一种单纤双向融合定位型铁路光缆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融合定位型铁路光缆监测系统与方法，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，扰偏器输出端口与环行器第一端口连接，环行器第二端口连接被测光纤，被测光纤另一端与第一波分复用器的公共端口连接，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；环行器第三端口连接光开关的公共端口，光开关的输出端分别与单偏振光纤和第三光电探测器连接，单偏振光纤的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与第一光电探测器和第二光电探测器连接。本发明专利技术结合光缆在线监测的各项需求，进行系统架构设计，实现铁路光缆监测系统的主要功能。功能。功能。

【技术实现步骤摘要】
一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统与方法


[0001]本专利技术涉及铁路光缆在线监测领域，具体涉及一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统与方法。

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。现有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。
[0003]在现有技术中，利用光时域反射技术进行事件定位的技术，由于脉冲光的背向散射光强度非常弱，因此系统信噪比不高，需要进行平均去噪、小波去噪等技术进行去噪，这将会损失系统的响应时效性提升系统复杂度。当利用前向直流光进行监测时，发射端和接收端往往不在同一位置，一般需要在双端对信号进行采集，采集到的数据需要进行时间对准：由于光速很快，即使1μs的时间误差对应100m的空间定位误差，因此这对对时系统要求较高，这将提高监测系统的工程实施复杂度。

技术实现思路

[0004]基于上述表述，本专利技术提供了一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统与方法，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；同时，融合了脉冲驱动，利用脉冲光实现对被测纤芯OTDR曲线的测量，结合光缆在线监测的各项需求，进行系统架构设计，实现铁路光缆在线监测系统的各项功能。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统，包括第一分布式反馈激光光源、扰偏器、环行器、光开关、单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、光纤反射镜、第二分布式反馈激光光源以及被测光纤，所述环形器分为第一端口、第二端口和第三端口，其中，
[0006]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
端口与环行器第一端口连接，所述环行器第二端口连接被测光纤，被测光纤另一端与第一波分复用器的公共端口连接，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；
[0007]所述环行器第三端口连接光开关的公共端口，光开关的输出端分别与单偏振光纤和第三光电探测器连接，所述单偏振光纤的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与第一光电探测器和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，所述扰偏器按照预设周期改变其工作状态。
[0010]进一步的，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，所述第一分布式反馈激光光源采用直流和脉冲双驱动，第二分布式反馈激光光源采用直流驱动。
[0011]进一步的，所述第一光电探测器和第二光电探测器为PI N型光电探测器，第三光电探测器为雪崩光电二极管型探测器。
[0012]根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统，包括第一分布式反馈激光光源、扰偏器、环行器、光开关、单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、光纤反射镜、第二分布式反馈激光光源以及被测光纤，所述环形器分为第一端口、第二端口和第三端口，所述第一分布式反馈激光光源采用直流和脉冲双驱动，其中，
[0013]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行器第一端口连接，
[0014]所述环行器第二端口连接被测光纤，被测光纤另一端与第一波分复用器的公共端口连接，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；
[0015]所述单偏振光纤分为第一单偏振光纤和第二单偏振光纤；
[0016]所述环行器第三端口连接第二波分复用器，第二波分复用器分别连接光开关的公共端口和第二单偏振光纤，所述光开关的输出端分别与第一单偏振光纤和第三光电探测器连接，所述第一单偏振光纤的另一端与第一光电探测器连接，所述第二单偏振光纤的另一端与第二光电探测器连接。
[0017]根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测方法，所述方法应用于上述所述的系统，所述系统分为OTDR工作模式、光缆安全监测工作模式；所述方法包括：
[0018]当系统发生扰动事件告警后或系统预设周期到达时切换至OTDR工作模式，对被测纤芯进行OTDR曲线测试，完成OTDR曲线测试后，保存测试结果并切回光缆安全监测工作模式。
[0019]进一步的，所述系统还包括光缆辅助查找工作模式，包括：
[0020]当需要系统辅助查找现场光缆时，由人工操作切换成光缆辅助查找工作模式；当运维需要时，指定系统工作在三种工作模式之一，直至切回OTDR工作模式。
[0021]进一步的，当系统工作在所述光缆安全监测模式时，包括以下步骤：
[0022]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；
[0023]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，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；分别获取相邻两点的差值的绝对值
△
X和
△
Y，其中，N为平滑窗口宽度；设定阈值Z，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；
[0024]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，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。
[0025]进一步的，当系统工作在所述OTDR工作模式时，包括以下步骤：
[0026]第一分布式反馈激光光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统，其特征在于，包括第一分布式反馈激光光源、扰偏器、环行器、光开关、单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、光纤反射镜、第二分布式反馈激光光源以及被测光纤，所述环形器分为第一端口、第二端口和第三端口，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行器第一端口连接，所述环行器第二端口连接被测光纤，被测光纤另一端与第一波分复用器的公共端口连接，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连接光开关的公共端口，光开关的输出端分别与单偏振光纤和第三光电探测器连接，所述单偏振光纤的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与第一光电探测器和第二光电探测器连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扰偏器按照预设周期改变其工作状态。3.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，所述第一分布式反馈激光光源采用直流和脉冲双驱动，第二分布式反馈激光光源采用直流驱动。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和第二光电探测器为PIN型光电探测器，第三光电探测器为雪崩光电二极管型探测器。5.一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测系统，其特征在于，包括第一分布式反馈激光光源、扰偏器、环行器、光开关、单偏振光纤、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一波分复用器、第二波分复用器、光纤反射镜、第二分布式反馈激光光源以及被测光纤，所述环形器分为第一端口、第二端口和第三端口，所述第一分布式反馈激光光源采用直流和脉冲双驱动，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行器第一端口连接，所述环行器第二端口连接被测光纤，被测光纤另一端与第一波分复用器的公共端口连接，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；所述单偏振光纤分为第一单偏振光纤和第二单偏振光纤；所述环行器第三端口连接第二波分复用器，第二波分复用器分别连接光开关的公共端口和第二单偏振光纤，所述光开关的输出端分别与第一单偏振光纤和第三光电探测器连接，所述第一单偏振光纤的另一端与第一光电探测器连接，所述第二单偏振光纤的另一端与第二光电探测器连接。6.一种单纤双向融合定位型铁路光缆监测方法，所述方法应用于权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超东，刘立海，崔国兴，王锐，杜华毅，王伟力，胡侃，徐龙，王治强，朱芳，程久洲，江浩，周松，沈怡彦，
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：