光纖傳輸網絡在線監測系統的設計與研究

何文昭 劉藝智

【摘要】 本文提出了一種基于OTDR卡的光纖傳輸網絡在線監測系統，能夠便捷地檢測故障。所研究結果對于電力系統部門的光纖傳輸網絡在線監測系統的規劃與建設具有很好的參考價值。

【關鍵詞】 光纖傳輸 在線監測 OTDR

光纖傳輸較傳統的電纜傳輸設備，在電力測量優勢明顯，更適合用于高壓測量，容易與現代儀器數據無縫連接。大量使用光纖來實現電力系統業務，維護問題伴隨而來，如何管理維護光纖傳輸系統是電力管理部門的一個重要研究問題。

一、OTDR卡測試原理

OTDR卡即光時域反射儀，之所以能夠測試光纖狀態是利用了光纖傳輸的兩個物理現象：瑞利后向散射和菲涅爾反射。由于構成光纖的二氧化硅的成分不純凈，使得光纖出現折射率不均勻，造成光在光纖的傳播出現散射，當一部分光散射到光纖外引起光損耗時，稱為瑞利后向散射。光在均勻介質內傳輸是沿著直線方向，但如果在兩種介質中傳輸時，會在這兩種不同介質分界面發生反射與折射現象，這種反射、折射服從菲涅爾規律，也稱菲涅爾反射。那么在光纜進行測試，那么菲涅爾反射一定是出現在連接點或故障點。

光時域反射儀連接光纖網，通過OTDR的測試曲線可以判斷光纖傳輸有無事件發生。OTDR中光源按符合規定要求穩定的光信號發送到被測光纖網中；脈沖發射器是控制光源發送的時間，控制數據分析和顯示電路與光源同步工作，以得到正確的分析結果；定向耦合器是將光源發出的光耦合到被測光纖，并將光纖沿線各點反射回的光耦合到光檢測器中；光檢測器是將被測光纖反射回的光信號轉換為點信號；放大器是將光檢測器送來的電信號放大整形；數據分析及顯示是將反射回的信號與發送脈沖比較，計算出相關數據，并配有分析電路，為曲線分析提供支持。

二、光纖傳輸網絡在線監測系統的設計

光纖傳輸網絡在線監測系統由四種測試架構構成：脫機監測（off-line testing）架構；脫機實時告警監測（off-line real-time testing）架構；在線監測（on-line testing）架構；在線實時告警監測（on-line real-time testing）架構。其總體體系結構圖如圖2所示，四種結構中前兩者監測備用光纖（dark fiber），后兩者監測使用中光纖（active fiber）。為改善光纖的通信質量及縮短光纖完修時間，本光纜自動監測系統具有實時告警（Real Time Alarm）的功能，即在光纖產生狀況時，光纜自動監測系統可立即的反應并進行光纖量測，然后將量測數據以告警的方式通知管理及線路維修人員進行光纖修復作業。

中央監測站 TSC（Test System Controller）是RFTS系統監控的數據匯集及分析中心，也是整個監控系統的管理中心。TSC中央監控站可管理及監控各個遠程光纜監測器（RTU）。為方便維護人員操作，TSC亦可提供可攜式監測臺及機房監控臺作為現場監控平臺。每一臺TSC均可監控RTU所監測的光纖狀態、運作情況、指定測試及分析芯線，并可針對需要進行分析統計、修改系統設定等功能，此外在管理上亦可因應用戶需要作不同的規劃。

工作終端機 WS（Work Station）工作終端機安裝于各光纜維護作業相關單位，可經由網絡與TSC聯機，接收TSC所傳送的數據；并在需要時，透過TSC下達執行光功率、光特性等測試指令。在RFTS中使用GIS，可以更容易地增加監控區域地理信息和纜線網絡的豐富性，多樣的接口表現和查詢功能，并可更直接、更精確地表現監控的各類訊息。監測機RTU是一種遠程光纖監測機，安裝于機房之光纜（纖）監測設備，用以監測光纖之現況。可包含控制模塊、光時域反射器模塊、光信道選擇模塊、光源模塊、光功率監測模塊、光分波多任務模塊、光濾波模塊、光分歧模塊、光路自動切換保護模塊等（依照不同之監測架構選擇）。

三、總結

本文提出了一種基于OTDR卡的光纖傳輸網絡在線監測系統，能夠便捷地檢測故障。從OTDR卡實現原理出發，就光纖傳輸網絡在線監測系統的技術路線，提出了較為完善的監測系統總體體系結構與監測技術實現，為于電力系統部門的光纖傳輸網絡在線監測系統的規劃與建設具有很好的參考價值。