基于FBG傳感器的無源節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)研究

黃菊梅 謝煒

【摘要】 隨著電信業(yè)務(wù)的發(fā)展和演進(jìn)，各個(gè)城市都建設(shè)了大量無源光節(jié)點(diǎn)，主要有路邊光交、小區(qū)光交和其他無源光節(jié)點(diǎn)等通信設(shè)施，而現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)一般都是針對有源設(shè)備來控制，利用FBG（Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵）光纖傳感器監(jiān)測無源節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變、溫度、開度變化，通過檢測傳感探頭的反射光譜即可解調(diào)出相應(yīng)的環(huán)境改變，實(shí)現(xiàn)無源光節(jié)點(diǎn)的溫度和開門狀態(tài)等監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o源光節(jié)點(diǎn)的環(huán)境信息，本監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對通信設(shè)施的無盲點(diǎn)監(jiān)控，可有效填補(bǔ)目前通信網(wǎng)絡(luò)中無源光節(jié)點(diǎn)無法監(jiān)控的空白。

【關(guān)鍵詞】 光纖布拉格光柵傳感器 溫度、開度應(yīng)變監(jiān)測 無盲點(diǎn)監(jiān)控；無源節(jié)點(diǎn) ；

一、引言

隨著電信業(yè)務(wù)的發(fā)展和演進(jìn)，各個(gè)城市新建了大量無源光節(jié)點(diǎn)，主要有路邊光交、小區(qū)光交、和其他無源光節(jié)點(diǎn)等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)省不同位置的無源光節(jié)點(diǎn)數(shù)目可達(dá)上萬個(gè)，隨著電信全業(yè)務(wù)發(fā)展的不斷推進(jìn)，無源光節(jié)點(diǎn)的數(shù)目還將進(jìn)一步增加。這些無源光節(jié)點(diǎn)作為全業(yè)務(wù)支撐的重要載體，承載著通信企業(yè)寬帶、專線和部分話音業(yè)務(wù)，其能否安全正常運(yùn)行意義重大，如果遭到損壞或破壞，將對企業(yè)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也會(huì)引起用戶投訴，降低用戶的滿意度，造成用戶的流失，進(jìn)而影響良好企業(yè)形象。現(xiàn)有的動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)一般只對有源設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，而前面提到的大量光交和無源光節(jié)點(diǎn)一般是沒有電源接入的，即無源光設(shè)備。隨著市場發(fā)展的不斷推進(jìn)，迫切需要將這些無源光設(shè)備納入安全監(jiān)控系統(tǒng)。

本系統(tǒng)研究旨在現(xiàn)有研發(fā)成果和技術(shù)基礎(chǔ)上，利用FBG（Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵）光纖傳感器監(jiān)測無源節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變、溫度、開度變化，通過過檢測傳感探頭的反射光譜即可解調(diào)出相應(yīng)的環(huán)境改變，實(shí)現(xiàn)無源光節(jié)點(diǎn)的溫度和開門狀態(tài)等監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o源光節(jié)點(diǎn)的環(huán)境信息，這一研究可有效填補(bǔ)目前通信網(wǎng)絡(luò)中無源光節(jié)點(diǎn)無法監(jiān)控的空白，對無源光設(shè)備的監(jiān)控做到“早發(fā)現(xiàn)、提前干預(yù)”。

二、監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)概述

傳統(tǒng)的動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)依賴遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)電源或者電池，同時(shí)需要鋪設(shè)專用監(jiān)控線，才能對其實(shí)施有效和持久的監(jiān)控。隨著全業(yè)務(wù)的不斷推進(jìn)，現(xiàn)在電信網(wǎng)存在并正在新建大量的無源的光節(jié)點(diǎn)，例如路邊光交、小區(qū)光交和其他核心無源節(jié)點(diǎn)，如果要對其有效的監(jiān)控，就需要選擇不依賴電源的探頭。結(jié)合現(xiàn)在電信網(wǎng)組網(wǎng)情況，我們基于模塊化的思想有針對性的開發(fā)了無源節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效填補(bǔ)無源節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的空白。

2.1 系統(tǒng)主要模塊

圖1為該系統(tǒng)的原理圖，主要包括遠(yuǎn)端感應(yīng)系統(tǒng)模塊和近 端監(jiān)控系統(tǒng)模塊構(gòu)成。

（1）遠(yuǎn)端感應(yīng)系統(tǒng)

無源節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)端感應(yīng)模塊系統(tǒng)的核心部件之一是FBG傳感器模塊，該傳感器是全光器件，無需供電，可以敏銳感知外界環(huán)境變化。利用光纖光柵刻錄技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在單根光纖上刻錄多個(gè)FBG，每個(gè)FBG實(shí)現(xiàn)不同的傳感功能（溫度傳感器、應(yīng)變傳感器、開度傳感器等），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測量。當(dāng)外界環(huán)境變量（應(yīng)變、溫度、開度等）變化時(shí)，其反射光譜也相應(yīng)發(fā)生改變，通過解調(diào)反射光譜變化就可測量出FBG傳感點(diǎn)的變量信息 ，可實(shí)現(xiàn)溫感、光感和觸感感應(yīng)。

傳感器的安裝有兩種方案，第一種使用專用監(jiān)測通道，使用傳送網(wǎng)中未帶業(yè)務(wù)的光通道，可直接接到無源光節(jié)點(diǎn)的ODF盤某個(gè)端口的發(fā)光接口上；第二種利舊現(xiàn)網(wǎng)已帶業(yè)務(wù)的傳輸光通道，可通過1*2耦合器的10%輸入端（耦合比9：1）將系統(tǒng)寬帶光源耦合進(jìn)傳輸通道，在遠(yuǎn)端無源光節(jié)點(diǎn)通過1*2耦合器（耦合比9：1）的10%輸出端將監(jiān)測光源分離出來。

（2）近端監(jiān)控系統(tǒng)

無源節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)端感應(yīng)模塊系統(tǒng)的核心部件主要包 括光源和解調(diào)系統(tǒng)兩部分

1）光源系統(tǒng)

采用C波段寬帶光源（帶寬范圍：1530～1560 nm），輸出平均功率20 dBm，平坦度：2 dB。使用先進(jìn)的選波技術(shù)回避電信網(wǎng)常用的波長1310 nm、1490 nm、和1550 nm，雖利舊電信網(wǎng)光纖通道，通過耦合器耦合進(jìn)現(xiàn)有傳輸通道，但對業(yè)務(wù)無任 何影響。

2）解調(diào)系統(tǒng)

上圖為基于CCD波長解調(diào)的無源節(jié)點(diǎn)環(huán)境變化解調(diào)系統(tǒng)模塊，該模塊基于labview開發(fā)平臺(tái)和NI-DAQ數(shù)據(jù)采集技術(shù)，包括CCD波長解調(diào)系統(tǒng)、信號(hào)采集和降噪系統(tǒng)、和監(jiān)控終端。

2.2 組網(wǎng)應(yīng)用

圖3為基于模塊化的無源節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中藍(lán)色框內(nèi)的遠(yuǎn)端感應(yīng)系統(tǒng)和近端監(jiān)控系統(tǒng)為需要新建的部分，主要是寬帶光源、解調(diào)系統(tǒng)、監(jiān)控軟件平臺(tái)以及無源光節(jié)點(diǎn)的光纖傳感器。

采用寬帶光源，通過調(diào)整光纖中傳輸?shù)墓獠ㄩL避開現(xiàn)網(wǎng)常用的1310 nm、1490 nm等波長的光，利用光纖耦合器，將監(jiān)測用的光源耦合進(jìn)現(xiàn)網(wǎng)傳輸光纖網(wǎng)絡(luò)，對通信現(xiàn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)無任何影響，不額外占用有限的纖芯資源。

圖4為系統(tǒng)監(jiān)控界面，主要有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、操作面板控制、測試點(diǎn)信息、參數(shù)設(shè)置四大模塊。

a.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：

以波形的形式實(shí)時(shí)顯示溫度和應(yīng)變情況，如有異常波動(dòng)波形發(fā)生異常，可直觀顯示，并能看到歷史變化情況。

b.操作面板控制：

系統(tǒng)運(yùn)行和停止，退出系統(tǒng)等。

c.測試點(diǎn)信息：

可實(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變雙參量交叉測量。監(jiān)控軟件不僅可以根據(jù)需要調(diào)整測量的采集頻率，監(jiān)測無源光節(jié)點(diǎn)的溫度和應(yīng)變情況，還可以根據(jù)不同測量點(diǎn)設(shè)置報(bào)警上下閾值，并直觀的呈現(xiàn)，軟件智能分析、判斷，達(dá)到閾值觸發(fā)聲光告警。其中溫度和應(yīng)變的報(bào)警閾值可以根據(jù)需要和不同的監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際來及時(shí)調(diào)整，已滿足不斷變化的需求。

d.參數(shù)設(shè)置：

可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)采樣頻率的調(diào)整，顯示測量點(diǎn)的數(shù)量、選擇歷史記錄點(diǎn)、近端解調(diào)系統(tǒng)的緩存占用情況。另外還可以針對采集的實(shí)時(shí)結(jié)果進(jìn)行保存，并可以調(diào)整數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的采樣時(shí)間。

直連網(wǎng)管可根據(jù)監(jiān)控?zé)o源節(jié)點(diǎn)的分布情況采取就近接入的原則，盡可能利舊現(xiàn)有傳輸網(wǎng)光通道分散放置。采用專用數(shù)據(jù)分析軟件，將分散放置的網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫分析匯總，將從遠(yuǎn)端采集的無源光節(jié)點(diǎn)的環(huán)境信息存儲(chǔ)到統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，通過互聯(lián)網(wǎng)訪問技術(shù)被遠(yuǎn)端PC終端訪問。

三、結(jié)論

本系統(tǒng)研究旨在現(xiàn)有研發(fā)成果和技術(shù)基礎(chǔ)上，充分利用光纖傳感技術(shù)、多通道在線實(shí)時(shí)解調(diào)技術(shù)，監(jiān)控?zé)o源光節(jié)點(diǎn)的環(huán)境信息，光纖傳感技術(shù)是通過測量無源光節(jié)點(diǎn)周圍環(huán)境變化（溫度、振動(dòng)、柜門開關(guān)等）對光纖中光信號(hào)的相位、振幅、光譜等參數(shù)的影響程度從而實(shí)現(xiàn)對其環(huán)境參數(shù)的的精確測量。

該監(jiān)測方法可有效填補(bǔ)無源光節(jié)點(diǎn)無法監(jiān)控的空白，對無源光設(shè)備的監(jiān)控做到“早發(fā)現(xiàn)、提前干預(yù)”，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了綠色節(jié)能，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

參 考 文 獻(xiàn)

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