如今光纖通訊已被廣泛使用，光纜網(wǎng)絡(luò)更是成為鐵路系統(tǒng)主要的傳輸媒體，在線式光纖故障監(jiān)測系統(tǒng)在保障鐵路運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)安全、基礎(chǔ)資料管理及減少網(wǎng)絡(luò)維護(hù)量等方面都能起到重要作用，本文講述利用OTDR值班法和衰耗監(jiān)測法兩種方式實(shí)現(xiàn)在線式光纜故障監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成、原理和特點(diǎn)。

　　《光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)》雜志是創(chuàng)辦于1967年，是公開發(fā)行的通信專業(yè)科技期刊，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號為ISSN1006-1908，國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN31-1480/TN。主管單位是信息產(chǎn)業(yè)部，主辦單位是中國電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所。每期約有十萬字，逢雙月出版，全國郵局發(fā)行，郵發(fā)代號：4-562，征訂量大面廣，影響巨大,擁有廣泛而穩(wěn)定的讀者群，發(fā)行范圍主要涉及全國各大電信公司，光纖、光纜、光無源器件、光通信系統(tǒng)、通信電纜、射頻電纜、特種線纜和微波傳輸線及其連接器等研制和生產(chǎn)廠家，及其相關(guān)配套的設(shè)備、材料供應(yīng)商，大專院校和科研單位，各地圖書館等。

　　隨著光纖通信的普及，鐵路系統(tǒng)各部門所轄的光纜數(shù)量越來越多，其維護(hù)量越來越大。據(jù)了解，目前鐵路系統(tǒng)對光纜故障的監(jiān)測主要有兩個(gè)途徑：一是通過定期的例行測試(如周測、月測和季測)發(fā)現(xiàn)故障;二是當(dāng)光纜出現(xiàn)故障而造成設(shè)備告警，再測試查找故障點(diǎn)。上述方法的共同缺點(diǎn)是：只有在故障大到產(chǎn)生的光纖衰耗增加值超過光纜線路維修余量與設(shè)備維修余量之和時(shí)，設(shè)備才出現(xiàn)告警，無法及時(shí)獲得故障信息，給故障處理帶來麻煩，且測試工作量大，浪費(fèi)人力、物力，還會產(chǎn)生人為因素而造成的測試不準(zhǔn)確。因此對光纜進(jìn)行不間斷監(jiān)測的自動監(jiān)測系統(tǒng)代替原始落后的監(jiān)測手段非常必要，在線式光纜故障監(jiān)測系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)這一目的。

　　一、系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)由以下模塊組成：1光功率監(jiān)測模塊。模塊通過3%的分光器采集光纜線路光信號告警，通過RS232接口傳送給主控模塊。光功率告警采集單元對光纜上的光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜上出現(xiàn)的斷纖，衰耗增大等故障。2OTDR測試模塊：監(jiān)測站的核心測量模塊，通過發(fā)射窄的激光脈沖并檢測光纖的后向散射信號，采集被監(jiān)測光纖的性能數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障并確定故障的性質(zhì)和位置。3控制模塊：監(jiān)測站的主控單元，控制監(jiān)測站各個(gè)模塊完成對光纜線路的性能采集、故障監(jiān)測及通信。4WDM/ OSW模塊：包括波分復(fù)用器、光濾波器、光開關(guān)等無源光器件，主要用于光纜線路的在線監(jiān)測，提供多條光纖測試路由的接入,滿足各種情況下系統(tǒng)的組網(wǎng)要求。可通過兩種方法來實(shí)現(xiàn)：OTDR值班法和衰耗監(jiān)測法。

　　該監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備放置在通信機(jī)房光端機(jī)與ODF架之間，由始端設(shè)備與末端設(shè)備兩部分組成。方式不同，始末端設(shè)備的構(gòu)成也不一樣，如下圖幾種構(gòu)成方式：

　　二、工作原理

　　以λ=1310nm為傳輸光波信號、λ=1550nm為監(jiān)測光波信號為例，進(jìn)行介紹：

　　1、OTDR值班法

　　在始端，OTDR發(fā)出1550nm監(jiān)測光波送往光開關(guān)，光開關(guān)在監(jiān)測中心微機(jī)的控制下選擇被測光纖，之后監(jiān)測光通過濾波器進(jìn)入合波器(WDM)器件，與光端機(jī)發(fā)出的1310nm傳輸信號合成送入ODF架，再通過ODF架進(jìn)入光纜。由此OTDR可測得監(jiān)測光波在光纜中傳輸?shù)幕夭〒p耗曲線和損耗值，并將測得結(jié)果送往監(jiān)測中心的微機(jī)。然后，在微機(jī)的控制下光開關(guān)轉(zhuǎn)到下一條光纖進(jìn)行測試，如此往復(fù)不斷，可對每條光纖進(jìn)行測試。

　　在確認(rèn)光纜無故障的情況下，測得的結(jié)果(包括曲線和損耗值)可作為初始值或標(biāo)準(zhǔn)曲線在電腦中保存。以后每次測得的結(jié)果與之相比較就可以判斷出故障情況(大小、位置等)。可設(shè)定一個(gè)門限值(如0.3dB)，當(dāng)光纖某一點(diǎn)或總衰耗發(fā)生變化超過此值時(shí)，電腦記錄該光纖號、保存并打印衰耗曲線，還可以通過最快捷的方式(如電話、傳真等)發(fā)送到指定地點(diǎn)或通知相關(guān)人員。

　　當(dāng)故障維修處理完畢后，應(yīng)重新設(shè)置該光纖的初始值和標(biāo)準(zhǔn)曲線。濾波器是為避免監(jiān)測波進(jìn)入光端機(jī)或傳輸波進(jìn)入監(jiān)測器而設(shè)置的，不可省略。在末端，用濾波器來濾除1550nm的監(jiān)測信號，僅允許1310nm的傳輸信號進(jìn)入光端機(jī)，濾波器可設(shè)在ODF架上。

　　2、衰耗監(jiān)測法

　　在始端，光源發(fā)出1550nm監(jiān)測信號送往光開關(guān)，并將發(fā)光功率值傳遞到監(jiān)測中心的電腦中。光開關(guān)在電腦的控制中選擇被測光纖，監(jiān)測波通過濾波器后，在合波器(WDM器件)上與1310nm的傳輸波一起經(jīng)ODF架送往光纜。

　　在末端，監(jiān)測波通過分波器(WDM器件)與傳輸波分離，經(jīng)過濾波、光開關(guān)送往功率監(jiān)測，測出收光功率值。該值通過數(shù)據(jù)發(fā)送器和末端站數(shù)字設(shè)備，占用一個(gè)數(shù)據(jù)通道送回始端站。

　　在始端站，數(shù)據(jù)通過數(shù)字設(shè)備和數(shù)據(jù)接收器送往監(jiān)測中心。監(jiān)測中心收到的光源發(fā)光功率與末端送來的收光功率之差，為監(jiān)測系統(tǒng)與被測光纖的總衰耗。通過光開關(guān)的動作，即可測得所有光纖的總衰耗。

　　當(dāng)確認(rèn)監(jiān)測系統(tǒng)各部件穩(wěn)定而光纜線路又無故障時(shí)，測得的每條光纖的總衰耗可作為初始值在電腦中保存，作為判斷故障的標(biāo)準(zhǔn)。以后每次測得的衰耗值與之進(jìn)行比較，其變化超過設(shè)置的門限值時(shí)，表明有故障出現(xiàn)，電腦自動記錄纖號、保存結(jié)果并傳送到指定地點(diǎn)或通知相關(guān)人員。

　　維護(hù)人員得到通知后，再用OTDR或其它方式對該光纖進(jìn)行測試，分析原因，找出故障點(diǎn)，并采取措施進(jìn)行維護(hù)。

　　如果末端站有幾個(gè)時(shí)，應(yīng)在始端站的數(shù)字設(shè)備與監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收器之間加裝電子開關(guān)，用以選擇接收不同末端站的數(shù)據(jù)信息。

　　始末端站的光開關(guān)要保持同步，以免出現(xiàn)錯(cuò)誤。而電子開關(guān)要在測試完始端站與一個(gè)末端站間的所有光纖后在電腦的控制下動作，轉(zhuǎn)換到與下一個(gè)末端站相關(guān)的數(shù)字設(shè)備上，繼續(xù)測試。

　　三、系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　1、共同特點(diǎn)

　　(1)、可以將門限值設(shè)置在較小的范圍內(nèi)，對光纜衰耗特性的微小變化能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而減少了對系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響;

　　(2)、未改變原系統(tǒng)傳輸方式和途徑，對原系統(tǒng)基本不產(chǎn)生影響，僅由于增加濾波器和WDM器件，而產(chǎn)生一些光衰耗(1-2dB左右);

　　(3)、由于是全自動測試，除設(shè)備維護(hù)人員外，可不設(shè)專人值班;

　　(4)、因要連續(xù)工作，各部件穩(wěn)定性要強(qiáng)、使用壽命要長。

　　2、各自特點(diǎn)

　　OTDR值班法

　　(1)、OTDR能夠直接提供衰耗曲線，因此比較直觀，能夠準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，并可根據(jù)曲線變化，分析故障原因。

　　(2)不占用信息通道，原理簡單，對原系統(tǒng)改動較少，影響也小。

　　(3)、受OTDR平均化處理的速度影響，測試速度較慢，一般一條光纖大約需要十幾秒。

　　(4)、受OTDR動態(tài)范圍的影響，測試距離受限。

　　(5)、OTDR費(fèi)用較高。

　　衰減監(jiān)測法

　　(1)、測試速度快，是OTDR值班法的幾千倍以上;

　　(2)、測試距離長;

　　(3)、費(fèi)用較低;

　　(4)、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在傳輸系統(tǒng)中增加器件多，插入損耗大;

　　(5)、占用數(shù)據(jù)通道;

　　(6)、不直觀，無法直接找到故障點(diǎn)。

　　四、結(jié)束語

　　以上所介紹的只是"在線式光纜故障監(jiān)測系統(tǒng)"的原理和初步設(shè)計(jì)思想，要達(dá)到實(shí)用階段還需要解決許多技術(shù)問題。在線式光纜故障監(jiān)測系統(tǒng)是光纜維護(hù)管理的先進(jìn)設(shè)備，對眾多光纜線路連續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與管理，直觀的掌握光纜線路傳輸質(zhì)量情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜障礙和隱患，縮短光纜故障搶修歷時(shí)是非常重要的。