Способ определения места повреждения оптического кабеля
METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION OF DAMAGE TO THE OPTICAL CABLE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения места повреждения оптического волокна полностью диэлектрического оптического кабеля.
Известны способы [1-3] определения расстояния до места повреждения оптического волокна кабеля, заключающийся в том, что к поврежденному оптическому волокну подключают импульсный оптический рефлектометр, в оптическое волокно вводят 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. В этом случае погрешность локализации места повреждения кабеля на местности обусловлена погрешностью отсчета расстояния вдоль трассы прокладки. На муфтах в местах соединения строительных длин кабеля предусматривается выкладка запаса кабеля, в кассетах муфт предусмотрена выкладка запаса оптического волокна, кабель вдоль трассы линии, как правило не проложен строго по прямой. Это приводит к разнице длин, отсчитываемых на линии вдоль оптического волокна, вдоль кабеля и вдоль трассы его прокладки. Все это, учитывая, что строительная длина оптического кабеля в среднем составляет 4-6 км, длина усилительного участка волоконно-оптической линии связи достигает 100 км и более, а длина регенерационного участка нередко превышает 600-1000 км, приводит к значительной погрешности отсчета по трассе линии, расстояния измеренного по длине оптического волокна. Необходимо уточнение места повреждения кабеля на местности с поверхности земли.
Известны способы определения места повреждения оптического кабеля [4-6], базирующиеся на сравнении рефлектограмм оптических волокон в кабеле и его цепей с металлическими проводниками. Данные способы не применимы для определения места повреждения полностью диэлектрического оптического кабеля.
Известен способ определения местоположения источника акустического воздействия [7], заключающийся в том, что с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, разбивают длину оптического волокна на элементарные участки, по результатам обработки характеристики обратного рассеяния вычисляют вектор оценок задержек между сигналами, наведенными на этих элементарных участках оптического волокна на частоте воздействия, по которым определяют вектор оценок углов направления поступления акустического сигнала на каждый элементарный участок и, в результате, местоположение источника акустического воздействия относительно оптического волокна. Данный способ не предназначен для определения места повреждения оптического волокна кабельной линии.
Наиболее близким к заявляемому является способ поиска трассы и определения места повреждения оптического кабеля [7], заключающийся в том, что предварительно с помощью импульсного оптического рефлектометра, источник оптического излучения которого имеет длину когерентности меньше длины зондирующего импульса, измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, на которой выделяют участок с событием, отображающим повреждение оптического волокна, затем с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра, измеряют характеристику обратного рассеяния того же волокна и по результатам совместной обработки этих характеристик обратного рассеяния на характеристике обратного рассеяния оптического волокна, полученной с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра определяют участок, соответствующий участку оптического волокна с повреждением, после чего на трассе оптического кабеля над кабелем продольно-поперечно относительно предполагаемой трассы кабеля перемещают источник направленного акустовибрационного воздействия, при этом по отдельному каналу связи управляют перемещениями источника направленного акустовибрационного воздействия и уровнем акустовибрационного воздействия, с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна и определяют место повреждения оптического волокна кабеля по местоположению источника направленного вибрационного воздействия, при котором на участке характеристики обратного рассеяния оптического волокна, измеренной фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром, на участок, который идентифицировали как поврежденный, отображается сигнал, наведенный акустовибрационным воздействием. Прежде всего, необходимо отметить, что оптическое волокно - это распределенный акустический датчик. Соответственно источник акустовибрационного воздействия наводит распределенный по длине оптического волокна сигнал. Это создает дополнительные трудности при привязке местоположения источника акустовибрационного воздействия к характеристике обратного рассеяния, измеряемой фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром. Но основная проблема заключается в том, что наведенная акустовибрационным воздействием деформация оптического волокна зависит не только от расстояния между источником акустовибрационного воздействия и кабелем, но и от множества других факторов - диаграммы направленности антенны, структуры и типа грунта, в котором проложен кабель, наличия вблизи кабеля неоднородностей (камней, труб и т.п.), близости смотровых устройств с запасом кабеля и т.д. Это делает зависимость уровня принимаемого сигнала от расстояния между источником акустовибрационного воздействия не столь однозначной, особенно в ближней зоне. Как следствие, имеют место погрешности определения места повреждения оптического волокна, что ограничивает область применения способа.
Сущностью предполагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу определения места повреждения оптического кабеля, заключающемуся в том, что предварительно с помощью импульсного оптического рефлектометра, источник оптического излучения которого имеет длину когерентности меньше длины зондирующего импульса, измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, на которой выделяют участок с событием, отображающим повреждение оптического волокна, затем с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра, измеряют характеристику обратного рассеяния того же волокна и по результатам совместной обработки этих характеристик обратного рассеяния на характеристике обратного рассеяния оптического волокна, полученной с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра определяют участок, соответствующий участку оптического волокна с повреждением, после чего на трассе оптического кабеля над кабелем перемещают работающий на одной частоте источник направленного акустовибрационного воздействия, по отдельному каналу связи управляют перемещениями работающего на одной частоте источника направленного акустовибрационного воздействия и уровнем акустовибрационного воздействия, и при перемещениях с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, при этом, предварительно определяют местоположение оптического кабеля, перемещают работающий на одной частоте источник направленного акустовибрационного воздействия над кабелем, при перемещениях с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, по результатам обработки которой на частоте воздействия определяют местоположение работающего на одной частоте источника акустовибрационного воздействия относительно оси волокна на характеристике обратного рассеяния оптического волокна, и определяют место повреждения оптического волокна кабеля по местоположению источника направленного вибрационного воздействия над кабелем, для которого местоположение работающего на одной частоте источника акустовибрационного воздействия относительно оси волокна на характеристике обратного рассеяния оптического волокна определяется на участке характеристики обратного рассеяния оптического волокна, который был определен как участок с повреждением оптического волокна.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство включает проложенный ниже поверхности земли 1 оптический кабель 2 с оптическим волокном 3, импульсный оптический рефлектометр 4, источник оптического излучения которого имеет длину когерентности меньше длины зондирующего импульса, фазочувствительный импульсный оптический рефлектометр 5, блок обработки и управления 6, канал связи 7, блок согласования и отображения 8 и работающий на одной частоте источник направленного акустовибрационного воздействия 9.
Оптическое волокно 3 проложенного ниже поверхности земли 1 оптического кабеля 2 подключено либо ко входу импульсного оптического рефлектометра 4, источник оптического излучения которого имеет длину когерентности меньше длины зондирующего импульса, либо ко входу фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра 5, выходы которых соединены со входом блока обработки и управления 6, а выход блока обработки и управления 6 через канал связи 7 подключен ко входу блока согласования и отображения 8, выход которого подключен ко входу работающего на одной частоте источника направленного акустовибрационного воздействия 9.
Устройство работает следующим образом. Импульсный оптический рефлектометр 4, источник оптического излучения которого имеет длину когерентности меньше длины зондирующего импульса, подключается к оптическому волокну 3, измеряет его характеристику обратного рассеяния, передает ее данные в блок обработки и управления 6, в котором они запоминаются. Затем, фазочувствительный импульсный оптический рефлектометр 5, подключается к оптическому волокну 3, измеряет его характеристику обратного рассеяния, передает ее данные в блок обработки и управления 6, в котором они запоминаются. В блоке обработки и управления 6 измеренные рефлектометрами 4 и 5 характеристики обратного рассеяния оптического волокна 3 совместно обрабатываются, в результате чего на характеристике обратного рассеяния оптического волокна 3, измеренной фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5 идентифицируется участок, соответствующий поврежденному участку оптического волокна 3 оптического кабеля 2. После этого, под действием сигнала от блока обработки и управления 6, передаваемого через канал связи 7, включается работающий на одной частоте источник направленного акустовибрационного воздействия 9. Блок согласования и отображения 8 отображает необходимую информацию об измеряемых фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5 сигналах. При работающем на одной частоте источнике направленного акустовибрационного воздействия 9 фазочувствительный импульсный оптический рефлектометр 5 измеряет характеристику обратного рассеяния оптического волокна 3 и передает результаты измерений характеристик в блок обработки и управления 6. По результатам обработки в блоке обработки и управления 6 характеристики обратного рассеяния оптического волокна, измеренной фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5, определяют местоположение работающего на одной частоте источника направленного акустовибрационного воздействия 9 относительно оптического волокна 3 на характеристике обратного рассеяния оптического волокна 3, измеренной фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5. Работающий на одной частоте источник направленного акустовибрационного воздействия 9 согласно управляющим сигналам, поступающим из блока обработки и управления 6 через канал связи 7 и блок согласования и отображения 8 перемещается над оптическим кабелем 2 по поверхности земли 1. При этом, фазочувствительный импульсный оптический рефлектометр 5 измеряет характеристики обратного рассеяния оптического волокна 3 и передает результаты измерений характеристик в блок обработки и управления 6. По результатам обработки в блоке обработки и управления 6 характеристик обратного рассеяния оптического волокна, измеренных фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5, определяют местоположение работающего на одной частоте источника направленного акустовибрационного воздействия 9 относительно оптического волокна 3 на характеристике обратного рассеяния оптического волокна 3, измеренной фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5. Работающий на одной частоте источник направленного акустовибрационного воздействия 9 перемещается до тех пор, пока его местоположение относительно оптического волокна 3, определенное на характеристике обратного рассеяния оптического волокна 3, измеренной фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром 5, не совпадет с участком этой характеристики, который идентифицирован как участок с повреждением оптического волокна 3 оптического кабеля 2.
В отличие от известного способа, которым является прототип, в предлагаемом способе местоположение источника акустовибрационного воздействия относительно оптического кабеля определяют на характеристике обратного рассеяния поврежденного оптического волокна, измеряемой фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром, не по максимальному уровню принимаемого фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром на частоте воздействия сигнала, а по результатам обработки распределений вдоль оптического волокна амплитуды и фазы сигналов, принимаемых фазочувствительным импульсным оптическим рефлектометром на частоте воз-действия сигнала. За счет этого исключаются погрешности, обусловленные флюктуациями уровня принимаемого сигнала из-за влияний структуры и состава грунта, наличия других подземных сооружений, близости смотровых устройств и т.п., что и позволяет расширить область применения заявляемого способа по сравнению с прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
SU 1677675.
Anderson D.R., Johnson L., Bell F.G. Troubleshooting Optical Fiber Networks. Understanding and Using Your Optical Time-Domain Reflectometer. Academic Press, 2004, 437 p.
Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон.- М.: ЛЕСАРарт, 2005, 208 с.
RU 2047869.
RU 2071074.
RU 2149416.
Liang Jiajing, Wang Zhaoyong, Lu Bin, Wang Xiao, Li Luchuan, Ye Qing, Qu Ronghui, Cai Haiwen, "Distributed acoustic sensing for 2D and 3D acoustic source localization," Opt. Lett. 44, 1690-1693 (2019).
RU 2656295.