摘要：如今光纖通訊已被廣泛使用，光纜網絡更是成為鐵路系統主要的傳輸媒體，在線式光纖故障監測系統在保障鐵路運營網絡安全、基礎資料管理及減少網絡維護量等方面都能起到重要作用，本文講述利用OTDR值班法和衰耗監測法兩種方式實現在線式光纜故障監測系統的構成、原理和特點。

　　關鍵詞:光纖通信   故障   監測    研究

　　Abstract: The optical fiber communication is now widely used, fiber optic cable network it is to become the main transmission media railway system, optical fiber online fault monitoring system in the protection of railway operation network security, basic data management and reduce the network maintenance, etc can play an important role, this article narrated by OTDR duty method and attenuation monitoring of the two way realization of on-line monitoring system of fiber optic cable fault composition, principle and characteristics.

　　Keywords: optical fiber communication failure monitoring research

　　中圖分類號：[TN913.7]    文獻標識碼：A     文章編號：

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

　　一、系統組成

　　本系統由以下模塊組成：１光功率監測模塊。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行實時的監測，及時發現光纜上出現的斷纖，衰耗增大等故障。２OTDR測試模塊：監測站的核心測量模塊，通過發射窄的激光脈沖并檢測光纖的后向散射信號，采集被監測光纖的性能數據，發現故障并確定故障的性質和位置。３控制模塊：監測站的主控單元，控制監測站各個模塊完成對光纜線路的性能采集、故障監測及通信。４WDM/ OSW模塊：包括波分復用器、光濾波器、光開關等無源光器件，主要用于光纜線路的在線監測，提供多條光纖測試路由的接入,滿足各種情況下系統的組網要求。可通過兩種方法來實現：OTDR值班法和衰耗監測法。

　　該監測系統設備放置在通信機房光端機與ODF架之間，由始端設備與末端設備兩部分組成。方式不同，始末端設備的構成也不一樣，如下圖幾種構成方式：

　　圖1、OTDR值班法始端設備構成圖

　　圖2、衰耗監測法始端設備構成圖

　　圖3、衰耗監測法末端設備構成圖

　　二、工作原理

　　以λ=1310nm為傳輸光波信號、λ=1550nm為監測光波信號為例，進行介紹：

　　1、OTDR值班法

　　在始端，OTDR發出1550nm監測光波送往光開關，光開關在監測中心微機的控制下選擇被測光纖，之后監測光通過濾波器進入合波器（WDM）器件，與光端機發出的1310nm傳輸信號合成送入ODF架，再通過ODF架進入光纜。由此OTDR可測得監測光波在光纜中傳輸的回波損耗曲線和損耗值，并將測得結果送往監測中心的微機。然后，在微機的控制下光開關轉到下一條光纖進行測試，如此往復不斷，可對每條光纖進行測試。

　　在確認光纜無故障的情況下，測得的結果（包括曲線和損耗值）可作為初始值或標準曲線在電腦中保存。以后每次測得的結果與之相比較就可以判斷出故障情況（大小、位置等）。可設定一個門限值（如0.3dB），當光纖某一點或總衰耗發生變化超過此值時，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）發送到指定地點或通知相關人員。

　　當故障維修處理完畢后，應重新設置該光纖的初始值和標準曲線。濾波器是為避免監測波進入光端機或傳輸波進入監測器而設置的，不可省略。在末端，用濾波器來濾除1550nm的監測信號，僅允許1310nm的傳輸信號進入光端機，濾波器可設在ODF架上。

　　2、衰耗監測法

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

　　在末端，監測波通過分波器（WDM器件）與傳輸波分離，經過濾波、光開關送往功率監測，測出收光功率值。該值通過數據發送器和末端站數字設備，占用一個數據通道送回始端站。

　　在始端站，數據通過數字設備和數據接收器送往監測中心。監測中心收到的光源發光功率與末端送來的收光功率之差，為監測系統與被測光纖的總衰耗。通過光開關的動作，即可測得所有光纖的總衰耗。

　　當確認監測系統各部件穩定而光纜線路又無故障時，測得的每條光纖的總衰耗可作為初始值在電腦中保存，作為判斷故障的標準。以后每次測得的衰耗值與之進行比較，其變化超過設置的門限值時，表明有故障出現，電腦自動記錄纖號、保存結果并傳送到指定地點或通知相關人員。

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

　　如果末端站有幾個時，應在始端站的數字設備與監測系統的數據接收器之間加裝電子開關，用以選擇接收不同末端站的數據信息。

　　始末端站的光開關要保持同步，以免出現錯誤。而電子開關要在測試完始端站與一個末端站間的所有光纖后在電腦的控制下動作，轉換到與下一個末端站相關的數字設備上，繼續測試。

　　三、系統的特點

　　1、共同特點

　　(1)、可以將門限值設置在較小的范圍內，對光纜衰耗特性的微小變化能及時發現，從而減少了對系統正常運行的影響；

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

　　（3）、由于是全自動測試，除設備維護人員外，可不設專人值班；

　　（4）、因要連續工作，各部件穩定性要強、使用壽命要長。

　　2、各自特點

　　OTDR值班法

　　（1）、OTDR能夠直接提供衰耗曲線，因此比較直觀，能夠準確找到故障點，并可根據曲線變化，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動態范圍的影響，測試距離受限。

　　（5）、OTDR費用較高。

　　衰減監測法

　　（1）、測試速度快，是OTDR值班法的幾千倍以上；

　　（2）、測試距離長；

　　（3）、費用較低；

　　（4）、結構較復雜，在傳輸系統中增加器件多，插入損耗大；

　　（5）、占用數據通道；

　　（6）、不直觀，無法直接找到故障點。

　　四、結束語

　　以上所介紹的只是"在線式光纜故障監測系統"的原理和初步設計思想，要達到實用階段還需要解決許多技術問題。在線式光纜故障監測系統是光纜維護管理的先進設備，對眾多光纜線路連續進行實時監測與管理，直觀的掌握光纜線路傳輸質量情況，及時發現光纜障礙和隱患，縮短光纜故障搶修歷時是非常重要的。