[发明专利]基于单极性编码脉冲的光缆金属护套层故障检测方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种光缆金属护套层的故障检测方案，属于测试技术领域。

背景技术

在通信工程中，各类光缆（陆用光缆、海底光缆）已经广泛地应用于通信主干线路中。由于各种自然环境因素和人为因素，通信光缆常常发生损坏。通信光缆常见的损坏类型分为两种：光单元损坏和护套层损坏。以往统计资料表明：护套层损坏若未能及时修复，将很可能导致光单元的损坏。目前光缆内部光单元故障的检测定位可以通过OTDR,BOTDR等技术加以实现。但是当可以利用光信号对光缆进行故障定位时，故障已经非常严重了，往往会导致通信中断。因此光缆使用单位希望在光缆护套层发生损坏时，就可以进行检测和定位，从而加以修复，防止故障的进一步恶化。

目前已有的光缆护套层故障检测方法有：绝缘电阻检测法和音探法 。这两种方法都可以探测光缆金属护套层绝缘故障，但两者都有缺点：绝缘电阻检测法是对光缆护套层施加一个直流高电压，通过观察漏电流数值变化判断是否有绝缘降低的故障，但是却无法对故障点作出定位，音探法需要工作人员手持探头沿光缆布设路径人工检测，工作量巨大，在长距离光缆线路维护工作中难以实施。

在研究中发现，由于TEM波可以存在于光缆护套结构中，所以可以采用电压脉冲反射法对光缆金属护套层进行故障检测，但是若采用单脉冲作为探测信号，由于衰减，反射脉冲的信号常常淹没在噪声之中，很难识别。为解决这一问题，常常采用两种方法：1、提高脉冲的功率；2、加大脉冲的宽度。但是这两种方法都有不可弥补的缺点：脉冲的功率不可能无限增大，增大脉冲功率的同时，也会增大相关噪声；加大脉冲宽度会牺牲空间分辨率，在对故障定位精度要求很高的场合这种方法不能采用。因此，需要一种在不降低空间分辨率的前提条件下，提高系统信噪比的方法。

发明内容

    技术问题： 本发明的目的是提供一种对光缆金属护套层进行故障检测的方法，该方法使用编码脉冲作为探测信号，可以在不提高信号功率并且不降低空间分辨率的前提条件下，有效降低测量噪声提高系统信噪比。

技术方案：本发明是一种基于单极性矩阵编码对光缆的金属护套层进行故障检测的方法，向被测光缆中发射单极性编码序列脉冲，通过数据采集系统采集反射脉冲信号，经处理分析还原信号后，通过读取入射脉冲与反射脉冲之间的时间差，得出故障点的位置；

检测方法包括以下步骤：

1）利用软件生成单极性编码矩阵，该矩阵具有这样的数学特征：其逆矩阵元素的平方和要小于该矩阵的阶数；

2）利用信号发生器产生与步骤1）中矩阵行向量相对应的单极性序列脉冲，元素“0”用零电平表示，“1”用高电平表示，将该单极性序列脉冲作为探测信号输入至调理电路；调理电路将序列脉冲输入待测光缆的金属护套中，同时将序列脉冲作为触发信号；调理电路接收待测光缆中反射回来的脉冲信号，同时数据采集系统将数据采集下来；

3）对采集得到的数据进行信号处理，信号处理方法为：对信号进行位移后再累加平均，使用软件对处理过的信号进行波形图像还原，还原后的信号具有更高的信噪比，波形图像的辨识度更佳；

4）通过测量波形图像上探测脉冲与反射脉冲之间的时间差计算出光缆护套层中故障点的位置；

5）通过波形形状的识别可大致判断光缆护套层故障类型：若反射脉冲极性与探测脉冲极性相同，则护套层出现断裂故障；若反射脉冲极性与探测脉冲极性相反，则此处光缆护套层可能受潮。

所述利用软件生成单极性编码矩阵方式如下：

  

 其中为最低阶的Hardmrd矩阵，为阶Hardmrd矩阵，为阶Hardmrd矩阵；可见Hardmrd矩阵由“1”“-1”两种元素构成的；

然后进行极性变换，将所有“-1”全变化为“0”，这样双极性Hadamard矩阵就变为单极性矩阵： 

，

为Hardmrd矩阵中第i行，第j列元素，为Hardmrd矩阵进行极性变换后第i行，第j列元素；

的第一行第一列所有元素全部为“0”，将第一行第一列删除后得到其最大非零子式：

将矩阵中的“0”元素用低电平表示，“1”元素用电压脉冲表示，5公里以下探测距离使用5V电压脉冲信号， 5公里以上探测距离使用10V电压脉冲信号；

使用信号发生器将S矩阵中的各个行向量依次用序列脉冲的方式发射至待测光缆护套层中，并用数据采集卡将数据采集下来。