監控光纜的系統、方法與裝置的製作方法

2023-07-20 03:40:21 2

專利名稱：監控光纜的系統、方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及監控光纜的系統。
具體地說，本發明涉及連接在光信號傳輸設備與接收設備之間的光纜監控系統，此系統經總線與中央控制器連接且包括與光纜兩端作永久連接的用來測量光功率的緊湊的電光裝置。
本發明還涉及監控包括有上述監控系統的光纖鏈路的方法。
本發明還涉及用來測量光功率的可永久性地連入光纜網絡內的緊湊電光裝置，這類器件具有光輸入與光輸出以及電輸入與電輸出並屬於這樣的類型，即它所包括的光功率測量電路具有與光輸入連接的輸入和與電輸出連接的輸出，而此電輸出則提供流過光纜的工作光功率值。
周知光纜已廣泛用於電信網路中。事實上，在這種光載體上交換信息能改進電信系統的總體質量及其運行速度。
在本發明的具體領域中，需要一種快速的故障查找技術。
特別重要的是，需有一種可防由於通過各光纜時衰減在各個點上的變化而發生故障的能力，這樣的能力則視作為受損光纜線路的一種可靠表徵。
為此目的，已有了一批可用於監控光纜系統的裝置，能對光纜特性評價提供有用的信息。
第一種現有技術的解決方法是對「失效的」光纜，即從它正常連接的設備上脫開的光纜，測量通過它時的衰減。
這種現有的解決方法採用的測量系統模擬發射機/接收機系統並給光纜輸入一試驗信號。根據對發射的和接收的信號的測量結果，可以檢查光纜的性能。
但這第一種解決方法並不能核查「使用中的」即正常運行的光纜的性能。此外，監控各條光纜和整個網絡是耗時的。
第二種現有技術的解決方法不是去測量通過光纜的衰減而是採用一種反射計或OTDR(光時域反射計)。
這種反射計與光纜的第一端相連而使光的試驗信號通過此光纜傳送。
由上述第一端測量了由此光纜反射回的光波的強度與到達時間，根據這些值就可回求出光纜的衰減值和/或可能故障的位置。
用OTDR試驗設備所作的測量易於對「非使用中」光纜施行，也可在工作中的光纜上進行。
在上述後一情形，是用合適的光耦合器將光試驗信號加到工作中的光信號之上。這時，光試驗信號的波長與工作中光信號的波長必須相差很大，用以最大限度減少對信號的幹擾。
這第二種既有的解決方法雖可實現欲追求的目的但並非完美無缺，主要的缺點之一是OTDR試驗設備的龐大與高價。
由於所述限制，一套OTDR試驗設備通常為一批光纜共用，因而只能進行循環的監控。而這就涉及到要用許多光開關。
此外，存在著兩個具有不同波長的光信號時會在接收端產生噪聲，後者既不能完全抑制也不能採用濾光片。
本發明擬從技術上解決的問題是去為連續監控光纜提供電光測量裝置和相關系統，它們的結構與功能特點能克服現有技術監控系統仍無法解決的缺點。
作為本發明基礎的解決問題的思想是，應用永久性地裝於光纜端部的緊湊電光測量裝置來長期地連續測量光纜的衰減。
根據上述解決方法的思路，是由權利要求1所限定的，用來監控連接於發射設備與接收設備之間的光纜的系統。
有關的技術問題還由權利要求4所限定的監控光纜的方法解決，其中在光纜的始端與末端，通過測量經此光纜傳送的光功率的預定部分來求出通過此光纜的衰減。
上述問題進一步可由採用權利要求15所限定的測量光功率的電光裝置解決，它們按高度緊湊的形式設置，並於試驗中的光纜的始端和末端抽取工作中光信號的預定部分，以計算經此光纜傳送的光功率的平均值。
從下面參考附圖以非限定性示例給出的本發明實施形式的詳細描述中，將可了解到本發明的監控系統與電光測量裝置的特點與優點。
附圖中

圖1是本發明的光纜雙向連接的監控系統簡圖；圖2是示意性地表明圖1中監控系統的簡圖；圖3以高度緊湊的實施形式概示本發明的用於測量光功率的電光裝置；圖4概示本發明的用於測量光功率的電光裝置的改型實施形式。
現來參看附圖，總體以標號1表示的是用來監控鋪設在發射設備TX與接收設備RX間的雙向連接的光纜2。
具體地說，光纜2是連接到接收設備RX中包括的光/電變換器O/E的光輸入端80和發射設備TX中包括的雷射發射機LD的光輸出端。
檢查通過光纜2的衰減的最直接的方法，是去計算發射的工作光功率PT的值與接收的工作光功率PR的對應之比(要是這些值以dBm表示，即兩者的差)。
在本發明的方法中，上述光功率間的比最好以通過光纜2的總光功率的部分PTX與PRX給出這樣的部分取預設的固定分割比，以能正確地求出通過光纜的衰減值。
為此目的，前述監控系統1包括第一光電裝置3和第二電光裝置4用來測量光功率，它們分別在發射設備TX與接收設備RX處連接光纜2的始端與末端。
測量光功率用的電光裝置3與4具有至少兩個光輸入端5、6和至少兩個光輸出端7、8以及各自的電輸入端9、10和電輸出端11、12。
具體地說，電光測量裝置3的光輸入端5與發射設備TX的輸出端50相連而它的輸出端7則與光纜2連接。
類似地，電光測量裝置4的光輸入端6與光纜2相連而它的輸出端8則與接收設備RX的輸入端80相連。
如圖1與2所示，監控系統1經總線13和中央控制器14相連，此中央控制器位於監控系統1的外部或很遠處並在其中計算通過光纜2的衰減。
圖3所示為本發明的用於測量光功率的電光裝置的最佳實施形式，例如裝置3。
電光裝置3包括插接於光輸入端5和光輸出端7之間的分光器15，並具有與電光探測器17連接的第二輸出端16，此探測器17本身又同光功率測量電路20的輸入端19相連。
特別是分光器15，它根據預定的分割比從發射設備TX的輸出端50分出工作光功率P的一部分PTX。
在一最佳實施形式中，分光器15能按分割比RR90∶10，在光輸出端7與第二輸出端16之間有效地分劃存在於光輸入端5上的光功率。
電光裝置3所用的分光器15最好具有低功率的額外插入損耗，例如小於0.25dB的。
根據本發明，最好通過採用高靈敏型的電光探測器17和高阻抗的前置放大器18，使電光裝置3能探測功率級在-50dB之下的光功率。
這樣，測量電路20將在輸出端21供給存在於輸入端19的光功率部分PTX。輸出端21連接到模數轉換器22上，將光功率部分PTX轉換為二進位碼，並由發射協議處理電路23發送給電光測量裝置3的電輸出端11，而由此傳送到中央控制器14。
上述發射協議處理電路23以單向方式連接收協議處理電路24，後者又連接到電光裝置3的電輸入端9同時連接到中央控制器14上。
此發射協議控制電路23給中央控制器14發送外出的光功率部分的測量值DPTX，以及與電光測量裝置3相關的並可由中央控制器14識別的識別二進位碼COD3。類似地，接收協議處理電路24則能識別與其相關的由中央控制器14發送來的識別二進位碼COD3。
根據本發明，電光測量裝置3最好包括遠程供電電路25，後者應用DC值IC，經過總線13傳送，產生一能有效給電光測量裝置供給功率的電壓Vs。
這樣，可以很方便地將另外一些裝置連接到總線13之上，用來起到相同的作用或是去測量不同量級的光功率，而這樣一些裝置都可通過總線13本身遠程供電或進行遙控。
遠程供電電路25通過第一電阻器R1和第二去耦電阻器R2與電輸入端9和電輸出端11分別連接。去耦電阻器R1與R2將存在於總線13上所有的有用電信號例如COD3或DPTX從DC遠程供應的電流Ic分開。
下面說明本發明的監控系統1的工作。
電光測量裝置3與4由中央控制器14用輪詢型或中斷型程序查詢。在任一種情形下，電光測量裝置3與4都被輸入識別碼COD3、COD4，同時將從與電光測量裝置3與4的連接點處輸入與測得的光功率部分PTX、PRX相對應的二元值DPTX、DPRX，並將輸入應答測量裝置的識別碼COD3或COD4。
特別是在本發明的最佳實施形式中，與中央控制器交換信息是應用系列型HDCL(高級數據鏈路控制規程)的協議進行的，這在下述構型的監控系統中雖是適當的，其中的電光測量裝置3、4經單一總線13相互連接並與中央控制器14連接。
根據所接收到的光功率部分的值DPTX與DPRX，中央控制器14就能計算通過光纜2的衰減，而據此即可檢查此光纜的性能或可能的故障。
在實際工作中，電信網路通常採用雙向鏈路，即取連接相應成對的接收設備RX-RX′與發送設備TX、TX′，如圖1所示。這時的中央控制器14將接收成對的輸入的DPRX、DP′RX和輸出的DPTX、DP′TX光功率部分的二元值，並在兩個方向上計算通過雙向鏈路2、2′的總衰減。
本發明的監控系統也適用於點到點單向構型連接的或一點到多點單向構型連接的光纖傳輸形式。
特別重要的是把監控系統1用於具有樹型結構的光分配網絡。這種網絡中光鏈路的高度的複雜的結構，事實上要求對於流過這種鏈路的光功率衰減變動引起的任何退化都需能及時查明。
本發明的這種電光測量器件也同樣能連接到應用於一點到多點分配網絡中光放大器的輸出端，以改進整個系統的可靠性。
圖4是本發明的電光測量裝置3″的改進實施形式，它可以用於裝配有人員保安用自動光學防護裝置的電信網路中發射設備的輸出端。
在上述系統中，供給工作光功率P並且連接在發射設備TX內的工作光源(由於屬已知類型，已在圖4中略去)事實上當光纖因破損或斷開而截止光的傳輸時，會自動關閉。
要是發射設備TX沒有工作光功率P發出時，則不能根據發射設備TX本身發生有故障而說是由於光纜破損造成的故障(這有可能造成發射設備TX的光源變壞)。
為了擺脫上述限制，此電光測量裝置3″還包括有連接在分光器15與光輸出端7兩者間的光耦合器26。光耦合器26用來給工作光信號增加經光纜2輸送來的功率P，給輔助光信號增加級別在此系統任何操作人員危險閾2下的功率PA。
光耦合器26連接到輔助光源27上，例如低功率的光發射機或LED，或低功率雷射器，後者本身又通過平均功率探測器28與測量電路28的輸出端21連接。
下面討論本發明的電光測量裝置3″的上述改型實施形式的作業。
只要沒有工作光功率P時，平均功率探測器28便會接通輔助光源27，以遠低於工作功率的水平，給光纜2形成的鏈路供給輔助功率PA。
這樣就能在下述作業狀態間作出區別正常作業-接收的光功率部分PRX所具有的值接近於依照分光器15引入的分割比RR所得到的工作功率P的部分FP。
光纜故障-接收不到光功率部分PRX。
發射機故障-接收到的光功率PRX減小，減小成的值由輔助光功率PA確定。
本發明的電光測量裝置3″於是能夠測定光纜的衰減，並能指出發射設備中因光纖斷裂故障而引起的故障。
有利的是，本發明的電光測量裝置3、3″能夠以單一的小型化模件或單一的集成電路用高度緊湊的形式實現，這樣就使其易於安裝到電信網路中和減少成本和減小體積。
此電光測量器件3與3″能夠用集成到氧化鉛或矽襯底上的光學部件和半導體電路晶片，由混合工藝實現。
特別是分光器15與光耦合器26能夠由「熔接光纖」的工藝實現，以提供近似理論設計值的極低插入損耗。
當採用矽襯底時，分光器15與光耦合器26可以用光的導向器件形成在同一襯底上的「光波導」技術實現。
總之，本發明提供的用於光功率測量的電光裝置和用來監控光纜的系統，能夠檢查由光纜組成的鏈路在其正規運行時通過它所發生的衰減，由此能檢查它可能有的變質惡化情況，而不中斷或以任何方式幹擾所傳送的工作信號。
此外，本發明的用於光功率測量的，能用在設有自動光學保護的電信網路中的這一電光裝置可以根據發射設備中的損壞造成的故障來說明由於光纖斷裂造成的故障。
權利要求
1.用來監控連接在光信號發射設備(TX)與接收設備(RX)間的光纜(2)的系統，特徵在於，此系統包括用來測量光功率的第一電光裝置(3)和第二電光裝置(4)，它們經總線(13)與中央控制器(14)連接，並在上述發射設備(TX)與接收設備(RX)的鄰近，分別與光纜(2)的始端與末端作永久性連接。
2.權利要求1所述的監控系統，特徵在於，此系統具有分別與上述發射設備(TX)的輸出端(50)和光纜(2)連接的相應光輸入端(5，6)；分別與光纜(2)和上述接收設備(RX)的輸入端(80)連接的相應光輸出端(7，8)；以及與所述總線(13)連接的各相應電輸入端(9，10)與電輸出端(11，12)。
3.權利要求2所述的監控系統，特徵在於，有另外的測量裝置連接到所述總線(13)上，並有耦合電阻器(R1，R2)將存在於總線(13)上的各有用信號與能給上述另外的測量裝置遠程供給功率的供給電流(IC)相分開。
4.監控建立在光信號發射設備(TX)與接收設備(RX)之間的光纖鏈路(2)的方法，此方法屬於提供通過光纖鏈路(2)的工作光功率(P)衰減測量結果的類型，特徵在於，此功率衰減是作為依據一預設的固定分割比(RR)在發射端與接收端拾取的光功率部分(PTX，PRX)間的比測量的，用來評價光纜(2)的性能。
5.權利要求4所述的並由監控系統(1)實施的監控方法，此監控系統(1)包括第一電光測量裝置(3)和第二電光測量裝置(4)，它們在光信號發射設備(TX)與接收設備(RX)處永久性地連接著光纖鏈路(2)的始端與末端，同時經總線(13)與中央控制器相連，特徵在於，此方法包括下述步驟中央控制器(14)詢問電光測量裝置(3，4)而給電輸入端(9，10)供給識別此測量裝置的二進位碼(COD3，COD4)；電光測量裝置(3，4)對連接中央控制器(14)的電輸出端(11，12)供給分別對應於連接電光測量裝置(3，4)處測量的第一與第二光功率部分(PTX，PRX)的第一與第二二進位碼(DPTX，DPRX)，以及應答裝置的識別碼(COD3，COD4)；以及由中央控制器(14)計算，作為由第一電光測量裝置(3)測量的發射光功率部分(PTX)與由第二電光測量裝置(4)測量的接收光功率部分(RRX)二者間比率的光纖鏈路(2)的衰減。
6.權利要求5所述的監控方法，特徵在於，與中央控制器(14)交換信息是通過發射協議處理器電路(23)和接收協議處理器(24)進行的，這兩種處理器都應用了HDLC型的協議。
7.權利要求5所述的監控方法，特徵在於，中央控制器(14)通過輪詢或中斷程序來詢問電光測量裝置(3，4)。
8.權利要求4所述的且可以用在即使是光纖鏈路網絡中有光學安全自動防護裝置在工作的監控方法，特徵在於，當光纖鏈路(2)上不存在工作的光功率(P)時，給光纖鏈路(2)輸入水平低於此工作光功率(P)的輔助功率(PA)，以在下述三種作業狀態間作出區別正常作業-接收的光功率部分(PRX)所具有的值接近於依照分割比(RR)所得到的工作功率(P)的部分(FP)；光纖鏈路(2)故障-接收不到光功率部分(PRX)；以及發射設備(TX)故障-接收到的光功率(PRX)減小，減小成的值由輔助光功率(PA)確定。
9.權利要求8所述並由監控系統(1)實施的監控方法，此監控系統(1)包括第一電光測量裝置(3)和第二電光測量裝置(4)，它們在光信號發射設備(TX)與接收設備(RX)處永久性地連接著光纖鏈路(2)的始端與末端，同時經總線(13)與中央控制器相連，特徵在於，此第一電光測量裝置(3)包括有平均功率探測器(28)，後者連接到用來供給輔助光功率(PA)的輔助光源(27)。
10.權利要求9所述的監控方法，特徵在於，所述平均功率探測器(28)當光纜(2)上不存在工作光功率(P)時即接通上述輔助光源(27)。
11.權利要求4所述的監控方法，特徵在於，所述光纖鏈路(2)包括光纜。
12.權利要求4所述監控方法，特徵在於，所述光纖鏈路(2)屬於雙向型，包括著一對連接在光信號發射設備(TX，TX′)與接收設備(RX，RX′)相應的對之間的一對光纜(2，2′)。
13.權利要求12所述的監控方法，特徵在於，所述雙向鏈路具有單向的點到點構型。
14.權利要求12所述的監控方法，特徵在於，所述雙向光纖連接具有單向的點到多點構型。
15.測量光纜(2)的工作光功率(P)的緊湊型電光裝置(3)，它具有光輸入端(5)與光輸出端(7)以及電輸入端(9)與電輸出端(11)，並屬於包括有光功率測量電路(20)的類型，電路(20)具有與上述光輸入端(5)連接的輸入端(19)和與上述電輸出端(11)連接的輸出端(21)，特徵在於此電光裝置包括有連接在所述光輸入端(5)和光輸出端(7)之間的分光器(15)，同時具有經電光探測器(17)與前述光功率測量電路(20)連接的第二輸出端(16)，而所述分光器(15)能有效地根據預定的分割比(RR)將工作光功率(P)的一部分(PTX)分流到上述第二輸出端(16)上，且這部分工作光功率(PTX)由光功率測量電路(20)處理並提供給此電路的電輸出端(21)。
16.權利要求15所述的裝置，特徵在於，前述光功率測量電路(20)的輸出端(21)與模數轉換器(22)相連，後者則將光功率部分(PTX)的值變換為二進位碼(DPTX)，它與識別測量裝置(3)的另一二進位碼(COD3)一起傳送給電輸出端(11)。
17.權利要求16所述裝置，特徵在於，所述二進位碼(DPTX)是通過與連接到上述電輸入端(9)的接收協議處理器(24)相連的發射協議處理器電路(23)而傳送給輸入端(9)，該輸入端(9)用於接收識別二進位碼(COD3)。
18.權利要求15所述的裝置，特徵在於，所述分光器(15)是通過前置放大器(18)與該功率測量電路(20)相連。
19.權利要求15所述的裝置，特徵在於，此裝置包括的遠程供電電路(25)能產生適當的電壓(Vs)給電光測量裝置(3)提供功率，並能通過第一阻擋電阻器(R1)和第二阻擋電阻器(R2)與電輸入端(9)和電輸出端(11)分別連接。
20.權利要求15所述的裝置，特徵在於，前述分光器(15)對光輸入端(5)上存在的光功率按分割比(RR)90∶10分給光輸出端(7)與第二輸出端(16)。
21.權利要求18所述的裝置，特徵在於，所述電光探測器(17)屬高靈敏型而所述前置放大器(18)屬高阻抗型。
22.權利要求15所述的裝置，特徵在於，所述分光器(15)具有的附加插入損耗小於0.25dB。
23.權利要求19所述的且能在光纜(2)的網絡用的自動光學安全防護裝置業已起動後仍可有效工作的裝置，特徵在於，此裝置包括連接在分光器(15)與光輸出端(7)之間且與前述功率測量電路(20)相連的光耦合器(26)，此光耦合器(26)將一功率低於危險閾的輔助光功率信號(PA)加到通過光纜(2)傳播的工作功率信號(P)上。
24.權利要求23所述的裝置，特徵在於，所述光耦合器(26)連接到輔助光源(27)，而後者又通過平均功率探測器(28)與所述測量電路(20)的輸出端(21)相連。
25.權利要求24所述的裝置，特徵在於，所述輔助光源(27)是低功率的光發射器LED或低功率的雷射器。
全文摘要
本發明涉及用來監控連接在光信號傳輸設備(TX)與接收設備(RX)間的光纜(2)的系統,且包括用來測量光功率的第一與第二電光裝置(3,4),後者經總線(13)在傳輸設備(TX)與接收設備(RX)處與光纜(2)的始、末端分別相連。本發明還涉及測量光纜(2)的工作光功率(P)的緊湊電光裝置(3),它具有光輸入端(5)與光輸出端(7)和電輸入端(9)與電輸出端(11),且包括著有輸入端(19)與光輸入端相連和有輸出端(21)與電輸出端(11)相連的光功率測量電路(20)。此測量裝置(3)還包括連接在光輸入端(5)與光輸出端(7)之間的分光器(15)。此分光器(15)有一通過電光探測器(17)與光功率測量電路(20)連接的第二輸出端(16),並在此第二輸出端(16)上依照預定的分割比(RR)分出所述工作光功率(P)的一部分(P
文檔編號G01M11/00GK1197560SQ95197956
公開日1998年10月28日 申請日期1995年9月15日 優先權日1995年9月15日
發明者塞吉奧·利裡 申請人:Pllb伊萊喬尼卡公司