一种光缆路由识别和故障诊断系统及方法
技术领域
本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及一种光缆路由识别和故障诊断系统及方法。
背景技术
现有光缆路由需要人工采集，且光缆的故障诊断需要依赖分段设置的光缆接头盒来指示故障，对于距离较长的光缆进行分段，部署光缆接头盒十分不便。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种光缆路由识别和故障诊断系统，可实现数据采集器的唯一身份识别、地理位置自动定位及故障诊断；本发明还提供了一种光缆路由识别和故障诊断方法。
根据本发明第一方面实施例的一种光缆路由识别和故障诊断系统，包括：脉冲光源，用于输出脉冲光波；环形器，所述环形器具有第一端口、第二端口、第三端口；所述环形器的第一端口与脉冲光源的输出端连接；通信光纤，所述通信光纤的一端与所述环形器的第二端口连接；多个数据采集器，依次间隔设置于所述通信光纤上以构成光缆路由，多个所述数据采集器用于生成包含位置数据和唯一识别信息码的物理信号并作用于所述通信光纤的外层以使所在位置的通信光纤回传按一定规则发生应变的光波信号；光电探测器，所述光电探测器的输入端与所述环形器的第三端口连接，用于接收所述通信光纤回传的按规则应变的光波信号；主控模块，分别于所述脉冲光源、光电探测器电性连接以用于控制脉冲光源的输出、控制光电探测器的接收以及识别按规则应变的光波信号与故障诊断。
根据本发明第一实施例的光缆路由识别和故障诊断系统，至少具有如下有益效果：本实施例将光纤定位、光纤传感、故障诊断与光线路由相结合，将数据采集器的位置数据和唯一识别信息码组合编码后在光缆外层进行应变激励，利用光纤受外部物理信号应变激励时波形变化的传感特性，从而实现光线路由的唯一身份识别和地理位置自动定位，重复测量前后两次的波形强度即可实现光缆路由故障诊断。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述数据采集器包括壳体以及设置在所述壳体内的电源、控制芯片、应变器、定位芯片、唤醒开关，所述电源为所述控制芯片、应变器、定位芯片、唤醒开关供电，所述定位芯片用于采集所述数据采集器的位置数据以提供给所述控制芯片，所述唤醒开关用于将待机状态下的所述控制芯片唤醒到工作状态，所述控制芯片用于将唯一识别信息码与所述数据采集器的位置数据按照一定规则组合编码并控制所述应变器输出相应的物理信号，所述通信光纤与所述应变器相接触。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述壳体包括相互扣合连接的上盖、下盖，所述上盖、下盖扣合时构成具有供通信光纤穿设的通道，所述通道内侧具有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有柔性电路板，柔性电路板用于安装所述电源、控制芯片、应变器、定位芯片、唤醒开关。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述应变器为电磁振动器、加热器或应力发生器。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述应变器为电磁振动器，所述电磁振动器的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述壳体上设置有控制所述电源供电的触发开关。
根据本发明第二方面实施例的一种光缆路由识别和故障诊断方法，包括以下步骤：控制脉冲光源发送脉冲光波；脉冲光波经环形器进入依次间隔设置有多个数据采集器的通信光纤；所述数据采集器生成包含位置数据和唯一识别信息码组合编码的物理信号，并作用于数据采集器所在位置的通信光纤外层，以使通信光纤回传的光波信号按一定规则发生应变；控制光电探测器接收所述通信光纤中经环形器回传的光波信号生成按规则应变的光波信号；光电探测器将其接收的按规则应变的光波信号传输给主控模块，并由主控模块识别按规则应变的光波信号以解码出所述数据采集器的位置数据和唯一识别信息码；将所述数据采集器的位置数据、唯一识别信息码及相应的光波信号强度记为初始路由信息；重复上述步骤，将后续测试的路由信息与初始路由信息进行比对，如不一致则判断为该位置的光缆路由故障。
根据本发明第二实施例的一种光缆路由识别和故障诊断方法，至少具有如下有益效果：本实施例将光纤定位、光纤传感、故障诊断与光线路由相结合，将数据采集器的位置数据和唯一识别信息码组合编码后在光缆外层进行应变激励，利用光纤受外部物理信号应变激励时波形变化的传感特性，从而实现光线路由的唯一身份识别和地理位置自动定位，重复测量前后两次的波形强度即可实现光缆路由故障诊断。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述后续测试的路由信息与初始路由信息进行比对时，若光波信号强度低于所述初始路由信息的光波信号强度，则判断为该位置的光缆路由衰耗；若后续测试的路由信息未检测到，则判断该位置的光缆路由前方出现中断。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述的一种光缆路由识别和故障诊断方法还包括计算数据采集器的距离，距离L＝t12*c*r/2，其中t12为脉冲光源发送时间与光电探测器接收时间之差，c为光速，r为群折射率。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述物理信号为振动信号，所述振动信号的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的光缆路由识别和故障诊断系统原理图；
图2为本发明第一方面实施例的数据采集器原理图；
图3为本发明第一方面实施例的数据采集器壳体结构示意图；
图4为本发明第二方面实施例的光缆路由识别和故障诊断方法流程图。
附图标记：
脉冲光源100、环形器200、通信光纤300；
数据采集器400、壳体410、上盖411、下盖412、通道413、环形凹槽414、柔性电路板415、电源420、控制芯片430、应变器440、定位芯片450、唤醒开关460、触发开关470；
光电探测器500、主控模块600。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的一种光缆路由识别和故障诊断系统，包括：脉冲光源100，用于输出脉冲光波；环形器200，所述环形器200具有第一端口、第二端口、第三端口；所述环形器200的第一端口与脉冲光源100的输出端连接；通信光纤300，所述通信光纤300的一端与所述环形器200的第二端口连接；多个数据采集器400，依次间隔设置于所述通信光纤300上以构成光缆路由，多个所述数据采集器400用于生成包含位置数据和唯一识别信息码的物理信号并作用于所述通信光纤300的外层以使所在位置的通信光纤300回传按一定规则发生应变的光波信号；光电探测器500，所述光电探测器500的输入端与所述环形器200的第三端口连接，用于接收所述通信光纤300回传的按规则应变的光波信号；主控模块600采用FPGA，分别于所述脉冲光源100、光电探测器500电性连接以用于控制脉冲光源100的输出、控制光电探测器500的接收以及识别按规则应变的光波信号与故障诊断。
上述环形器200用于实现光波的耦合，将脉冲光波输出到通信光纤300，并将通信光纤300中回向反射、散射光波输出到光电探测器端，数据采集器400用于产生一定规则的包含位置数据和唯一识别信息码的应变频率序列，当发生应变时通信光纤300所反射和散射的光波信号会伴随应变频率同步发生波长变化，主控模块600控制光电探测器500的接收以及识别按规则应变的光波信号，识别以后再跟后续采集的光波信号比较以实现故障诊断。
本实施例将光纤定位、光纤传感、故障诊断与光线路由相结合，将数据采集器的位置数据和唯一识别信息码组合编码后在光缆外层进行应变激励，利用光纤受外部物理信号应变激励时波形变化的传感特性，从而实现光线路由的唯一身份识别和地理位置自动定位，重复测量前后两次的波形强度即可实现光缆路由故障诊断。
在本发明第一方面的一些实施例中，如图2、图3所示，数据采集器400包括壳体410以及设置在所述壳体410内的电源420、控制芯片430、应变器440、定位芯片450、唤醒开关460，所述电源420为所述控制芯片430、应变器440、定位芯片450、唤醒开关460供电，所述定位芯片450用于采集所述数据采集器400的位置数据以提供给所述控制芯片440，所述唤醒开关460用于将待机状态下的所述控制芯片440唤醒到工作状态，所述控制芯片440用于将唯一识别信息码与所述数据采集器400的位置数据按照一定规则组合编码并控制所述应变器440输出相应的物理信号，所述通信光纤300与所述应变器440相接触。其中控制芯片430控制应变器400按一定规则进行应变，按一定时间规则进行应变，将该规则转换成相应的长短信号或者0、1信号，结合系统的可操作性和方便性，最终优选0、1信号将二进制码转换成应变信号。
其中，定位芯片450采用小尺寸、低功率定位芯片，且兼容GPS、北斗卫星定位。唤醒开关460采用振动开关，当人为晃动数据采集器时，振动开关启动并唤醒主控模块600进行工作。
在本发明第一方面的一些实施例中，如图3所示，所述壳体410包括相互扣合连接的上盖411、下盖412，所述上盖411、下盖412扣合时构成具有供通信光纤300穿设的通道413，所述通道413内侧具有环形凹槽414，所述环形凹槽414内设置有柔性电路板415，柔性电路板415用于安装所述电源420、控制芯片430、应变器440、定位芯片450、唤醒开关460。其中，电源420采用柔性电池，考虑到系统长时间处于待机状态，且实际用户需求使用寿命并不长，所以，可以采用相对薄款的柔性电池。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述壳体410上设置有控制所述电源420供电的触发开关470。触发开关470使用压条进行压触，压触时电源供电关闭，当智能接头盒使用时需拔出压条，压条拔出后电源开始供电，系统正常工作。为节能需要采用触发开关470，只有上下盖固定在光缆上，光缆接触触发开关470才启动数据采集器400；定位芯片450启动频率采用间隔较长时间启动一次；振动信号发送也采用较长时间启动一次，这样节省能耗。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述应变器440为电磁振动器、加热器或应力发生器。但考虑时间控制、耗能控制等因素(如由于加热器不利于散热控制)，最终考虑使用电磁控制的振动器；单次振动，其振动波形存在一定的特征，但是由于其受干扰和距离等因素影响，要识别到准确的特征点其准确率有风险，但是，本方案只是识别到振动和连续振动时间，这就容易实现。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述应变器440为电磁振动器，所述电磁振动器的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。唤醒开关460采用振动开关，振动开关的启动力量大于电磁振动器，避免电磁振动器振动时干扰振动开关；当现场进行故障点查找时，可大力摇动数据采集器，摇动力量触发振动开关，振动开关启动，并向光缆振动响应时长的数据信息；如果主站系统的主控模块600能检查到该数据采集器的信息，且与初始数据一致，则表明该数据采集器前方光缆正常，如果能量减弱则该点前方出现衰耗，如果没有检测到该数据采集器则认为该点前方出现中断。
如图4所示，根据本发明第二方面实施例的一种光缆路由识别和故障诊断方法，包括以下步骤：控制脉冲光源发送脉冲光波；脉冲光波经环形器进入依次间隔设置有多个数据采集器的通信光纤；所述数据采集器生成包含位置数据(如经纬度)和唯一识别信息码组合编码(按照一定的二进制编组规则，形成应变时间和间隔时间组合)的物理信号，并作用于数据采集器所在位置的通信光纤外层，以使通信光纤回传的光波信号按一定规则发生应变；控制光电探测器接收所述通信光纤中经环形器回传的光波信号生成按规则应变的光波信号；光电探测器将其接收的按规则应变的光波信号传输给主控模块，并由主控模块识别按规则应变的光波信号以解码出所述数据采集器的位置数据和唯一识别信息码；将所述数据采集器的位置数据、唯一识别信息码及相应的光波信号强度记为初始路由信息；重复上述步骤，将后续测试的路由信息与初始路由信息进行比对，如不一致则判断为该位置的光缆路由故障。
本实施例将光纤定位、光纤传感、故障诊断与光线路由相结合，将数据采集器的位置数据和唯一识别信息码组合编码后在光缆外层进行应变激励，利用光纤受外部物理信号应变激励时波形变化的传感特性，从而实现光线路由的唯一身份识别和地理位置自动定位，重复测量前后两次的波形强度即可实现光缆路由故障诊断。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述物理信号为振动信号、温度信号或应力信号。由于当光纤受到外界环境(如温度，压力，振动等)影响时，光纤中传输光的强度，相位，频率，偏振态等参量将会相应的发生变化。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述后续测试的路由信息与初始路由信息进行比对时，若光波信号强度低于所述初始路由信息的光波信号强度，则判断为该位置的光缆路由衰耗；若后续测试的路由信息未检测到，则判断该位置的光缆路由前方出现中断。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述的一种光缆路由识别和故障诊断方法还包括计算数据采集器的距离，距离L＝t12*c*r/2，其中t12为脉冲光源发送时间与光电探测器接收时间之差，c为光速，r为群折射率。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述物理信号为振动信号，所述振动信号的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
