淺析通信光纜險情預警技術

曾維佳

【摘要】 為了實時監控光纜線路可能發生的故障險情，并進行及時處理，通信光纜險情預警技術應運而生，將通信光纜運行維護的災后搶修轉變為預先防護，有效提高了通信傳輸平臺的抗毀能力。

【關鍵詞】 通信光纜 險情預警技術 抗毀能力

一、光時域反射（OTDR）技術

OTDR技術通過監測光纖中后向瑞利散射和菲涅爾散射的光強度，可以測量光信號的衰減，從而定位故障節點。其基本原理是：外界擾動導致光纜發生振動、位移時，光纖中瑞利散射和菲涅爾散射的光相位會發生變化，并最終引起光強度的變化。通過光電轉換，可以對光強度變化進行數字分析和模式識別，從而判斷有無故障險情發生。

目前，基于OTDR的險情預警主流技術有四種，主要區別在分析識別的模式上：

1.單向OTDR技術。即在單端對光纖進行監測，連續顯示整個光纖線路相對于距離的損耗變化。此種方式適用于光纖發生錯誤、彎曲和損失的情形，布置簡單，測試距離受限于測試儀表的動態范圍，無法用于長距離光纜線路的監測；

2.雙向OTDR技術。即從光纜線路的兩端分別進行測量，得到兩條后向散射曲線，然后將兩條后向散射曲線擬合為一條雙向測試曲線來監測光纜的性能。該方式彌補了單向OTDR因光纖衰減對測量的影響，可實現對長距離光纜線路的預警監測。

3.偏振光時域反射（POTDR）技術。利用光的偏振對微彎和應力等異常敏感這一特性，實現光纜險情預警。當傳感光纖收到振動時，該點的瑞利散射光信號輸出的兩正交偏振光信號的偏振態信息發生變化，經光電轉換后形成光強差，通過觀察光強差的變化，判斷光纜線路是否出現險情。這一方式的靈敏度比OTDR高，適合對較窄光脈沖及較低損耗時光纜的監測。

4.相干光時域反射技術（COTDR）。將一定頻率的探測光注入傳感光纖，由于光纖本身的不均勻性，光脈沖在光纖各點都會產生后向散射光并回到注入端。利用相干檢測技術良好的光頻選擇特性，提取微弱的后向散射光信號，以檢測光纜的工作狀態。由于測量光源為單頻窄線寬的激光光源，對波長無特殊限制，抗干擾能力強，因此特別適用于對由多個EDFA中繼級聯而成的長距離海底光纜的監測。

二、光纖光柵技術

光纖光柵技術利用光柵中心波長應對外界變化情況判讀光纜是否遭遇險情。將用于制作多個布拉格光柵的傳感光纖布置在光纜內，每個光柵的工作波長相互區隔，經耦合器或環形器取出反射光后，用波長探測解調系統監測出每個光柵的波長或波長偏移及空間信息，從而獲得相應通道中每個布拉格光柵的擾動信息，通過對擾動信息的分析處理實現光纜險情預警。光纖光柵具有較強的抗干擾能力，對光波的波動、極化和傳輸損耗不敏感，但對外力和溫度的變化反應靈敏，因此特別適合于對光纖外光纜壓力、溫度及由光纜表皮破裂等引起的指標異常的監測。光纖光柵傳感器能夠線性響應、易于集成且插入損耗小，能對重點區域進行監測，但不適合于對長距離、大范圍險情的監測。

三、光纖干涉技術

選用兩根備用光纖，在光纖的首尾兩端接上相應的光纖耦合器、激光光源和光電探測器，構成Mach-Zehnder光纖干涉儀。當光脈沖激光器產生激光時，經首端光纖耦合器將單束光分成兩束，分別送至傳感臂和參考臂。傳感臂用來感受信號，參考臂用來對傳感臂的位相提供參考值，兩束光經末端光纖耦合器被合成一束，形成一系列明暗相間的干涉條紋。光電探測器將光信號轉換為電信號，經信號檢測得到與相位相關的信號。

當光纜收到外界擾動時，其振動的變化會引起相位差的變化，包括由光纖軸向長度的變化所導致的光相位變化、光纖纖芯因受到振動波壓力作用所導致的受力部分的折射率變化，以及纖芯受力時因直徑發生變化而導致的波導歸一化頻率變化。

在正常狀態下，自然應力會均勻地作用在光纜束管上，光纖受到的擾動是均勻的，其相差值不變。當遭遇拉動、切開等險情時，不規則的振動導致兩束光的相對相位發生變化及干涉條紋移動，通過與光纜正常時干涉背景庫的對比，可快速確定險情預警信息。

參 考 文 獻

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