接頭盒智能化在通信光纜故障定位中的應用

文/楊海昀

隨著電力通信網的不斷發展、完善，光纜敷設形式多樣化、復雜化，架空與地埋管道光纜混合搭配，給電力傳輸網絡提供了穩定、可靠的通道保障。但是隨之而來的是運維難度不斷增加，在人員數量有限的情況下，光纜缺陷處理的時間過長。近幾年昭通的城市建設中，所轄的街道基本都進行了改造。同時，電力光纜、運營商光纜也逐漸進入地埋管道敷設，可是管道的狹窄、錯綜復雜、高低壓電纜同管道等情況也隨之出現。在部分光纜未做好標識等防范措施的情況下，光纜運行并不穩定、可靠。那么如何采取有效的措施，在人力資源有限的狀況下，做好主城區光纜的監控，在發生故障后如何能夠第一時間到達現場，省去反復測試、二次定位、故障查找等工作，也是我們值得思考的問題。因此為了更好的開展對運行光纜（特別是城區管道光纜）的維護及故障消缺工作，提出了“智能”光纜接頭盒的研究，幫助電力通信通道能夠實時的監測及故障的立即定位。

然而現有通信光纜故障定位主要依賴于OTDR檢測設備。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射而制成的精密光學儀表。OTDR設備在通信光纜故障定位中，由于光纜絞縮率、光纜接頭/ODF內纖芯預留、光纜預留、光纜敷設時的自然彎曲、光纜的非直線敷設等，無法準確地理定位。將光纜接頭盒智能化，將光纜分段監測，可將定位誤差控制在可接受范圍，有效提高通信光纜故障修復率。

1 接頭盒智能化

接頭盒智能化，是指將接頭盒改造為光學可識別或可區分，使其可以使用現有光學儀器比如OTDR表識別，以實現接頭盒的監測、識別和定位。目前接頭盒智能化的方法主要有：接頭盒內備用纖芯上接入特定光柵，接頭盒內備用纖芯上接入特定衰耗值的光衰，接頭盒內備用纖芯上接入特定跳纖序列等方法。

（1）接頭盒內備用纖芯上接入特定光柵：利用光柵“對特定波長反射其他波長透傳”的光學特性，將特定的光柵內置到接頭盒內，就可“光學標定”這個接頭盒。其局限是在同一條光纜上，不能使用相同波長的光柵。一般這類光柵的波長間隔為0.1um，能夠滿足光纜的接續使用，如圖1所示。

（2）接頭盒內備用纖芯上接入特定衰耗值的光衰：利用光衰對反射光的衰減特性來“光學標定”接頭盒。在光纜中接入光衰后，使用OTDR表測試，可以得到與熔接點類似的衰減“臺階”。該衰減“臺階”一般比熔接點“臺階”大。通過內置不同衰減值的光衰，不通大小的衰減代表不同的接頭盒，從而“光學”標定接頭盒。其局限性是對反射光衰減過大，從而影響測量識別距離。同時這類光衰必須采用帶尾纖熔接。如果采用接頭跳接的方式，會導致光衰后端面的菲涅爾反射峰掩蓋光衰對反射光的衰減，從而不可識別。

（3）接頭盒內備用纖芯上接入特定跳纖序列：利用在用OTDR表測試時，跳纖端面會形成菲涅爾反射峰，不同的跳纖序列形成不同的反射峰序列，從而識別接頭盒，“光學標定”接頭盒。比如以OTDR表的距離識別精度L為基數，制備n*L長度的跳纖，并將不同長度基數的跳纖串聯起來，可形成不同的編組序列。如圖2中左側所示，串聯了三根不同長度的跳纖，其長度分別為2L、6L、4L，在圖2右側中可以看出，其光學波形圖中，形成4個尖峰，4個尖峰之間的距離分別為2L、6L、4L，這樣就形成了一個完整的唯一的三位數序列光學編組為“264”，以此類推，可以利用規則性的不同長度n*L的跳纖組成不同的編組。

圖2：跳纖序列“光學標定”接頭盒原理圖

2 光纜故障定位中智能接頭盒的運用

目前光纜故障排查主要是在中繼段的端點，先利用OTDR測得故障點距離測試端的光纖長度,然后再按“全程計算法”算出故障點距測試端的地面長度。

式中LF為光纜故障點距測試端的地面長度；L為OTDR所顯示的測試端至故障點之間的光纖長度；ΣL2為測試端至故障點之間每個光纜接頭盒中盤留的光纖長度；ΣL3為測試端至故障點之間路由光纜的光纜預留長度；ΣL4為以上每個光纜接頭內的裸纖預留長度；ΣL5為測試端至故障點之間光纜沿地表形敷設時所增加的長度；P為光纖成纜時的絞縮率；α為光纜敷設時的自然彎曲率。

顯然式（1）中，ΣL3，ΣL4，ΣL5，α這幾個參數在光纜施工中都不可能準確控制。隨著接頭盒的增加，計算誤差也在累加。如果我們以接頭盒為參考點，實現分段監測，可以避免誤差的累積。這就要求接頭盒必須可以光學識別，即采用智能化的接頭盒。

表1：智能接頭盒參數對比表

圖3：智能接頭盒協助故障定位原理圖

圖4：故障點地理坐標計算流程

圖5：智能接頭盒在光纜在線監測系統中的應用

采用智能化的接頭盒后，光纜正常時，可測定每個接頭盒相對于測試端的光纖距離Li（i=1,2,3…）。并錄入光纜檔案庫。故障時，可把故障定位在兩個接頭盒之間。

比如：

Ln

則故障點在第n個接頭盒和第n+1個接頭盒之間。

以第n個接頭盒為參考點，則可把計算公式優化為：

式中L為光纜故障點距第n個接頭盒的地面長度； LF為OTDR所顯示的測試端至故障點之間的光纖長度；Ln為測試端至第n個接頭盒的光纖長度；P為接頭盒n和接頭盒n+1之間光纜成纜時的絞縮率；αn為光纜在第n個接頭盒與第n+1個接頭盒之間敷設時的自然彎曲率。

公式（2）中LF，Ln都可以準確測定，αn可在光纜正常時計算得到一個相對于公式（1）的可信值。因此通過公式（2）計算出的位置相對于公式（1）要可信很多。

這樣，智能接頭盒中接入的光學可識別介質，可協助故障定位，等效于故障定位器，如圖3所示。

如果在智能接頭盒安裝時，采集其地理位置信息（經緯度），錄入數據庫。還可以計算出故障點的大致經緯度，實現光纜故障的精準定位。

式（3）中XF、YF為光纜故障點的經緯度坐標；LF為OTDR所顯示的測試端至故障點之間的光纖長度；Ln為測試端至第n個接頭盒的光纖長度； Ln+1為測試端至第n個接頭盒的光纖長度。式（3）是按照第n個接頭盒與第n+1個接頭盒之間的光纜按照直線布線的，且沒有考慮故障點兩側的余纜，因此只能得出大致的故障點地理位置，計算流程如圖4所示。

在有GIS系統（如GoogleMaps技術）的光纜在線監測系統中，根據光纖網絡資源的實際敷設情況，用GIS系統采集終端采集光纜布放路由，并采用智能接頭盒的分段監測和故障定位，還可得到故障點更精準的經緯度信息，智能接頭盒在光纜在線監測系統中的應用如圖5所示。

前述是光纜完全中斷的情況，然而很多時候是光纜中部分纖芯中斷的情況。這時我們同樣可以用OTDR測出故障纖芯故障點局測試點的距離LF，以備用纖芯上的故障定位器為參考點，采用相同的計算方法得出故障點位置。

3 三種智能化接頭盒的應用比較

前述的三種智能化接頭盒中，根據其原理，其應用有很大差異。

3.1 光柵型智能接頭盒

光學識別度高；由于其附加尾纖很短，因此對被測光纜的長度影響??；附加的插入損耗小，可適用于長距離光纜；但其識別必須使用寬帶光源，因此不能使用一般的OTDR，因此造價最貴。

3.2 光衰型智能接頭盒

光學識別度不高，容易與熔接質量不好的熔接頭混淆；其附加尾纖很短，因此對被測光纜的長度影響??；實施簡單，可用一般OTDR，造價低。但其附加的損耗大，嚴重影響OTDR表的測試距離，因此只適合短距光纜。

3.3 跳纖序列型智能接頭盒

光學識別度較高；其附加尾纖很長，因此對被測光纜的長度影響大；實施簡單，可用一般OTDR，造價低。對比參數如表1所示。

4 結束語

接頭盒智能化后，可協助故障定位，讓光纜分段故障地位可以實現，有效提升故障定位精度。用光柵改造接頭盒的方法，也可在現場紫外光在備用纖芯上光刻，可以減少附加尾纖對長度的影響。也可在光纜生產時按照一定的距離直接光刻在備用纖芯上。根據現在的運維狀況，利用光纜接續盒的“智能”化研究，可以滿足當前狀況的故障查找等問題，在電力通信系統缺陷消除的時間限制條件下，盡可能的做好相關工作，保證全年的運行指標到位，為地方電力通信網的運維工作增添了科學的技術保障。