一種光纖故障老化模型的建立方法
【專利摘要】本發明公開了一種光纖故障老化模型的建立方法，屬于電力及通信【技術領域】。該方法首先分析影響光纖可靠性環境的參數指標；再通過實驗，獲取準確、可靠的數據；然后利用回歸分析的方法，建立光纖的故障模型和光纖老化預測模型。所述實驗主要分為兩部分，接續損耗實驗與非接續損耗實驗；接續損耗主要包括進行熔接損耗實驗與連接器損耗實驗；非接續損耗實驗主要包括進行彎曲損耗實驗、溫度-濕度循環實驗、浸水實驗和濕熱實驗。本方法基于統計實驗與回歸分析方法，相比于單純的理論分析結果更加的實用，且所采用的先進實驗設備和科學的實驗方法，保證了實驗數據和模型的客觀準確。
【專利說明】一種光纖故障老化模型的建立方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力及通信【技術領域】，涉及一種光纖故障老化模型的建立方法。

【背景技術】
[0002] 隨著光纖在電力系統通信網中應用越來越普及，光纖的可靠性和故障監測也就顯 得越來越重要。同時，由于我國地域廣闊，各地環境差異比較大，光纖的運用環境也很復雜， 光纖的損耗常常是造成電力光纖光纜故障的主要因素。
[0003] 為了使維護員能夠在光纜維護過程中對電力光纜的故障情況能夠做出迅速處理， 并對電力市場服務提供快速響應，同時保證向用戶提供可靠、經濟的能源，需要對光纖的故 障老化情況進行監測，這也是對通信基礎設施進行維護及施工中關鍵的一步。因此，在電力 系統的通信網中，對光纖故障監測技術研究被放在了一個非常重要的位置。
[0004] 目前，大多數研究機構和科研院所對光纖故障監測都偏向于理論化（如模糊理 論、人工神經等）的探索和研究，進行應用與數據分析和狀態診斷，這對使用人員來說不易 掌握，沒有充分考慮一線運維人員的可操作性。光纜在施工和長期的使用過程中，受到應力 作用或者環境因素的影響下，導致衰耗的增加，對光纜的維護來講，目前還沒有可參考實用 的標準方法來指導光纖的維護作業，缺乏對光纖在實際工作中方便、快捷的故障判斷手段。 電力光纖的監測研究可以充分借鑒公共通信的研究成果，但是不能簡單對成果進行照搬， 還必須考慮電力光纖通信的網絡特征、運行管理等特殊性的基礎上，結合電力系統實際，深 入研究光纖監測的關鍵技術，為其監測網絡建設過程提供支撐。


【發明內容】

[0005] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種光纖故障老化模型的建立方法，通過科學 的理論分析和大量的實驗數據，建立起各類影響因素與光纖鏈路損耗之間的函數模型，并 依據此模型提出一套簡單實用的光纖可靠性和壽命評判方法。
[0006] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] -種光纖故障老化模型的建立方法，包括以下步驟：首先分析影響光纖可靠性環 境的參數指標；再通過實驗，獲取準確、可靠的數據；然后利用回歸分析的方法，建立光纖 的故障模型和光纖老化預測模型。
[0008] 進一步，所述實驗主要分為兩部分，接續損耗實驗與非接續損耗實驗；接續損耗主 要包括進行熔接損耗實驗與連接器損耗實驗；非接續損耗實驗主要包括進行彎曲損耗實 驗、溫度-濕度循環實驗、浸水實驗和濕熱實驗。
[0009] 進一步，建立光纖鏈路損耗和其故障之間的故障模型，采用在實驗室環境下開展 對光纖在工程中的熔接點、連接器等造成的光纖鏈路損耗；通過累計的熔接點、連接器的數 量等參數與通信鏈路間的損耗分析，對光纖通信鏈路的故障以及接續損耗瓶頸節點做出判 斷；然后，根據設備廠商所提供的產品資料以及實際運行數據對可靠性模型進行修正，以進 一步提高模型的準確性；進而為實際工程中光纖故障的判斷提供理論依據。
[0010] 進一步，所述老化模型的建立包括分析電力光纖在受到各種環境因素的影響造成 的老化，通過研究分析、梳理導致光纜老化的因素和技術指標，在實驗室環境下開展溫度、 溫濕度、浸水、濕熱、干熱等光纖老化實驗，將采用數學分析模型，對上述諸多因素進行量 化，建立起老化因素和老化程度之間的光纖老化模型，提出一套簡單、實用的光纖可靠性和 壽命的評判方法。
[0011] 進一步，所述環境損耗實驗包括以下五種實驗：溫度實驗、溫度-濕度循環實驗、 浸水實驗、濕熱實驗和干熱老化實驗；
[0012] 所述溫度實驗包括：測量端通過光功率計對輸出的光進行測量；采用烘箱作為加 熱裝置；采用溫度計來進行實時監測光纖所處的環境溫度；把光纖放置好，其大部分都放 到烘箱之中，只有輸入和輸出端各有很小的一段沒有得到加熱；
[0013] 所述溫度-濕度循環實驗包括在溫度的測試環境下，在提供的溫度范圍內，增加 98 %的相對濕度來循環實驗光纖性能變化情況；
[0014] 所述浸水實驗分為人工模擬滲水環境條件，在光纜外的保護套向光纜內滲透進行 橫向滲透，在光纜保護層的局部破損或連接處進行縱向滲透，測試光纖衰減趨勢；
[0015] 所述濕熱實驗包括在溫度測試環境下，在溫箱中提供85攝氏度和85%相對濕度， 觀察時間30天，實驗光纖性能變化情況；
[0016] 所述干熱老化實驗包括在溫度測試環境下，在溫箱中提供85°C，觀察時間30天， 實驗光纖性能變化情況。
[0017] 本發明的有益效果在于：本發明所述的光纖故障老化模型的建立方法基于統計實 驗與回歸分析方法，相比于單純的理論分析結果更加的實用，且所采用的先進實驗設備和 科學的實驗方法，保證了實驗數據和模型的客觀準確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0019] 圖1為連接器損耗測試示意圖；
[0020] 圖2為彎曲損耗測試示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0022] 在本方法中，首先分析影響光纖可靠性性環境參數指標，再通過實驗，獲取準確、 可靠的數據。整個實驗主要分為兩部分，接續損耗實驗與非接續損耗實驗。接續損耗主要 進行熔接損耗實驗與連接器損耗實驗；對于非接續損耗主要進行彎曲損耗實驗、溫度-濕 度循環實驗、浸水實驗、濕熱實驗等。然后利用回歸分析的方法，建立光纖的故障模型和光 纖老化預測模型。
[0023] 故障模型：
[0024] 采用在實驗室環境下開展對光纖在工程中的熔接點、連接器等造成的光纖鏈路損 耗，建立起光纖鏈路損耗和其故障之間的故障模型。通過累計的熔接點、連接器的數量等參 數與通信鏈路間的損耗分析，對光纖通信鏈路的故障以及接續損耗瓶頸節點做出判斷。然 后，根據設備廠商所提供的產品資料以及實際運行數據對可靠性模型進行修正，以進一步 提高模型的準確性。進而為實際工程中光纖故障的判斷提供理論依據。
[0025] 下面將針對光纖鏈路損耗分別進行熔接損耗試驗與連接器損耗實驗進行分析：
[0026] 熔接損耗實驗：光纖熔接質量好壞一般通過熔接損耗和熔接點強度來判斷。提高 和改進光纖對準技術是提高熔接質量、降低熔接損耗的主要途徑。對熔接指標按照國際電 信聯盟電信標準化部第六研究組ETSI 300 783、IEC 1073-l、Bellcore的三大國際標準中 對單接頭、多接頭的相關規定。對于國內沒有規定明確的標準，一般是參照原信產部鄭州設 計院提出的中繼段單纖平均熔接損耗標準進行設計使用。引起光纖熔接損耗的主要因素 有光纖軸傾斜、光纖軸偏離以及模場失配。其主要設備為Fujikura FSM-40PM電弧光纖熔 接機，主要工具有光纜剪、剝脂鉗、擦纖紙、切割刀。對于熔接實驗可分為同型號光纖熔接、 不同直徑差異光纖熔接、不同廠家型號光纖混用熔接等方面研究。對單個接頭質量進行分 析評估，在中繼段連接完成后，對整個接頭損耗進行評估。其步驟為首先將給定波長的尾纖 (單模光纖）與被測光纖熔接，并測量光纖另一端的輸出光功率；然后將該根光纖截斷為兩 部分，并對其端面切割和潔凈處理后再次熔接，測量第二次的輸出光功率；根據兩次測量結 果即可得到這兩端光纖之間的熔接損耗。實驗使用的光纖的長度一定（約2m)，因而約束損 耗可以忽略不計，即實驗測量所得的損耗為光纖之間的熔接損耗。最后對測試的實驗結果 進行統計分析，建立熔接損耗與熔接操作之間的函數模型。
[0027] 連接器損耗實驗：采用標準跳線比對法，如圖1所示。對單模光纖采用小于50m，對 尾纖自身的損耗可以忽略不計，如果超過50m需要測試光纖自身損耗值。對同一連接器插 頭，在進行多次重復插撥計算。并對插撥頭兩端進行互換再次進行多次重復插撥計算。其 計算公式為CL = -lOlgPi/PjdB)，其中P1為輸出光功率，P0為輸入光功率。CL為連接器 插入后的損耗。
[0028] 老化模型：
[0029] 分析電力光纖在受到各種環境因素的影響造成的老化，通過研究分析、梳理導致 光纜老化的因素和技術指標，在實驗室環境下開展溫度、溫濕度、浸水、濕熱、干熱等光纖老 化實驗，將采用數學分析模型，對上述諸多因素進行量化，建立起老化因素和老化程度之間 的光纖老化模型，提出一套簡單、實用的光纖可靠性和壽命的評判方法。
[0030] 以下分別對每種實驗進行分析：
[0031] 彎曲損耗實驗：當光纖彎曲時，光在彎曲部分中進行傳輸，要想保存同相位的電場 和磁場在一個平面里，則越靠近外側，其速度就會越大。當傳導某一位置時，其速度就會超 過光速，這意味著傳導模式要變成輻射模。所以，光束功率的一部分會損耗掉，這也意味著 衰減將會增加。光纖的非本征損耗，主要包含輻射損耗與應用損耗，輻射損耗主要是有光纖 制作工藝所致，應用損耗是由光纖的張力、彎曲擠壓造成，主要是宏彎損耗。宏彎損耗光纖 的曲率半徑比光纖直徑大的多的彎曲（宏彎）引起的附加損耗，主要原因有路由轉彎和敷 設中的彎曲；光纖光纜的各種預留造成的彎曲（預留圈、自然彎曲）；接頭盒中光纖的盤留、 機房及設備內尾纖的盤繞等。微彎損耗光纖軸產生μ m級的彎曲（微彎）引起的附加損耗， 主要原因有：光纖成纜時，支承表面微小的不規則引起各部分受力不均而形成的隨機性微 彎；纖芯與包層的分界面不光滑形成的微彎；光纜敷設時，各處張力不均勻而形成的微彎； 光纖受到的側壓力不均勻而形成的微彎；光纖遇到溫度變化，因熱脹冷縮形成的微彎。所用 設備包括光源、光功率計、光纖熔接機、光纖切割機、單模光纖。其步驟分為：a)、將光纖粘 貼在兩根固定棒上，兩根固定棒頂部相距2mm，固定一根固定棒，在一個平面內旋轉另一根 固定棒來改變光纖的彎曲度；b)、通過測試彎曲度β在16°下的光功率計的讀數變化為基 值。然后將β從16°增加到70° (每次增加2° )，測試光功率計讀數，該值與初始值的 差值即為該角度下的彎曲損耗。通過采取Ν次取平均值來計算；c)、為進一步分析比較通過 不同波長下的光纖光功率的彎曲損耗，通過繪制不同光波長下光纖彎曲角度與彎曲損耗值 來對應曲線，并分別計算擬合方程和繪制擬合曲線。如圖2所示。
[0032] 環境損耗實驗：在環境影響下，光纖的性能也會造成不同程度的損耗，通過在實驗 室進行模擬各種環境類型來評估對光纖損耗原因。光纖在使用過程中性能的變化（老化） 主要是下列實驗環境所作用引起的，通過參考GB/T 15972. 5-1998標準來模擬環境實驗來 評價光纜的可靠性。主要包括以下5種實驗：
[0033] 溫度實驗：考慮溫度的大幅度變化造成的對光纖不當的側壓力，從而影響光纖的 業務承載能力。其步驟分分為：測量端通過光功率計對輸出的光進行測量；采用烘箱作為 加熱裝置；采用溫度計來進行實時監測光纖所處的環境溫度；把光纖放置好，其大部分都 放到烘箱之中，只有輸入和輸出端各有很小的一段沒有得到加熱。系統首先預熱兩個小時， 然后開始升溫、測量，測量時間間隔為1小時，這是為了保證烘箱溫度達到穩定并使光纖充 分加熱至穩定溫度點。測量溫度范圍為-60°c到85°C，每隔10°C為一個測量點。
[0034] 溫度-濕度循環實驗：在溫度的測試環境下，在提供的溫度范圍內，增加98%的相 對濕度來循環實驗光纖性能變化情況。
[0035] 浸水實驗：光纖表面存在微裂紋或者在連接頭松動后，在大氣環境中的水汽很容 易侵蝕光纖，導致光纖自身的抗疲勞參數大大下降。其步驟分為人工模擬滲水環境條件，在 光纜外的保護套向光纜內滲透進行橫向滲透，在光纜保護層的局部破損或連接處進行縱向 滲透，測試光纖衰減趨勢。
[0036] 濕熱實驗：其方法為在溫度測試環境下，在溫箱中提供85攝氏度和85%相對濕 度，觀察時間30天，實驗光纖性能變化情況。
[0037] 干熱老化：其方法為在溫度測試環境下，在溫箱中提供85°C，觀察時間30天，實驗 光纖性能變化情況。
[0038] 最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通 過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在 形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1. 一種光纖故障老化模型的建立方法，其特征在于：包括以下步驟：首先分析影響光 纖可靠性環境的參數指標；再通過實驗，獲取準確、可靠的數據；然后利用回歸分析的方 法，建立光纖的故障模型和光纖老化預測模型。
2. 根據權利要求1所述的一種光纖故障老化模型的建立方法，其特征在于：所述實驗 主要分為兩部分，接續損耗實驗與非接續損耗實驗；接續損耗主要包括進行熔接損耗實驗 與連接器損耗實驗；非接續損耗實驗主要包括進行彎曲損耗實驗、溫度-濕度循環實驗、浸 水實驗和濕熱實驗。
3. 根據權利要求2所述的一種光纖故障老化模型的建立方法，其特征在于：建立光纖 鏈路損耗和其故障之間的故障模型，采用在實驗室環境下開展對光纖在工程中的熔接點、 連接器等造成的光纖鏈路損耗；通過累計的熔接點、連接器的數量等參數與通信鏈路間的 損耗分析，對光纖通信鏈路的故障以及接續損耗瓶頸節點做出判斷；然后，根據設備廠商所 提供的產品資料以及實際運行數據對可靠性模型進行修正，以進一步提高模型的準確性； 進而為實際工程中光纖故障的判斷提供理論依據。
4. 根據權利要求3所述的一種光纖故障老化模型的建立方法，其特征在于：所述老化 模型的建立包括分析電力光纖在受到各種環境因素的影響造成的老化，通過研究分析、梳 理導致光纜老化的因素和技術指標，在實驗室環境下開展溫度、溫濕度、浸水、濕熱、干熱等 光纖老化實驗，將采用數學分析模型，對上述諸多因素進行量化，建立起老化因素和老化程 度之間的光纖老化模型，提出一套簡單、實用的光纖可靠性和壽命的評判方法。
5. 根據權利要求4所述的一種光纖故障老化模型的建立方法，其特征在于：所述環境 損耗實驗包括以下五種實驗：溫度實驗、溫度-濕度循環實驗、浸水實驗、濕熱實驗和干熱 老化實驗； 所述溫度實驗包括：測量端通過光功率計對輸出的光進行測量；采用烘箱作為加熱裝 置； 采用溫度計來進行實時監測光纖所處的環境溫度；把光纖放置好，其大部分都放到烘 箱之中，只有輸入和輸出端各有很小的一段沒有得到加熱； 所述溫度-濕度循環實驗包括在溫度的測試環境下，在提供的溫度范圍內，增加98% 的相對濕度來循環實驗光纖性能變化情況； 所述浸水實驗分為人工模擬滲水環境條件，在光纜外的保護套向光纜內滲透進行橫向 滲透，在光纜保護層的局部破損或連接處進行縱向滲透，測試光纖衰減趨勢； 所述濕熱實驗包括在溫度測試環境下，在溫箱中提供85攝氏度和85%相對濕度，觀察 時間30天，實驗光纖性能變化情況； 所述干熱老化實驗包括在溫度測試環境下，在溫箱中提供85°C，觀察時間30天，實驗 光纖性能變化情況。
【文檔編號】G01M11/00GK104158585SQ201410367402
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】王賢亮, 陳弟全, 何圣偉, 姜元帥, 梁健, 王毅, 周喆旻, 謝一 申請人:國家電網公司, 國網重慶市電力公司綦南供電分公司