Способ определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами. Сущность изобретения: способ определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами заключается в том, что на конце оптического кабеля, с которого производят измерения, в оптическое волокно вводят последовательность зондирующих оптических импульсов, выделяют обратно рассеянный оптический сигнал и регистрируют характеристику обратного рассеяния оптического волокна. Извне воздействуют на кабель импульсом направленного электромагнитного излучения, точку воздействия перемещают вдоль трассы прокладки над кабелем, на конце оптического кабеля, с которого производят измерения, принимают электрические импульсы, распространяющиеся в токопроводящей цепи, и определяют место повреждения кабеля по местоположению точки воздействия импульса направленного излучения. На конце кабеля, с которого производят измерения, синхронно последовательности зондирующих импульсов в согласованно нагруженную токопроводящую цепь вводят последовательность зондирующих импульсов. Работающий в ждущем режиме генератор импульсов запускается электромагнитным сигналом, принимаемым приемником источника импульсов направленного электромагнитного излучения в момент прохождения электрическими импульсами, распространяющимися в токопроводящей цепи, точки размещения источника импульсов. На конце кабеля, с которого производят измерения, регистрируют осциллограмму импульсов, поступающих из токопроводящей цепи. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами.

Известен способ определения расстояния до места повреждения оптического кабеля, заключающийся в том, что к поврежденному оптическому волокну подключают оптический рефлектометр, в оптическое волокно вводят в последовательность зондирующих оптических импульсов, регистрируют характеристику обратного рассеяния оптического волокна и по интервалу времени между моментами регистрации зондирующего и отраженного в месте повреждения оптического сигнала определяют расстояние до места повреждения [1] В этом случае погрешность определения места повреждения обусловлена погрешностью отсчета расстояния вдоль трассы прокладки. Длина регенерационного участка волоконно-оптической линии связи может достигать 10-100 км и более. При таких больших расстояниях и погрешность отсчета, обусловленная нелинейностью прокладки кабеля, велика. Необходимо уточнение места повреждения кабеля с поверхности земли.

Известен способ определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами, заключающийся в том, что в оптическое волокно вводят последовательность зондирующих оптических импульсов и регистрируют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, по которой определяют расстояние до места повреждения оптического волокна [2] Перемещают над кабелем вдоль трассы прокладки источник импульсов направленного электромагнитного излучения, который через канал связи синхронизируют с приемником импульсов. На вход приемника поступают импульсы, наводимые в токопроводящей цепи кабеля источником импульсов направленного электромагнитного излучения. Регистрируют эти импульсы, измеряют интервал времени между этими импульсами и синхроимпульсами, поступающими через канал связи. По значению этого интервала времени определяют расстояние до места нахождения источника импульсов направленного электромагнитного излучения. Перемещают источник импульсов направленного электромагнитного излучения, сравнивают два измеряемых расстояния и определяют место повреждения по точке местоположения источника импульсов направленного электромагнитного излучения, в которой измеряемые расстояния равны. Однако, поскольку измеряемые величины не пропорциональны, погрешность определения мест повреждения данным способом велика. Во-первых, из-за свободной укладки оптических волокон в модульных трубках или пазах фигурного сердечника и запаса оптического волокна в муфтах длина оптического волокна не равна длине токопроводящей цепи в кабеле. Во-вторых, расстояние, определяемое по интервалу времени между синхроимпульсами и наводимыми в токопроводящей цепи кабеля, существенно отличается от расстояния, отсчитываемого вдоль трассы кабеля. Действительно, измеряемый интервал времени t_з равен: t_з=L_т/V_т-L_к/V_к, где L_т расстояние от приемника импульсов до источника направления электромагнитного излучения вдоль токопроводящей цепи кабеля; L_к то же, но по каналу связи, V_т, V_к скорости распространения импульсов в токопроводящей цепи и канале связи, соответственно.

В случае прокладки кабеля в земле, учитывая реальные длины регенерационных участков волоконно-оптических линий связи (10-100 км), при перемещении источника импульсов направленного электромагнитного излучения над кабелем по поверхности земли возможность подключения к оптическому кабелю исключена. Требуемый канал связи можно организовать только средствами радиосвязи. Учитывая свойства радиоканала, при перемещении приемопередающих антенн его фазовые характеристики нестабильны. То есть скорость распространения импульсов в канале связи при перемещении источника излучения не будет постоянной. Кроме того, определяемая как кратчайшее расстояние между приемо-передающими антеннами длина канала связи L_к, учитывая реальную нелинейную конфигурацию трассы прокладки кабелей, cущественно отличается от расстояния, отсчитываемого вдоль трассы. Как следствие, отношения L_к/V_к и t_з не пропорциональны расстоянию до места положения источника импульсов направленного электромагнитного излучения, отсчитываемому вдоль кабеля. Соответственно, это расстояние по значению t_з определяется с существенной ошибкой.

Целью изобретения является повышение точности определения места повреждения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами, заключающемуся в том, что на конце оптического кабеля, с которого производят измерения, в оптическое волокно вводят последовательность зондирующих оптических импульсов, выделяют обратно рассеянный оптический сигнал и регистрируют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, извне воздействуют на оптический кабель импульсом направленного электромагнитного излучения, точку воздействия импульса направленного электромагнитного излучения перемещают вдоль трассы прокладки над кабелем, на конце оптического кабеля, с которого производят измерения, принимают электрические импульсы, распространяющиеся в токопроводящей цепи, синхронно последовательности зондирующих импульсов в согласованно нагруженную токопроводящую цепь вводят последовательность зондирующих импульсов, работающий в ждущем режиме генератор импульсов источника импульсов направленного электромагнитного излучения запускается электромагнитным сигналом, принимаемым приемником источника импульсов направленного электромагнитного излучения в момент прохождения электрическими импульсами, распространяющимися в токопроводящей цепи, точки размещения источника импульсов направленного электромагнитного воздействия, на конце оптического кабеля, с которого производят измерения, регистрируют осциллограмму импульсов, поступающих из токопроводящей цепи, между концом кабеля, с которого производят измерения, и местом повреждения над оптическим кабелем в точке, где в оптическом волокне есть неоднородность, местоположение которой на трассе кабеля известно, помещают источник импульсов направленного электромагнитного излучения, изменяют масштаб осцилограммы и характеристики обратного рассеяния оптического волокна так, чтобы на блоке отражения зондирующий импульс на осцилограмме совпал с абсциссой характеристики обратного рассеяния оптического волокна, соответствующей концу оптического кабеля, с которого производят измерения, а импульс, наведенный в токоведущей цепи воздействием импульса направленного электромагнитного излучения, совпал на осцилограмме с абсциссой характеристики обратного рассеяния оптического волокна, соответствующей неоднородности оптического волокна, над которой помещен источник импульсов направленного электромагнитного излучения, затем перемещают источник импульсов направленного электромагнитного излучения по направлению и месту повреждения и определяют место повреждения по местоположению точки воздействия импульса направленного электромагнитного излучения, для которой на блоке отображения зондирующий импульс совпадает с абсциссой характеристики обратного рассеяния оптического волокна, соответствующей концу оптического кабеля, с которого производят измерения, а импульс, наведенный в токоведущей цепи, воздействует на импульс направленного электромагнитного излучения, совпал с абсциссой характеристики обратного рассеяния, оптического волокна, соответствующей месту повреждения.

В устройство для определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами, содержащее первый генератор импульсов, источник импульсов направленного электромагнитного излучения, включающий второй генератор импульсов и направленный излучатель, источник оптического излучения, направленный оптический ответвитель, приемник оптического излучения, первый и второй блоки масштабирования и приемник импульсов, при этом выход первого генератора импульсов подключен к источнику оптического излучения, выход которого подключен ко входу направленного оптического ответвителя, один выход направленного оптического ответвителя подключен к оптическому волокну, а другой ко входу приемника оптического излучения, выход приемника оптического излучения подключен ко входу первого блока масштабирования, направленный излучатель соединен с выходом второго генератора импульсов, введены блок отображения, ответвитель электрических сигналов, в источник импульсов направленного электромагнитного излучения приемник электромагнитных сигналов, приемная антенна и коммутирующий элемент, выход первого блока масштабирования подключен к первому входу блока отображения, общий выход ответвителя электрических сигналов подключен к согласованию нагруженной токопроводящей цепи, ко входу ответвителя электрических сигналов подключен выход первого генератора импульсов, а выход ответвителя электрических сигналов ко входу приемника импульсов, который через второй блок масштабирования подключен ко входу блока отображения, приемная антенна соединена со входом приемника электромагнитных сигналов, выход которого подключен ко входу второго генератора импульсов, выход которого подключен ко второму входу коммутирующего элемента.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что осциллограмма импульсов, наведенных в токоведущей цепи оптического кабеля, и характеристика обратного рассеяния оптического волокна сопоставляются с учетом привязки к трассе прокладки кабеля на прилегающем к месту повреждения (МП) участке. Это позволяет существенно уменьшить по сравнению с известным способом погрешность, обусловленную отличием длины оптического волокна (ОВ) от длины оптического кабеля (ОК) на волокно оптической линии связи (ВОЛС) из-за запаса ОВ в муфтах и свободной укладки ОВ в модульных трубках или пазах фигурного сердечника. В отличие от известного способа предлагаемый способ предусматривает работу источника импульсов направленного электромагнитного воздействия в ждущем режиме. При этом его запускают распространяющимися по токопроводящей цепи зондирующими импульсами, которые создают электромагнитное поле вблизи кабеля. В момент прохождения зондирующего импульса в точке размещения источника импульсов направленного электромагнитного излучения возбуждаемый им магнитный сигнал принимается приемником и запускает задающий генератор источника излучения. При этом определяется расстояние до места повреждения вдоль трассы прокладки кабеля по интервалу времени между распространяющимися по токопроводящей цепи зондирующими импульсами, наводимыми воздействием импульса направленного электромагнитного излучения. В этом случае не требуется канал связи для передачи синхроимпульсов, что позволяет исключить погрешность, обусловленную нестабильностью фазовых характеристик канала связи и отличием расстояний, отсчитываемых по длине канала связи и вдоль трассы прокладки. Отсюда точность определения расстояния до места повреждения предлагаемым способом выше по сравнению с известным, которым является прототип.

На фиг.1 представлена характеристика обратного рассеяния оптического волокна (а) и осциллограммы импульсов, распространяющихся в токопроводящей цепи при размещении источника импульсов направленного электромагнитного излучения над неоднородностью оптического волокна, местоположение которой известно (б) над местом повреждения (в); на фиг.2 структурная схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит первый генератор импульсов 1, источник оптического излучения 2, направленный оптический ответвитель 3, приемник оптического излучения 4, первый блок масштабирования 5, второй блок масштабирования 6, блок отображения 7, ответвитель электрических сигналов 8, приемник импульсов 9, источник импульсов направленного электромагнитного излучения 10 с приемной антенной 11, приемником электромагнитных сигналов 12, коммутирующим элементом 13, вторым генератором 14 и направленным излучателем 15, оптическое волокно 16 оптического кабеля 17, согласованно нагруженную токопроводящую цепь 18.

Устройство работает следующим образом.

Последовательность электрических зондирующих импульсов, формируемая первым генератором импульсов 1, поступает на вход источника оптического излучения 2, где преобразуется в последовательность оптических зондирующих импульсов, которая через направленный оптический ответвитель 3 поступает в оптическое волокно 16. Обратно рассеянный оптический сигнал через направленный оптический ответвитель 3 поступает на вход приемника оптического излучателя 4, где преобразуется в электрический сигнал, поступающий через первый блок масштабирования 5 на первый вход блока отображения 7 (например, двухлучевой осциллограф), на котором отображается характеристика обратного рассеяния оптического волокна 16. Последовательность зондирующих импульсов от первого генератора импульсов 1 поступает также через ответвитель электрических сигналов 8 в согласованно-нагруженную токопроводящую цепь 18 оптического кабеля 17 и через ответвитель электрических сигналов 8, приемник импульсов 9, второй блок масштабирования 6 на второй вход блока отображения 7. Зондирующие электрические импульсы распространяются по токопроводящей цепи. В момент прохождения зондирующих импульсов точки размещения источника импульсов направленного электромагнитного излучения 10 создаваемый ими электромагнитный сигнал через приемную антенну 11 принимается приемником электромагнитного излучения 12, от которого поступает к работающему в ждущем режиме второму генератору импульсов 14 и запускает его. Формируемый вторым генератором импульсов 14 импульс через направленный излучатель 15 наводит в токопроводящей цепи 18 электрические импульсы, которые распространяются по токопроводящей цепи 18. Формируемый вторым генератором импульсов 14 импульс также поступает на второй вход коммутирующего элемента, который отключает приемник 12 от генератора 14 на время излучения. Распространяющиеся в токопроводящей цепи 18 импульсы через ответвитель электрических сигналов 8 проходят к приемнику импульсов, а затем через второй блок масштабирования 6 на устройство отображения 4, на котором отображается осциллограмма импульсов, распространяющихся в токопроводящей цепи 18. Определение места повреждения осуществляется следующим образом. Размещают источник импульсов направленного излучения 10 на поверхности земли над оптическим кабелем 17 в точке, где оптическое волокно имеет неоднородность, место расположения которой на трассе прокладке известно. Изменяют масштаб осциллограммы и характеристики обратного рассеяния на блоке отображения, обеспечивая на блоке отображения 7 совпадение абсциссы характеристики обратного рассеяния оптического волокна 16 соответствующей началу оптического кабеля 17 и абсциссы зондирующего импульса на осциллограмме, а также абсциссы участка характеристики обратного отражения оптического волокна, обусловленного отражением от неоднородностей волокна, и абсциссы импульса на осциллограмме, наведенного в токопроводящей цепи источником импульсов направленного электромагнитного излучения 10. Перемещают источник импульсов направленного электромагнитного излучения 10 вдоль трассы прокладки по направлению к месту повреждения и по точке местоположения источника импульсов направленного излучения 10, для которой на блоке отображения имеет место совпадение абсциссы зондирующего импульса на осциллограмме с абсциссой характеристики обратного рассеяния оптического волокна 16, соответствующей началу кабеля 17, и абсциссы импульса, наведенного в токопроводящей цепи 18 источником импульсов направленного электромагнитного излучения 10, на осциллограмме с абсциссой характеристики обратного рассеяния волокна, соответствующей отражению от места повреждения волокна.

Предлагаемый способ исключает погрешность, обусловленную погрешностью отсчета расстояния до места повреждения, которая из-за сложности конфигурации трассы прокладки кабеля и вследствие больших длин регенерационного участка волоконно-оптических линий связи достаточно велика и не требует уточнения места повреждения с поверхности трассы.

Формула изобретения

1. Способ определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами, заключающийся в том, что в оптическое волокно на измерительном конце оптического кабеля вводят последовательность зондирующих оптических импульсов и регистрируют характеристику обратного рассеяния оптического волокна по выделенному обратно рассеянному оптическому сигналу, на оптический кабель воздействуют импульсом направленного электромагнитного излучения от источника, перемещаемого вдоль трассы прокладки над кабелем к месту повреждения и имеющего генератор импульсов, на измерительном конце оптического кабеля принимают электрические импульсы, распространяющиеся в токопроводящей цепи кабеля, и определяют место повреждения кабеля по местоположению точки воздействия импульса направленного электромагнитного излучения, отличающийся тем, что в согласованно нагруженную токопроводящую цепь на измерительном конце оптического кабеля синхронно последовательностью зондирующих оптических импульсов вводят последовательность зондирующих электрических импульсов генератор импульсов, работающий в ждущем режиме, источника направленного электромагнитного излучения запускают электромагнитным сигналом, регистрируемыми приемником этого источника в момент прохождения электрическими импульсами, распространяющимися в токопроводящей цепи, точки расположения источника, регистрируют осциллограмму электрических импульсов из токопроводящей цепи, источник импульсов направленного электромагнитного излучения устанавливают между измерительным концом оптического кабеля и местом повреждения в известной точке неоднородности оптического волокна, изменяют масштаб осциллограммы и характеристики оптического волокна при совпадении из осциллограммы зондирующего импульса и импульса, наведенного в токопроводящей цепи при воздействии направленного электромагнитного излучения, с абсциссами характеристик обратного рассеяния оптического волокна, соответствующих измерительному концу оптического кабеля и неоднородности оптического волокна, над которой помещен источник соответственно, а затем при перемещении последнего по направлению к месту повреждения определяют это место по местоположению точки воздействия импульса направленного электромагнитного излучения, для которой зондирующий импульс, наведенный в токопроводящей цепи импульс совпадают с абсциссами характеристик обратного рассеяния оптического волокна, соответствующих измерительному концу оптического кабеля и месту повреждения соответственно.

2. Устройство для определения места повреждения оптического кабеля с металлическими элементами, содержащее первый генератор импульсов, источник импульсов направленного электромагнитного излучения, снабженный вторым генератором импульсов, выходом связанным с направленным излучателем источник оптического излучения, оптически связанный через направленный ответвитель с приемником оптического излучения и оптическим волокном, оптического кабеля, два блока масштабирования и приемник импульсов, при этом выход первого генератора импульсов подключен к источнику оптического излучения, а выход приемника оптического излучения соединен с входом первого блока масштабирования, отличающееся тем, что введены блок отображения, соответствующими входами связанный с выходами отображения, соответствующими входами связанный с выходами блоков масштабирования, ответвитель электрических сигналов, а в источник импульсов направленного электромагнитного излучения - приемник электрических сигналов, входом связанный с антенной, и коммутирующий элемент, через который выход приемника электрических сигналов подключен к входу второго генератора импульсов, выход которого соединен с управляющим входом коммутирующего элемента, при этом токопроводящая линия оптического кабеля и выход первого генератора импульсов связаны через ответвитель электрических сигналов и приемник импульсов с входом второго блока масштабирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2