.一种直流光定位型铁路光缆安全监测方法，所述方法应用于权利要求1
‑
4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；将第一光电探测器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；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超东，刘立海，王雪，但文君，王贞凯，沙怡，代赛，李益锋，金立坪，俞彬，徐宣科，朱啸豪，吴雨秋，
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：