运用光纤传感中震动原理在通信维护中的运用

光纤传感中震动原理在通信中的运用（LTR1550系列光缆普查仪在通信中的优势）作者：王志刚LTR从1966年英籍华人高锟博士提出光纤通信到现在，光纤光缆在通信领域得到飞速发展，起到了不可替代的作用，并且在近几年将会完成全光网络的发展。我国从1977年“光纤之父”赵梓森院士在武汉邮科院生产出第一个光纤到1982年我国第一条光纤实用化工程武汉八二工程的完工，开始了光纤通信轰轰烈烈的大建设，同时光纤的施工和维护的技术也不断成熟。纵观我国光纤光缆工程的建设大家会发现，施工单位能很熟练的完成一个光缆工程的施工，但很难找到在室外自己需要的拿条光缆。特别是现在慢慢向全光网络发展，同一个人、手井里面会出现同一个厂家、同一个型号和同样芯数的光缆会有好几十条。因为我国市政和绿化部门的审批很难和很慢批下来，所以造成了同一条通信管道中有移动、联通、电信、广电等等不同通信运营商的同一个厂家、同一个型号和同样芯数的光缆。并且很多光缆在施工过程中光缆表面的字体很多都被拖模糊了。这样给后期的维护和割接工作带来了非常大的麻烦。通过光纤震动感应的原理来识别光缆不断打破了传统切断、弯曲和冷冻破坏性识别的误区并且在识别距离上得到大大的提升，最长可以做到80km。光纤传感技术伴随光纤通信技术的发展而兴起，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。所谓感知，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即感知外界信号的变化。所谓传输，是指光纤将受到外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理。技术壁垒依然存在既能感知，又能传输是光纤传感技术的最大特点，在光纤传感领域拥有很高造诣的南京大学工程管理学院张旭苹教授指出光纤传感技术是物联网的重要技术之一。张旭苹教授通俗简明地介绍了光纤传感技术的基本工作原理：当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。系统软件会对声波进行分析处理，从而获取有价值的信息。光纤传感技术能够实现大范围测量场中分布信息的提取，因而可解决目前测量领域的众多难题，如：分布式温度传感器可用于大、中型变压器、发电机组和油井的温度分布测量，大型仓库、油库、高层建筑、矿井和隧道的火灾防护及报警系统等领域；分布式应力传感器可用于桥梁、堤坝等设施的安全检测，航空、航天飞行器等大型设备老化程度的检测，智能材料制备等领域。光纤传感早在1970就受到各国的重视，并且广泛应用到各个领域，但每个领域应用的传感技术不一样，具体见下图。在我国，光纤传感技术也有广泛的应用，最新的消息就是即将开建的京沪高铁将会大范围应用光纤传感技术。但是由于光纤传感技术的核心专利大多掌握在欧美等国家手中，虽然各国逐步向中国开放其产品，但价格昂贵，还无法在国内进行大范围推广。另一方面，该技术还存在许多保密因素，更增加了其在推广、使用和维护方面的困难。而作为重要场所的周界防范系统，其系统的运行和维修都必须是实时的，不能中断。与传统的传感器相比，光纤传感器具有独特的优点：(1)灵敏度高由于光是一种波长极短的电磁波，通过光的相位便得到其光学长度。以光纤干涉仪为例，由于所使用的光纤直径很小，受到微小的机械外力的作用或温度变化时其光学长度要发生变化，从而引起较大的相位变化。假设用10米的光纤，l℃的变化引起1000ard的相位变化，若能够检测出的最小相位变化为0.01ard，那么所能测出的最小温度变化为l0℃，可见其灵敏度之高。(2)抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，并且安全可靠，这使它可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。(3)测量速度快光的传播速度最快且能传送二维信息，因此可用于高速测量。对雷达等信号的分析要求具有极高的检测速率，应用电子学的方法难以实现，利用光的衍射现象的高速频谱分析便可解决。(4)信息容量大被测信号以光波为载体，而光的频率极高，所容纳的频带很宽，同一根光纤可以传输多路信号。(5)适用于恶劣环境光纤是一种电介质，耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰，可用于其它传感器所不适应的恶劣环境中。此外，光纤传感器还具有质量轻、体积小、可绕曲、测量对象广泛、复用性好、成本低等特点。通信领域中LTR1550系列光缆普查仪应用的原理是振动、加速度和压力原理。常见的光纤振动传感器是基于双环马赫-泽德干涉的分布式光纤振动传感器。工作原理是发射激光器发出直流单色光波，通过光纤耦合器分别沿正向和反向耦合进入两芯传感的光纤，形成正、反向环路马赫-泽德干涉光信号；当光纤受到沿线外界振动干扰后，将会引起光波在光纤传输中相位的变化，形成基于双环马赫-泽德干涉的光信号相位调制传感信号，通过光纤耦合器和光环行器传送至光电探测器，检测干涉光信号的光强变化，实现光纤振动报警。我公司生产的运用光纤传感中震动原理的LTR1550系列光缆普查仪在这个方面全面解决了这个难题，再维护工程师和施工工程师无法找到自己需要的目标光缆的时候，只需要在局端在目标光缆上接上LTR1550系列光缆普查仪，在需要查找的地方敲打光缆，在局端LTR1550系列光缆普查仪上通过图像、声音和指示灯来准确的识别目标光缆。这样就避免了错误割接和错误标识带来的损失。特别是全光网络的推广，很多都是从局端出来大芯数光缆然后到达需要的地点进行分支，有时候出现同孔同沟有不通营运商的同样芯数的光缆，如果割接到别的营运商的光缆上后果将不堪设想，这个时候就特别需要一个能找出目标线缆的仪表，LTR1550系列光缆普查仪正好能满足这个需求。其工作方法如下图：图1在局端用LTR1550系列光缆普查仪连接上目标光缆，然后再远端的人手孔或者直埋光缆等可以触摸到得光缆上，通过清清的敲打来准确的寻找目标光缆，过原理图见图2.图2识别方面，早期的查找方法是通过路由探测仪连接金属加强芯来查找，但一般加强芯在第一盘光缆后就断开了，所以最多只能查找出一盘光缆的距离，并且查找过程非常复杂。后期也有通过采取弯折、切断、冷冻或者一些其他的可能损坏光纤/光缆的处理方法，但这些方法都会中断业务影响正常的通信。LTR1550系列光缆普查仪不断不需要破坏光缆外皮并且敲打的力度很小，完全不会影响正常的通信。准确性方面，LTR1550系列光缆普查仪采用的是波形、声音和指示灯三种判断方法，并且在测试前内部智能程序在自检时做好了复杂环境分析，使得操作时尽量不受外部环境打扰。我们还可以通过远端工程师做连续的3次或者4次敲打看波形来确定我们需要的光缆。工作原理为，仪表反射一个高稳定的白光源光给被测试光缆，通过光纤时域原理，接收菲利尔反射光，当被测试光缆被击打时菲利尔反射光会有一定偏移，LTR1550系列光缆普查仪捕捉到这些偏移光，通过图像、声音和指示灯来显示出来。到达准确找到光缆的目的。如下图3，还可以通过三个判断方法的综合来判断，使判断更加准确，这样的形式方法是别的同等仪表是无法做到的。图3不同光缆状态判断方面，LTR1550系列光缆普查仪在运用感应的同时对接收感应器件上做了很多技术更新，从而满足了不同线路环境的需要，比如在中继段有跳接的情况下LTR1550系列光缆普查仪也可以测试过去，但测试距离上将有一定减少。在测试对端没有成端的情况下我公司的仪表也能测试出去，当然从震动感应器的工作原理上判断是无法测试过去的。早期也有一些把光纤感应震动原理运用到通信上的设备和仪表，但主要使用在安防上面，并且使用的是双纤，这样的使用方法不太适合光纤光缆的识别。主要原因有三个，一个是使用方不大可能到对端去做还回，这样会浪费很大的人力和物理，并且还回的光纤因为有很高的回损将会影响测试距离，二个是早期的换回方法测试距离不是很远，第三个是没有结果软件处理不能测试断纤和中间跳接的部分。相对来说LTR1550系列光缆普查仪有如下几个产品特点：技术特点：1、可通过单纤或者单双纤环回（选件）远端敲打测试2、通过波形图像、声音、指示灯方式来识别目标光缆3、直观大屏幕显示，触摸屏按键4、可测试通过中继段与中继段间的活动跳线连接（限10KM内，我公司独有）5、可以测试广电的APC头终端（我公司独有）6、具有距离单位扩展功能（我公司独有）7、可测试对段非成端线路和意外断点（测试距离会大打折扣，我公司独有）随着光纤网络的发展，光缆的使用量越来越大，越来越广光缆查询将得到更多的使用，为广大光缆使用着提供更多的服务。参考文献:1、国家电子科技集团第八研究所淮南2320012、中国信息化建设步伐孙杰贤