电力系统光纤衰耗在线监测系统研究

电力系统光纤衰耗在线监测系统研究

宋晓青杜帅兵宏晓飞高坤静蔡蕊

（国网衡水供电公司河北衡水053000）

摘要：针对光纤衰减变化常用的后向散射监测法和传输功率监测法存在的不足，提出了一种自动监测多根光纤衰减变化的方法。首先将多根光纤串联焊接。再利用计算机所编制的软件，控制光时域反射仪（OIDR）对所焊接的光纤串上的每根光纤逐段进行测试，从而实现对多根光纤的衰减变化的自动测试。该方法成本低廉，测试精度和工作效率大为提高。

关键词：编程；串联；程控；自动测试

1引言

光纤通信是通信技术新的重要发展方向，具有信息容量大、熏量轻、所占空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强等明显优点。这3O多年，光纤光缆得到了迅速发展，其新产品层出不穷。不但有G652这样工作在1310／1500nm的标准光纤，也有色散位移光纤，全波长光纤等多种特种光纤和成缆后的各种光缆。根据国家标准对光纤光缆的要求，我们需要对其在各种环境试验或机械试验条件下（如温度循环，潮湿试验，光缆拉伸试验等），测试光纤衰减的变化。所以我们经常会在光纤光缆出厂检查或入网检测中对全部或部分光纤在环境试验状况下进行衰减测试。

2常见测试方法及缺点

根据行业标准YD／T629—02光纤传输衰减变化的监测方法，我们通常使用以下两种测试方法：后向散射监测法；传输功率监测法。我们以常规光缆（如12芯中心束管）在温度循环试验时光传输衰减的测试为例，分别介绍两种方法及其缺点。第一种方法的测试原理是将大功率的窄脉冲注入被测光纤，然后在同一端检测光纤后向返回的散射光功率。由于主要的散射作用为瑞利散射，其特点是它的波长与入射波长相同，它的光功率与该点的入射光功率成正比，所以测量沿光纤返回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿光纤传输的衰减和光纤的长度等信息。其具体的温度循环的测试方法为：在整个光纤光缆的温度循环过程当中，使用光时域反射仪（OTDR）人工测试光缆中多根光纤的衰减系数，并于每个温度变化点和极限温度点下记录每根光纤的衰减值，在试验后计算每根光纤的衰减变化。上述方法存在以下缺点：

（1）由于测试时须对在两个波长下对光纤衰减进行测试，并且测试光纤根数较多，所以一次测试时间大约半个小时，以入网光缆的温度循环试验为例：测试时间大约50h左右，测试次数12次，则测试人员需要在长达50h的试验中，不但晚上加班测试，而且工作量巨大，大量浪费人力资源。

（2）由于人工测试时每次测试同根光纤的位置不尽相同，光纤存在衰减不均匀性，加之由OTDR测试时是对这根光纤衰减曲线进行LSA（最dx乘法）拟和，所以两根光标位置不同，可能会影响测试结果，所以并不能严格反映这根光纤的衰减变化。

（3）由于人工测试较复杂，所以在整个温度循环过程中，测试数据较少，难以绘制衰减变化与温度变化（或时间）之间的函数曲线，无法直观的反映光缆传输性能随温度变化的趋势。

第二种方法的测试原理是将光纤的一端注入光功率Pl（dBm），另一端接到光功率计上测量输出功率P2（dBm），通过P1一P2（dB）得出光纤衰减。其具体的温度循环的测试方法为：将一台光源接光分路器（可根据需要选择1分12的分路器），然

后再分别接12根光纤，再接到多路光功率测试仪上（如EXFO公司的EXPANRTIONIQ一206多光功率计）。连续将光功率注入到光纤中，并通过多路光功率计连续测试，并记录数据，绘制成衰减变化曲线。上述方法存在以下缺点：

（1）长时间的通电测试过程，可能造成光源输出功率不稳定，将直接影响到测试结果的正确性。

（2）测试过程中不能改变光源的波长，对于多数光纤光缆要求测试在两个波长下的光传输性能变化的这个要求则不能满足。

（3）成本高昂，大概是采用程控光时域反射仪（OTDR）的5倍。

3多根光纤衰减变化的自动监测的实现

本方法的测试基本原理也是采用后向散射法，由于后向散射的基本原理是将窄脉冲光源由一端注入光纤，并在同一端检测反射光功率并计算其光纤的衰减，所以我们将所测试光纤通过焊接的方式串连，然后接到OTDR上，利用OTDR上自带的GPIB（GeneralPurposeInterfaCeBus）接口与计算相连，由计算机上自己编制的程序控制OTDR。系统连接如图1所坐标的确定，从而确定每根光纤的测试位置，所以只要初始时记录下每根光纤所处的坐标值并输给计算机，计算机即可控制OTDR移动光标位置，从而测出每根光纤的衰减系数。并且还可以控制OTDR切换测试波长对被测光缆进行测试。以NetTest公司的CMA8800光时域反射仪作为测试仪器进行编程。

本方法具有以下优点：

（1）可测量两个波长下的光纤衰减随温度循环的变化情况。

（2）大大的节省人工劳动力。既不需要每隔一段时间手动测试（不要晚上加班），也不需要试验完成后计算大量的数据。

（3）测试时每根光纤的测试位置固定，能够更真实地反映其变化状况。

（4）本方法通过计算机控制测试仪器对光缆在整个温度循环试验期间进行测试，它可以绘制出光缆衰减系数曲线，从而更加直观的反映衰减系数与温度变化之间的关系。

4方法扩展

然而上述方法仍然存在着缺点：由于光时域反射仪（OTDR）的功率范围不大，一般不超过30riB，以标准单模光纤为例，13lOnm波长下的衰减一般为0．3dB／km左右，通常成缆长度为2km，则每根光纤的衰减为0．6dB，加之接头损耗，通常只可以串接2O根左右光纤进行测试。如果串接中的某根光纤性能较差，在环境试验中，衰减变化较大，则后面所接光纤的功率范围将要到达本底噪声了，造成这些光纤的测试数据失效。为解决上述问题，我们可以引入可编程光开关，将

OTDR的光源接入光开关（如1x12）的入射口，再将被测的多根（12根）光纤分别接到光开关的出射口，控制光开关每隔一段时间进行一次切换，在切换间隙内，对所连的一根光纤衰减值进行测试并记录数据。测试系统连接还可以进一步进行扩展，在每路光开关出射口上串联几根光纤，使用的是1x2的光开关，则可以同时测6根光纤），所以如果每路上串联12根光纤，使用lx12的光开关，我们则可以同时最多测试144根光纤，大大的提高了工作效率。

5结论

利用计算机编程控制光时域反射仪（OTDR）对串联焊接的多根光纤进行自动监测的方法。成本低廉，如果配以光开关，将大大提高测试的精度和工作效率，非常适用于光纤光缆厂商的产品出厂检验，光纤研究机构或者光产品测试中心等等。

参考文献：

[1]王炫，李红，丛琳.基于无线通信和光通信的高压光纤线路监测系统[J].电网技术，2009，33（18）：198-203.

[2]康会西，李宏斌，张清扬，等.光纤线路综合在线监测系统设计[J].电网与清洁能源，2010，26（5）：27-29.