基于FBG传感器的无源节点监控系统研究

黄菊梅 谢炜

【摘要】 随着电信业务的发展和演进，各个城市都建设了大量无源光节点，主要有路边光交、小区光交和其他无源光节点等通信设施，而现有的监控系统一般都是针对有源设备来控制，利用FBG（Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅）光纤传感器监测无源节点的应变、温度、开度变化，通过检测传感探头的反射光谱即可解调出相应的环境改变，实现无源光节点的温度和开门状态等监测，实时监控无源光节点的环境信息，本监测系统实现了对通信设施的无盲点监控，可有效填补目前通信网络中无源光节点无法监控的空白。

【关键词】 光纤布拉格光栅传感器 温度、开度应变监测 无盲点监控；无源节点 ；

一、引言

随着电信业务的发展和演进，各个城市新建了大量无源光节点，主要有路边光交、小区光交、和其他无源光节点等。据不完全统计，一个省不同位置的无源光节点数目可达上万个，随着电信全业务发展的不断推进，无源光节点的数目还将进一步增加。这些无源光节点作为全业务支撑的重要载体，承载着通信企业宽带、专线和部分话音业务，其能否安全正常运行意义重大，如果遭到损坏或破坏，将对企业造成大量的经济损失，同时也会引起用户投诉，降低用户的满意度，造成用户的流失，进而影响良好企业形象。现有的动环监控系统一般只对有源设备进行监控，而前面提到的大量光交和无源光节点一般是没有电源接入的，即无源光设备。随着市场发展的不断推进，迫切需要将这些无源光设备纳入安全监控系统。

本系统研究旨在现有研发成果和技术基础上，利用FBG（Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅）光纤传感器监测无源节点的应变、温度、开度变化，通过过检测传感探头的反射光谱即可解调出相应的环境改变，实现无源光节点的温度和开门状态等监测，实时监控无源光节点的环境信息，这一研究可有效填补目前通信网络中无源光节点无法监控的空白，对无源光设备的监控做到“早发现、提前干预”。

二、监测系统架构概述

传统的动环监控系统依赖远端监控点电源或者电池，同时需要铺设专用监控线，才能对其实施有效和持久的监控。随着全业务的不断推进，现在电信网存在并正在新建大量的无源的光节点，例如路边光交、小区光交和其他核心无源节点，如果要对其有效的监控，就需要选择不依赖电源的探头。结合现在电信网组网情况，我们基于模块化的思想有针对性的开发了无源节点监控系统，可以有效填补无源节点监控的空白。

2.1 系统主要模块

图1为该系统的原理图，主要包括远端感应系统模块和近 端监控系统模块构成。

（1）远端感应系统

无源节点监控系统的远端感应模块系统的核心部件之一是FBG传感器模块，该传感器是全光器件，无需供电，可以敏锐感知外界环境变化。利用光纤光栅刻录技术，能够实现在单根光纤上刻录多个FBG，每个FBG实现不同的传感功能（温度传感器、应变传感器、开度传感器等），实现远距离多点测量。当外界环境变量（应变、温度、开度等）变化时，其反射光谱也相应发生改变，通过解调反射光谱变化就可测量出FBG传感点的变量信息 ，可实现温感、光感和触感感应。

传感器的安装有两种方案，第一种使用专用监测通道，使用传送网中未带业务的光通道，可直接接到无源光节点的ODF盘某个端口的发光接口上；第二种利旧现网已带业务的传输光通道，可通过1*2耦合器的10%输入端（耦合比9：1）将系统宽带光源耦合进传输通道，在远端无源光节点通过1*2耦合器（耦合比9：1）的10%输出端将监测光源分离出来。

（2）近端监控系统

无源节点监控系统的远端感应模块系统的核心部件主要包 括光源和解调系统两部分

1）光源系统

采用C波段宽带光源（带宽范围：1530～1560 nm），输出平均功率20 dBm，平坦度：2 dB。使用先进的选波技术回避电信网常用的波长1310 nm、1490 nm、和1550 nm，虽利旧电信网光纤通道，通过耦合器耦合进现有传输通道，但对业务无任 何影响。

2）解调系统

上图为基于CCD波长解调的无源节点环境变化解调系统模块，该模块基于labview开发平台和NI-DAQ数据采集技术，包括CCD波长解调系统、信号采集和降噪系统、和监控终端。

2.2 组网应用

图3为基于模块化的无源节点监控系统结构图，其中蓝色框内的远端感应系统和近端监控系统为需要新建的部分，主要是宽带光源、解调系统、监控软件平台以及无源光节点的光纤传感器。

采用宽带光源，通过调整光纤中传输的光波长避开现网常用的1310 nm、1490 nm等波长的光，利用光纤耦合器，将监测用的光源耦合进现网传输光纤网络，对通信现网的业务无任何影响，不额外占用有限的纤芯资源。

图4为系统监控界面，主要有实时数据显示、操作面板控制、测试点信息、参数设置四大模块。

a.实时数据显示：

以波形的形式实时显示温度和应变情况，如有异常波动波形发生异常，可直观显示，并能看到历史变化情况。

b.操作面板控制：

系统运行和停止，退出系统等。

c.测试点信息：

可实现温度、应变双参量交叉测量。监控软件不仅可以根据需要调整测量的采集频率，监测无源光节点的温度和应变情况，还可以根据不同测量点设置报警上下阈值，并直观的呈现，软件智能分析、判断，达到阈值触发声光告警。其中温度和应变的报警阈值可以根据需要和不同的监测点实际来及时调整，已满足不断变化的需求。

d.参数设置：

可根据需要实现采样频率的调整，显示测量点的数量、选择历史记录点、近端解调系统的缓存占用情况。另外还可以针对采集的实时结果进行保存，并可以调整数据存储的采样时间。

直连网管可根据监控无源节点的分布情况采取就近接入的原则，尽可能利旧现有传输网光通道分散放置。采用专用数据分析软件，将分散放置的网管数据库分析汇总，将从远端采集的无源光节点的环境信息存储到统一数据库，通过互联网访问技术被远端PC终端访问。

三、结论

本系统研究旨在现有研发成果和技术基础上，充分利用光纤传感技术、多通道在线实时解调技术，监控无源光节点的环境信息，光纤传感技术是通过测量无源光节点周围环境变化（温度、振动、柜门开关等）对光纤中光信号的相位、振幅、光谱等参数的影响程度从而实现对其环境参数的的精确测量。

该监测方法可有效填补无源光节点无法监控的空白，对无源光设备的监控做到“早发现、提前干预”，同时实现了绿色节能，经济环保。

参 考 文 献

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