СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G02B6/00 G01M11/02 

Изобретение относится к области волоконно-оптической связи и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации.

Известен также способ идентификации поврежденного оптического волокна (патент РФ №2256161, G01M 11/02, H04B 10/08, 10.07.2005), заключающийся в том, что предварительно измеряют контрольную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, запоминают ее впоследствии с заданным интервалом времени, периодически измеряют текущую характеристику обратного рассеяния этого же волокна при таких же параметрах зондирования, а поврежденное оптическое волокно идентифицируют в результате сравнения контрольной и текущей характеристик обратного рассеяния оптического волокна, при этом вычисляют матрицу:

где ||C|| - ковариационная матрица контрольной и текущей характеристик обратного рассеяния оптического волокна, а D_k - дисперсия контрольной характеристики обратного рассеяния, и идентифицируют оптическое волокно как поврежденное при отклонении хотя бы одного из членов матрицы ||Es|| от единицы больше заданного порогового значения.

Недостатком аналога является необходимость предварительного измерения характеристик оптического волокна, непрерывное сравнение исходной и действующей величины обратного рассеяния, а также невозможность одновременной работы с несколькими оптическими волокнами.

Известно устройство визуальной идентификации кабельной проводки или трубопроводов для определения положения концов шнуров, проводов, кабелей или трубопроводов (патент РФ №2294001, G02B 6/44, 20.02.2007), содержащее в или на каждом шнуре, проводе, кабеле или трубопроводе, которые необходимо идентифицировать, по меньшей мере, одно оптическое волокно, проложенное от первого разъема до другого разъема указанного шнура, провода, кабеля или трубопровода, причем первый конец каждого из оптических волокон доступен на соответствующем разъеме шнура, провода, кабеля или трубопровода с возможностью его освещения средством ввода света в волокно, и второй конец этого оптического волокна доступен на другом конце того же шнура, провода, кабеля или трубопровода и выполнен с возможностью приема на нем света, введенного в волокно на первом разъеме, при этом одно или каждое оптическое волокно, встроенное в или на шнур, провод, кабель или трубопровод, имеет два изогнутых конца, то есть первый изогнутый конец, доступный для средства ввода света, и второй изогнутый конец, доступный для приема света, при этом изогнутые концы оптического волокна или каждого оптического волокна утоплены в разъемы, предусмотренные в двух концах шнура, провода, кабеля или трубопровода.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные его действием на небольшие расстояния в пределах здания, из-за медных кабелей и видимого спектра излучения. Кроме того, необходимо наличие, по меньшей мере, одного оптического волокна у каждого тестируемого кабеля, провода, шнура, трубопровода, а изогнутые концы оптических волокон приводят к повреждению всего кабеля в целом.

Известно устройство диагностики волоконно-оптических трактов (патент РФ №2180436, G01M 11/02, 10.03.2002), содержащее последовательно установленные источник излучения, направленный ответвитель, один выход которого соединен с оптическим входом фотоприемника, а второй - с устройством ввода излучения в контролируемый отрезок оптического волокна, два микроконтроллера, цифровой индикатор, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, расширитель импульсов, пульт управления, формирователь импульсов, программируемый аттенюатор, компаратор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, второй фотоприемник, оптический соединитель, причем оптический вход второго фотоприемника подключен к выходу контролируемого отрезка оптического волокна через оптический соединитель, один из входов порта ввода первого микроконтроллера связан с выходами фотоприемников через коммутатор, программируемый аттенюатор, управляемые от второго микроконтроллера, и компаратор, один из портов ввода первого микроконтроллера соединен с одним из портов вывода второго микроконтроллера, один из выходов порта вывода первого микроконтроллера соединен с одним из входов порта ввода второго микроконтроллера, а другой выход соединен с управляющим входом источника излучения через формирователь импульсов, аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу аттенюатора через расширитель импульсов, управляемый от второго микроконтроллера, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя соединен с портом ввода второго микроконтроллера, другие порты ввода-вывода второго микроконтроллера соединены с цифровым индикатором, пультом управления, перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством.

Недостатками аналога являются сложность конструкции, невысокая производительность процесса идентификации оптических волокон ввиду возможности одновременно проводить тестирование с одним оптическим волокном, невысокая достоверность идентификации концов оптических волокон и невозможность работы на удаленных концах кабельного сегмента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ идентификации оптического волокна (патент РФ №2400783, G02B 6/14, G02B 6/02, 27.07.2010), заключающийся в том, что на ближнем конце в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, принимают поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния и по результатам его обработки оценивают дифференциальную модовую задержку, при этом оптический зондирующий сигнал вводят в оптическое волокно в виде последовательности оптических импульсов, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации и измеряют характеристику обратного рассеяния, при биениях которой ниже установленного уровня идентифицируют многомодовое оптическое волокно с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием только одного зондирующего сигнала, а также невозможность идентификации оптического кабельного сегмента на удаленном конце ввиду отсутствия передающего оптического модуля и принимающего оптического модуля в раздельном исполнении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство идентификации оптических волокон (патент РФ №51757, G02B 6/00, H04B 3/52, 27.02.2006), содержащее передатчик и приемник, соединенные оптическим кабелем, при этом передатчик содержит источник информации, выход которого соединен с входом электронно-оптического преобразователя, выход которого через блок ввода оптических сигналов соединен с оптическим кабелем, противоположный конец которого оптически связан с фотоприемником информационного сигнала, двухканальный оптический рефлектометр, работающий на двух длинах волн, выход которого соединен со вторым входом блока ввода оптических сигналов, решающее устройство, импульсный оптический генератор и блок формирования импульсов запуска оптического генератора, причем цифровой выход рефлектометра соединен со входом решающего устройства, один из выходов которого соединен с входом управления рефлектометра, а второй выход решающего устройства соединен со входом формирования импульсов запуска импульсного оптического генератора, оптический выход которого связан с третьим входом блока ввода оптических сигналов, идентичная волоконно-оптическая информационно-диагностическая система передачи в обратном направлении с передачей информации, осуществляемой на другой длине волны по тому же оптическому волокну, а в состав каждой из них введены блок подстройки генератора, опорный генератор, блок задержки и блок отражения, у которых при этом выход и первый вход блока подстройки генератора соединены соответственно с входом и первым выходом опорного генератора, второй и третий входы блока подстройки генератора соединены соответственно с выходом фотоприемника и выходом приемника информации, а второй и третий выходы опорного генератора соединены соответственно со вторым входом решающего устройства и вторым входом электронно-оптического преобразователя, в котором внесены изменения, позволяющие управлять формируемыми оптическими сигналами, и, кроме того, в оптическое волокно между рефлектометром с усовершенствованным алгоритмом обработки отраженного сигнала, имеющим цепь управления формированием сканирующих импульсов от решающего устройства, и блоком ввода оптических сигналов, реализованным спектральным демультиплексором/мультиплексором, дополнительно выполняющим функции спектрально-селективного элемента, имеющим четыре выхода/входа, последовательно включен блок отражения, вход которого соединен с выходом блока задержки, соединенного входом с выходом решающего устройства.

Недостатками ближайшего аналога являются сложность конструкции, невысокая производительность процесса идентификации оптических волокон, невысокая достоверность идентификации концов оптических волокон и невозможность одновременной идентификации нескольких оптических волокон.

Задачей изобретения является возможность работы на удаленных концах кабельного сегмента, а также повышение производительности процесса идентификации оптических волокон за счет быстрого определения необходимой пары для сращивания и за счет одновременной идентификации нескольких оптических волокон.

Технический результат - автоматизация процесса идентификации оптических волокон, повышение достоверности идентификации концов оптических волокон независимо от их числа, расположения и цветовой маркировки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом идентификации оптических волокон, по которому на ближнем конце исследуемой линии в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, затем считывают его из оптического волокна на дальнем конце исследуемой линии, по которому согласно изобретению сначала производят запуск генерации оптических импульсов передающего оптического модуля посредством блока запуска генераторного оборудования, при этом передающий оптический модуль соединяют с исследуемыми линиями, затем на ближнем конце исследуемой линии в пучок оптических волокон вводят посредством блока ввода оптических сигналов оптические зондирующие сигналы, каждый из которых имеет неповторяющуюся последовательность оптических импульсов, и на дальнем конце исследуемой линии путем поочередного подключения тестируемого оптического волокна к принимающему оптическому модулю считывают из оптического волокна кодовый сигнал номера передающего оптического волокна, и по результатам его обработки в виде соответствия «вывод передатчика - кодовое слово», номер исследуемого волокна отображают на блоке индикации принимающего оптического модуля.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также устройством идентификации оптических волокон, включающим передающий оптический модуль и принимающий оптический модуль, соединенные оптическим кабелем, в котором согласно изобретению передающий оптический модуль содержит процессорное устройство, соединенное первым входом-выходом с блоком обновления программного обеспечения и вторым выходом с блоком индикации, к входу которого подключен блок запуска генераторного оборудования, подсоединенного к второму входу процессорного устройства, к третьему входу которого подключен кварцевый генератор, причем к четвертому входу процессорного устройства подключен аккумуляторный блок, связанный с источником питания, соединенным с четвертым входом процессорного устройства, а третий выход процессорного устройства связан с блоком электронных ключей, соединенным с блоком электронно-оптических преобразователей, связанным с блоком ввода оптических сигналов, при этом принимающий оптический модуль содержит процессорное устройство, соединенное первым входом-выходом с блоком обновления программного обеспечения, при этом ко второму входу процессорного устройства подключен блок оптико-электронного преобразователя, соединенный последовательно с блоком вывода оптического сигнала, а второй выход процессорного устройства подключен к блоку индикации, связанному с блоком настройки индикации, причем к третьему входу процессорного устройства подключен аккумуляторный блок, соединенный с источником питания, соединенный с третьим входом процессорного устройства, а к четвертому входу процессорного устройства подключен кварцевый резонатор.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена структурная схема передающего оптического модуля, на фиг.2 - структурная схема принимающего оптического модуля.

Устройство идентификации оптических волокон включает соединенные оптическим кабелем передающий оптический модуль и принимающий оптический модуль. Передающий оптический модуль (фиг.1) содержит процессорное устройство 1, соединенное первым входом-выходом с блоком обновления программного обеспечения 2 и вторым выходом с блоком индикации 3, ко входу которого подключен блок запуска генераторного оборудования, подсоединенного ко второму входу процессорного устройства 1, к третьему входу которого подключен кварцевый генератор 5. К четвертому входу процессорного устройства 1 подключен аккумуляторный блок 6, связанный с источником питания 7, соединенным с четвертым входом процессорного устройства 1. Третий выход процессорного устройства 1 связан с блоком электронных ключей 8, соединенным с блоком электронно-оптических преобразователей 9, связанным с блоком ввода оптических сигналов 10.

Принимающий оптический модуль (фиг.2) содержит процессорное устройство 11, соединенное первым входом-выходом с блоком обновления программного обеспечения 12. Ко второму входу процессорного устройства 11 подключен блок оптико-электронного преобразователя 13, соединенный последовательно с блоком вывода оптического сигнала 14. Второй выход процессорного устройства 11 подключен к блоку индикации 15, связанному с блоком настройки индикации 16. К третьему входу процессорного устройства 11 подключен аккумуляторный блок 17, соединенный с источником питания 18, соединенный с третьим входом процессорного устройства 11. К четвертому входу процессорного устройства 11 подключен кварцевый резонатор 19.

Устройство идентификации оптических волокон работает следующим образом.

Функционирование передающего оптического модуля устройства идентификации оптических волокон основано на излучении двоичных кодовых последовательностей импульсов с передающих выводов процессорного устройства 1. Двоичные данные записаны в память процессорного устройства 1 и хранятся в виде массива чисел. Для удобства в обслуживании и перепрограммировании процессорного устройства 1 в случае сбоя программы предусмотрены блок обновления программного обеспечения 2, представляющий собой коннектор с возможностью подключения внешнего программатора.

В первую очередь выполняется инициализация используемых в программе переменных. На втором этапе происходит инициализация портов. Во время процедуры инициализации таймера (на чертеже не показан) в регистры, отвечающие за работу таймера, записываются значения битов, которым соответствует работа процессорного устройства 1 на прерываниях по совпадению таймера (компаратора) и записывается некоторое значение в регистр совпадения (для выполнения прерывания работы процессорного устройства 1). На следующем этапе происходит проверка режима. Если блок запуска генераторного оборудования 4 находится в неактивном состоянии, то программа не выдаст какую-либо информацию о работе передающего модуля на блок индикации 3 и снова выполнит проверку. Таким образом, в данной операции происходит зацикливание, которое длится до тех пор, пока блок запуска генераторного оборудования 4 не будет зафиксирован в рабочем режиме. При запуске блока генераторного оборудования 4 процессорное устройство 1 перейдет в рабочий режим, блок индикации 3 отобразит состояние работы модуля и запустит таймер. После этого процессорное устройство 1 выполняет проверку условия совпадения регистра таймера со значением, записанным в регистр совпадения. Если совпадения не произошло, программа входит в цикл и это происходит до тех пор, пока таймер не досчитает до нужного значения. При совпадении значения таймера с некоторым числом выдается команда на прерывание работы процессорного устройства 1. За время процедуры прерывания процессорное устройство 1 выводит значения из таблицы на порты и происходит увеличение счетчика элементов массива на единицу. Последовательность действий процессорного устройства 1 не имеет завершения. Вместо этого на передающем оптическом модуле происходит зацикливание на проверку рабочего режима. Кварцевый резонатор 5, применяемый в генераторах с фиксированной частотой (процессорное устройство 1), обеспечивает обновление программного обеспечения процессорного устройства 1 и обеспечивает стабилизацию частоты работы передающего оптического модуля устройства идентификации оптических волокон.

Функционирование передающего оптического модуля устройства идентификации оптических волокон основано на использовании аккумуляторного блока 6 с возможностью заряда последнего источником питания 7, что обеспечивает работу передающего оптического модуля непосредственно от внешнего источника питания 7 (в том числе от 220 В).

Блок электронных ключей 8 осуществляет коммутацию электрических сигналов и формирует кодовую последовательность для блока электронно-оптических преобразователей 9.

Ввод оптических сигналов импульсов в оптоволоконную линию связи осуществляется посредством блока ввода оптических сигналов 10.

Работа процессорного устройства 11 принимающего оптического модуля заключается в распознавании входящей кодовой комбинации, поступающей на блоки вывода оптического сигнала 14 и оптико-электронного преобразователя 13, и в сравнении кода с разрешенными значениями импульсов, записанными в память процессорного устройства 11 в виде таблицы соответствия «вывод передатчика - кодовая посылка» (таблица). По разным оптическим волокнам передаются неповторяющиеся последовательности импульсов. При поступлении на процессорное устройство 11 разрешенных значений битов номер вывода передающего оптического модуля отображается на блоке индикации 15 с возможностью его настройки в блоке настройки индикации 16. В случае поступления на принимающий оптический модуль запрещенной комбинации никаких действий со стороны процессорного устройства 11 не происходит, и данная последовательность игнорируется. Распознавание входящего кода осуществляется процессорным устройством 11 в режиме работы на прерываниях по внешнему сигналу. При поступлении в принимающий оптический модуль первого информационного импульса происходит прерывание и начинается считывание дискретного сигнала, после чего пришедший сигнал сравнивается с допустимыми значениями сигналов, записанными в постоянное запоминающее устройство процессорного устройства 11. В случае совпадения значений сигналов считанная комбинация сопоставляется с номером вывода передающего оптического модуля, отображаемого на блоке индикации 15. Для удобства в обслуживании и перепрограммировании процессорного устройства 11 в случае сбоя программы предусмотрен блок обновления программного обеспечения 12, представляющий собой коннектор с возможностью подключения внешнего программатора.

Завершается цикл работы процессорного устройства 11 снятием ограничения на запрет прерываний (в том числе, если совпадения сигналов не произошло) и повторно проверяется условие наличия сигнала внешнего прерывания. Функционирование принимающего оптического модуля устройства идентификации оптических волокон основано на использовании аккумуляторного блока 17 с возможностью заряда последнего источником питания 18. Предоставляется возможность работы принимающего оптического модуля непосредственно от внешнего источника питания 18 (в том числе от 220 В). Кварцевый резонатор 19, применяемый в генераторах с фиксированной частотой (процессорное устройство 11), предоставляет возможность обновления программного обеспечения процессорного устройства 11 и обеспечивает стабилизацию частоты работы принимающего оптического модуля устройства идентификации оптических волокон.

Пример конкретной реализации способа

В основе способа идентификации оптических волокон при строительстве волоконно-оптических линий связи лежит классический принцип симплексной связи, построенной по схеме передатчик - линия связи - приемник. Принцип симплексной связи подразумевает, что передача и прием сообщений между двумя пунктами осуществляются раздельно только в одном направлении. В общем случае, передающий оптический модуль предназначен для генерации информационного сигнала, преобразования полученного сигнала в световые импульсы и для их дальнейшей передачи в волоконно-оптическую линию связи. На другой стороне волоконно-оптической линии связи приемный модуль извлекает световой сигнал из оптического волокна, выполняет преобразование импульс света - импульс электрический посредством блока оптико-электронного преобразователя 13, распознает переданную кодировку импульсов и выводит соответствующий номер излучающего оптического волокна на блок индикации 15. В качестве процессорного устройства 1 использовался микроконтроллер ATmega8 фирмы AtmelAVR, для процессорного устройства 11 - микроконтроллер ATtiny2313.

При включении устройства идентификации оптических волокон проверяют его работоспособность согласно индикации работы. В случае успешного запуска устройства сначала производят запуск генерации оптических импульсов передающего оптического модуля посредством блока запуска генераторного оборудования 4, при этом передающий оптический модуль соединяют с исследуемыми линиями. Затем на ближнем конце исследуемой линии через блок электронно-оптических преобразователей 9 в пучок оптических волокон вводят посредством блока ввода оптических сигналов 11 оптические зондирующие сигналы, каждый из которых имеет неповторяющуюся последовательность оптических импульсов. В пучке содержится, например, 16 оптических волокон. В качестве электронно-оптических преобразователей могут быть использованы лазерные диоды или светоизлучающие диоды, например TSAL5100. На дальнем конце исследуемой линии путем поочередного подключения тестируемого оптического волокна к принимающему оптическому модулю считывают из оптического волокна кодовый сигнал номера передающего оптического волокна и по результатам его обработки в виде соответствия «вывод передатчика - кодовое слово» (таблица) номер исследуемого волокна отображают на блоке индикации принимающего оптического модуля. Например, на дальнем конце путем выборки из 16 оптических волокон тестируют оптическое волокно под номером 13. В таком случае процессорное устройство 11 обрабатывает входящую кодовую комбинацию 00000000000111101101, проверяет соответствие с таблицей «вывод передатчика - кодовое слово», и номер вывода передатчика отображает на блоке индикации 15, подключенного к принимающему модулю (цифра 13).

Для надежного распознавания входящих кодовых слов учитывается кодовое расстояние по Хеммингу, определяемое как минимальное число элементов, при которых одна комбинация отличается от другой при ее попарном сравнении. Для большинства последовательностей импульсов, представленных в таблице, кодовое расстояние равно трем.

Таблица Соответствие «вывод передатчика - кодовое слово» Номер, отображаемый на дисплее приемника Кодовое слово 1 00000000000011110001 2 00000000000011101011 3 00000000000011000111 4 00000000000010011101 5 00000000000000010011 6 00000000000010110111 7 00000000000001101101 8 00000000000001011111 9 00000000000110001111 10 00000000000111010111 11 00000000000111100011 12 00000000000110111001 13 00000000000111101101 14 00000000000100011011 15 00000000000100111101 16 00000000000101000011

Итак, заявляемое изобретение обеспечивает возможность работы на удаленных концах кабельного сегмента, а также повышение производительности процесса идентификации оптических волокон за счет быстрого определения необходимой пары для сращивания и за счет одновременной идентификации нескольких оптических волокон позволяет осуществить автоматизацию процесса идентификации оптических волокон, повышение достоверности идентификации концов оптических волокон независимо от их числа, расположения и цветовой маркировки.

Изобретение касается идентификации оптических волокон. Сущность заявленного решения заключается в том, что в каждое волокно оптической линии вводят оптический зондирующий сигнал. Последовательно считывают каждый указанный сигнал, прошедший через соответствующее волокно линии, и идентифицируют оптическое волокно в линии на основании полученного сигнала. При этом зондирующий сигнал для каждого волокна линии имеет неповторяющуюся последовательность оптических импульсов, которая характеризует номер оптического волокна в линии. Технический результат - автоматизация процесса идентификации оптических волокон, повышение достоверности идентификации концов оптических волокон независимо от их числа, расположения и цветовой маркировки. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ идентификации оптических волокон, по которому на ближнем конце исследуемой линии в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, затем считывают его из оптического волокна на дальнем конце исследуемой линии, отличающийся тем, что сначала производят запуск генерации оптических импульсов передающего оптического модуля посредством блока запуска генераторного оборудования, при этом передающий оптический модуль соединяют с исследуемыми линиями, затем на ближнем конце исследуемой линии в пучок оптических волокон вводят посредством блока ввода оптических сигналов оптические зондирующие сигналы, каждый из которых имеет неповторяющуюся последовательность оптических импульсов, и на дальнем конце исследуемой линии путем поочередного подключения тестируемого оптического волокна к принимающему оптическому модулю считывают из оптического волокна кодовый сигнал номера передающего оптического волокна и по результатам его обработки в виде соответствия «вывод передатчика - кодовое слово» номер исследуемого волокна отображают на блоке индикации принимающего оптического модуля.

2. Устройство идентификации оптических волокон, включающее передающий оптический модуль и принимающий оптический модуль, соединенные оптическим кабелем, отличающееся тем, что передающий оптический модуль содержит процессорное устройство, соединенное первым входом-выходом с блоком обновления программного обеспечения и вторым выходом с блоком индикации, к входу которого подключен блок запуска генераторного оборудования, подсоединенного к второму входу процессорного устройства, к третьему входу которого подключен кварцевый генератор, причем к четвертому входу процессорного устройства подключен аккумуляторный блок, связанный с источником питания, соединенным с четвертым входом процессорного устройства, а третий выход процессорного устройства связан с блоком электронных ключей, соединенным с блоком электронно-оптических преобразователей, связанным с блоком ввода оптических сигналов, при этом принимающий оптический модуль содержит процессорное устройство, соединенное первым входом-выходом с блоком обновления программного обеспечения, при этом к второму входу процессорного устройства подключен блок оптико-электронного преобразователя, соединенный последовательно с блоком вывода оптического сигнала, а второй выход процессорного устройства подключен к блоку индикации, связанному с блоком настройки индикации, причем к третьему входу процессорного устройства подключен аккумуляторный блок, соединенный с источником питания, соединенный с третьим входом процессорного устройства, а к четвертому входу процессорного устройства подключен кварцевый резонатор.