基于FBG傳感器的無源節點監控系統研究

黃菊梅 謝煒

【摘要】 隨著電信業務的發展和演進，各個城市都建設了大量無源光節點，主要有路邊光交、小區光交和其他無源光節點等通信設施，而現有的監控系統一般都是針對有源設備來控制，利用FBG（Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵）光纖傳感器監測無源節點的應變、溫度、開度變化，通過檢測傳感探頭的反射光譜即可解調出相應的環境改變，實現無源光節點的溫度和開門狀態等監測，實時監控無源光節點的環境信息，本監測系統實現了對通信設施的無盲點監控，可有效填補目前通信網絡中無源光節點無法監控的空白。

【關鍵詞】 光纖布拉格光柵傳感器 溫度、開度應變監測 無盲點監控；無源節點 ；

一、引言

隨著電信業務的發展和演進，各個城市新建了大量無源光節點，主要有路邊光交、小區光交、和其他無源光節點等。據不完全統計，一個省不同位置的無源光節點數目可達上萬個，隨著電信全業務發展的不斷推進，無源光節點的數目還將進一步增加。這些無源光節點作為全業務支撐的重要載體，承載著通信企業寬帶、專線和部分話音業務，其能否安全正常運行意義重大，如果遭到損壞或破壞，將對企業造成大量的經濟損失，同時也會引起用戶投訴，降低用戶的滿意度，造成用戶的流失，進而影響良好企業形象。現有的動環監控系統一般只對有源設備進行監控，而前面提到的大量光交和無源光節點一般是沒有電源接入的，即無源光設備。隨著市場發展的不斷推進，迫切需要將這些無源光設備納入安全監控系統。

本系統研究旨在現有研發成果和技術基礎上，利用FBG（Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵）光纖傳感器監測無源節點的應變、溫度、開度變化，通過過檢測傳感探頭的反射光譜即可解調出相應的環境改變，實現無源光節點的溫度和開門狀態等監測，實時監控無源光節點的環境信息，這一研究可有效填補目前通信網絡中無源光節點無法監控的空白，對無源光設備的監控做到“早發現、提前干預”。

二、監測系統架構概述

傳統的動環監控系統依賴遠端監控點電源或者電池，同時需要鋪設專用監控線，才能對其實施有效和持久的監控。隨著全業務的不斷推進，現在電信網存在并正在新建大量的無源的光節點，例如路邊光交、小區光交和其他核心無源節點，如果要對其有效的監控，就需要選擇不依賴電源的探頭。結合現在電信網組網情況，我們基于模塊化的思想有針對性的開發了無源節點監控系統，可以有效填補無源節點監控的空白。

2.1 系統主要模塊

圖1為該系統的原理圖，主要包括遠端感應系統模塊和近 端監控系統模塊構成。

（1）遠端感應系統

無源節點監控系統的遠端感應模塊系統的核心部件之一是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境變化。利用光纖光柵刻錄技術，能夠實現在單根光纖上刻錄多個FBG，每個FBG實現不同的傳感功能（溫度傳感器、應變傳感器、開度傳感器等），實現遠距離多點測量。當外界環境變量（應變、溫度、開度等）變化時，其反射光譜也相應發生改變，通過解調反射光譜變化就可測量出FBG傳感點的變量信息 ，可實現溫感、光感和觸感感應。

傳感器的安裝有兩種方案，第一種使用專用監測通道，使用傳送網中未帶業務的光通道，可直接接到無源光節點的ODF盤某個端口的發光接口上；第二種利舊現網已帶業務的傳輸光通道，可通過1*2耦合器的10%輸入端（耦合比9：1）將系統寬帶光源耦合進傳輸通道，在遠端無源光節點通過1*2耦合器（耦合比9：1）的10%輸出端將監測光源分離出來。

（2）近端監控系統

無源節點監控系統的遠端感應模塊系統的核心部件主要包 括光源和解調系統兩部分

1）光源系統

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。使用先進的選波技術回避電信網常用的波長1310 nm、1490 nm、和1550 nm，雖利舊電信網光纖通道，通過耦合器耦合進現有傳輸通道，但對業務無任 何影響。

2）解調系統

上圖為基于CCD波長解調的無源節點環境變化解調系統模塊，該模塊基于labview開發平臺和NI-DAQ數據采集技術，包括CCD波長解調系統、信號采集和降噪系統、和監控終端。

2.2 組網應用

圖3為基于模塊化的無源節點監控系統結構圖，其中藍色框內的遠端感應系統和近端監控系統為需要新建的部分，主要是寬帶光源、解調系統、監控軟件平臺以及無源光節點的光纖傳感器。

采用寬帶光源，通過調整光纖中傳輸的光波長避開現網常用的1310 nm、1490 nm等波長的光，利用光纖耦合器，將監測用的光源耦合進現網傳輸光纖網絡，對通信現網的業務無任何影響，不額外占用有限的纖芯資源。

圖4為系統監控界面，主要有實時數據顯示、操作面板控制、測試點信息、參數設置四大模塊。

a.實時數據顯示：

以波形的形式實時顯示溫度和應變情況，如有異常波動波形發生異常，可直觀顯示，并能看到歷史變化情況。

b.操作面板控制：

系統運行和停止，退出系統等。

c.測試點信息：

可實現溫度、應變雙參量交叉測量。監控軟件不僅可以根據需要調整測量的采集頻率，監測無源光節點的溫度和應變情況，還可以根據不同測量點設置報警上下閾值，并直觀的呈現，軟件智能分析、判斷，達到閾值觸發聲光告警。其中溫度和應變的報警閾值可以根據需要和不同的監測點實際來及時調整，已滿足不斷變化的需求。

d.參數設置：

可根據需要實現采樣頻率的調整，顯示測量點的數量、選擇歷史記錄點、近端解調系統的緩存占用情況。另外還可以針對采集的實時結果進行保存，并可以調整數據存儲的采樣時間。

直連網管可根據監控無源節點的分布情況采取就近接入的原則，盡可能利舊現有傳輸網光通道分散放置。采用專用數據分析軟件，將分散放置的網管數據庫分析匯總，將從遠端采集的無源光節點的環境信息存儲到統一數據庫，通過互聯網訪問技術被遠端PC終端訪問。

三、結論

本系統研究旨在現有研發成果和技術基礎上，充分利用光纖傳感技術、多通道在線實時解調技術，監控無源光節點的環境信息，光纖傳感技術是通過測量無源光節點周圍環境變化（溫度、振動、柜門開關等）對光纖中光信號的相位、振幅、光譜等參數的影響程度從而實現對其環境參數的的精確測量。

該監測方法可有效填補無源光節點無法監控的空白，對無源光設備的監控做到“早發現、提前干預”，同時實現了綠色節能，經濟環保。

參 考 文 獻

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