光功率监测技术在光纤监测系统中的应用研究

摘要

随着网络带宽需求的飞速增长，光纤通信技术在通信领域得到了越来越广泛地应用。与之相应的，光纤故障在通信故障中所占的比例也随之提高，对光纤故障的有效监测变得越来越迫切。依靠传统的人工巡查方式，显然不可能解决光纤故障的有效监测问题。融合了光通信技术、Internet技术、软件工程技术的光纤监测系统提供了一个很好的选择。目前国外一些光通信领域的设备厂商已经可以提供一些较为成熟的光纤监测系统解决方案，但是全盘引进这些解决方案还存在着不少问题。这些系统往往价格昂贵，引进成本非常高；各厂商的系统之间兼容性很差，造成升级换代的选择面很窄；软件系统部分因为不提供个性化定制服务，往往会出现“水土不服”问题，与现有的运行维护模式有冲突，造成使用效率低下。
　　本文首先从比较分析目前常用的几种光纤监控与测试方案入手，在分析了各种光元器件的性能指标后，结合光缆的路由状况，研究了备纤与在线监测方案、监测光路路由、光器件配置等系统硬件设计；采用光时域反射(Optical Time Domain Reflectometer, OTDR)测量技术测量光纤的衰耗特性。设计了多通道高精度光功率监测系统；该系统通过光功率监测单元自动监测光端机接收端接收到的光功率值的变化，当收光功率变化超过门限告警后自动控制 OTDR和光开关对光功率告警的光缆段的光纤进行故障定位监测，以实现对在用光纤或备用光纤实时监测；然后从GIS(Geographic Information System)数据库的设计入手，研究了图元数据表、属性数据表、告警接收守护进程、告警定位显示 WebGIS模块等系统软件设计；最后对系统的运行状况做出了客观评价。
　　本文所做的工作就是通过借鉴国外光纤监测系统的优秀经验，研究如何部署一套符合光缆线路维护需要的基于光功率监测技术的光纤监测系统，灵活支持备纤与在线监测方式，能够将监测所得的光纤故障信息通过 WebGIS的形式，在电子地图上直观的定位显示出来，以实现第一时间发现故障，进而快速准确地定位故障点，缩短光缆修复时间和通信业务恢复时间，将光缆物理故障引起的损失降低到最低点。

目录

光功率监测技术在光纤监测系统中的应用研究

IMPLEMENTATION REASERCH ON OPTICAL POWER MONITOR TECHNOLOGY IN OPTICAL FIBER MONITORING SYSTEM

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景、目的和意义

1.1.1 课题的背景

1.1.2 课题的目的和意义

1.2 国内外研究情况及发展趋势

1.2.1 光纤通信技术发展简史

1.2.2 促进光纤通信发展的因素

1.2.3 光纤通信的发展趋势

1.2.4 偏振模色散(PMD)测试技术

1.2.5 光纤非线性测试技术

1.2.6 色散均匀性测试技术

1.2.7 光纤测试涉及的新型光源

1.2.8 光纤监控方式介绍

1.2.9 光纤测试方式介绍

1.3 主要研究内容

第2章 光纤监测系统的系统架构及光功率检测系统设计

2.1 光纤监测系统

2.1.1 现场监测站(MS)功能

2.1.2 地级监测中心(DMC)功能

2.1.3 省级监测中心(PMC)功能

2.1.4 数据通信网络

2.2 光纤监控及光纤测试设计原则

2.2.1 光纤监控方式设计原则

2.2.2 光纤测试方式设计原则

2.3 故障定位及显示

2.4 系统架构

2.5 光功率检测系统系统原理

2.5.1 光检测器工作原理

2.5.2 光电二极管的光谱响应

2.5.3 光纤通信系统对光检测器的要求

2.5.4 PIN-PD的特性

2.6 光功率检测系统硬件电路设计

2.6.1 多通道光功率计总体设计

2.6.2 PIN检测器电路设计

2.6.3 参考模块电路设计

2.6.4 控制电路设计

2.7 光功率检测系统定标及测量

2.7.1 光功率检测系统定标

2.7.2 测量原理分析

2.8 本章小结

第3章 光时域反射测量技术

3.1 光脉冲在光纤中的传播现象

3.1.1 瑞利散射

3.1.2 菲涅耳反射

3.1.3 反射和光的回波损失

3.1.4 色散特性和脉冲展宽

3.1.5 其它散射形式

3.2 OTDR的基本工作原理及各功能模块

3.2.1 脉冲发生器

3.2.2 激光二极管

3.2.3 光电转换器

3.2.4 信号处理与模数转换

3.2.5 数据采集及控制单元

3.3 OTDR曲线的具体分析

3.4 本章小结

第4章 故障定位显示

4.1 故障定位显示结构设计

4.2 GIS数据库结构

4.2.1 点图元表(T_GisDot)

4.2.2 线图元表(T_GisLine)

4.2.3 光纤信息表(T_Segment)

4.2.4 局站信息表(T_Station)

4.2.5 人井信息表(T_Well)

4.2.6 人井扇区表(T_WellSection)

4.2.7 人井孔位信息表(T_WellHole)

4.2.8 标石信息表(T_Stone)

4.2.9 接头数据表(T_Twist)

4.2.10 保护装置信息表(T_Protector)

4.2.11 微波站(T_AW)

4.2.12 微波段(T_WAVE)

4.2.13 告警信息(T_ALARM)

4.3 告警接收守护进程

4.3.1 告警信息的组成

4.3.2 告警信息的处理

4.4 WebGIS

4.4.1 GIS与WebGIS

4.4.2 WebGIS的系统架构

4.4.3 WebGIS的功能模块

4.4.4 定位与故障定位

4.5 本章小结

第5章 系统实验及结果

5.1 光功率计定标的实验结果与分析

5.1.1 光功率计的定标实验

5.1.2 实验结果

5.1.3 误差分析

5.2 系统测试结果

5.3 本章小结

结论

参考文献

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历