機器人工具如何徹底改變光纖故障檢測-全球今日訊

時間：2023-06-26 15:35:26 來源：千家網

光纖通信行業通過提供更高性能、更可靠的電信鏈路以及不斷降低的帶寬成本，徹底改變了整個電信行業。由于其高帶寬能力和最小的衰減或功率損失，因此光纖的發展是必要的，因為創新技術需要以極高的速度、可靠性和安全性傳輸數千公里的數據。大多數光網絡都建立了保護機制，可以在 50 毫秒內將數據轉移到備份光纖通道，從而與光纖分離器進行交互，以滿足最高的可靠性標準。

(資料圖)

然而，光纖通信的一個主要問題是隨著時間的推移而出現的故障。由于其損壞會導致服務中斷和大量數據丟失，并可能產生嚴重的社會后果，因此必須立即定位其缺陷并進行診斷。還可以將由于電纜安裝錯誤及信號滯后導致的連接丟失記錄為故障。因此，需要一個有效的監督系統來發現問題、查明問題并最大限度地減少服務中斷。

最流行的光纖測試工具之一是 OTDR（光時域反射儀），盡管它不是唯一的工具。在本文中，我們將重點介紹一些用于光纖異常檢測的最新機器人技術。

光纖故障檢測

高速互聯網需要光網絡中安全可靠的數據通信。因此，提供穩定可靠網絡的關鍵組成部分是故障識別和定位。

影響光纖的最常見的故障的原因是光纖切割，這種現象是在光纖電纜部署工作中發生的，它會中斷傳輸流量的有源光纖。不過，與金屬線纜相比，光纖的一個顯著優勢是其低衰減性。

當使用光纖傳輸時，色散也會導致信息流失真。光脈沖進入光纖后分散；這種現象被稱為“脈沖色散”。可以在接收器處廣播和解析的最大脈沖數根據色散水平確定系統的容量。

圖片來源：fibre-optic-equipment.com– 光纖損耗

接下來，讓我們來看看用于光纖通信線路故障檢測和定位的最新光纖工具。

利用光反射器的基于光纖到 X (FTTx) 網絡的OAN

由于所涉及的網絡組件的無源性質，光纖通信線路中的故障檢測和定位對于光接入網絡（OAN）至關重要。任何鏈路故障都可能導致大量網絡數據丟失。然而，設備的可靠性和成本嚴重限制了故障檢測和定位光纖工具的應用。

圖片來源：i.imgur.com– 光接入網絡

在基于光纖到 x (FTTx) 網絡的 OAN 中，使用光反射器是一種低成本的故障定位和檢測方法。網絡監視器的反射信號用于查找并查明有缺陷的光鏈路。實驗結果證明了該方法能夠在20公里外運行時定位和檢測網絡故障。

使用機器學習監測光纖異常

一種用于正確、及時地識別、診斷和定位光纖網絡中的異常（例如光纖切斷和光竊聽攻擊）的數據驅動方法是光纖異常檢測的最新工具之一。該技術將基于注意力的雙向門控循環單元算法與基于自動編碼器的異常檢測算法相結合。

一旦自動編碼器識別出異常，就會采用基于注意力的雙向門控循環單元算法進行故障診斷和定位。自動編碼器的F1分數為96.86%，可以識別任何光纖問題或異常。此外，基于注意力的雙向門控循環單元算法以平均均方根誤差為0.19 m定位缺陷，并以平均98.2%的準確度識別已識別的異常。

圖片來源：atlantis-press.com

光纖傳感器

工程師和科學家現在可以通過在研究中使用光纖傳感器等光纖工具來進行以前難以完成的研究，或者在某些情況下使用傳統電氣傳感器不可能進行的研究。

因此，得益于光纖傳感器（FOS），光學傳感器現在在各個軍事、工業和社會領域更加有用和需求。與傳統的電氣和電子傳感器相比，FOS 因其重量輕、尺寸緊湊、無源、低衰減、抗電磁干擾（EMI）、寬帶寬和環境耐用等固有優勢而表現出可靠和剛性的傳感活動。

圖片來源：3c1703fe8d.site.internapcdn.net– 用于檢測光纖異常的高速光學傳感器

Arduino

在光纖通信中，使用了基于Arduino的智能故障檢測系統。該故障檢查模塊旨在監視光纖接收的電源。為此，傳感器單元與 Arduino UNO 結合使用，Arduino UNO 具有 Atmega 328 微控制器。Proteus ISIS 模擬器用于創建和模擬傳感器的輸出，同時密切關注光纖的接收電源。LDR 和運算放大器構成了仿真中使用的傳感器單元。

如果光線路功率發生突然變化，故障消息會顯示在與 Arduino 連接的 LCD 上，同時故障發生的日期和時間會發送到網絡服務器。

圖片來源：i.pinimg.com– 使用 Arduino 進行地下電纜故障檢測

觸覺感應

由于觸覺傳感提供了相機或激光雷達等遠程傳感器無法提供的信息，因此它是操縱機器人的一種有用技術。在非結構化情況下，機器人所操縱物體的內部圖像是模糊的，觸摸非常重要。

機器人手手指尖上內置的軟傳感器可傳輸觸覺反饋。該傳感器由一根光纖組成，光纖內部插入了光纖布拉格光柵 (FBG) 換能器，該光纖通過柔軟的聚合材料連接到堅硬的手上。系統收集信息的能力是通過一系列任務來評估的，這些任務涉及在不同情況下掌握各種項目。

圖片來源：eenews.cdnartwhere.eu– 光纖傳感器

根據結果，基于機械手傳感器輸出的分類器可以分別以 99.36 和 100% 的準確度檢測操作物品的尺寸和硬度。這些基于傳感器的光纖工具的輸出還證明了執行動態操縱任務的能力，這需要根據所抓取物體的狀況改變手指位置，并在不破損或滑動的情況下抓住精致的物體。

基于機器視覺的光纖預制棒缺陷檢測方法

對于缺陷識別，與光纖測試工具相比，大多數生產商采用人眼檢查。人工檢驗速度慢、主觀性強，極易出現漏檢、誤檢等問題，嚴重影響產品質量。

采用基于機器視覺的光纖預制棒探傷方法，利用實驗平臺對光纖預制棒進行缺陷識別，首先獲取光纖預制棒的全角度圖像。

在所提出的技術確定圖像中光纖預制棒的邊界之后，對全角度圖像進行預處理。另外，利用全角度圖像對缺陷進行跟蹤，并保存跟蹤數據。最后，跟蹤數據確定缺陷的位置、大小和類型。實驗證明，該技術可以檢測光纖預制棒中的缺陷。

光纖性能監控工具（FPMT）

這些光纖測試工具的目標是在不中斷數據流的情況下遠程識別和估計光纖問題，從而提高光纖網絡的可用性和可靠性。新提出的光纖性能監測技術（FPMT）使用光時域反射計來檢測各種光纖故障，例如光纖斷裂、端面污染、端面燒毀、連接器和互連中的高插入損耗或光纜之間的不匹配類型。這與傳統方法不同。

圖片來源：mdpi.com– 光纖性能監控工具

用于檢測網絡中光纖故障的方法基于分析反射信號的反饋和反射的圖案形狀。這允許更廣泛的距離測試和性能監控。通過與 OSC 板集成，可以在光網絡內部實時遠程使用它。該方法可以增強系統功率預算，插入損耗可忽略不計，僅為 0.4 dB，并且可以在長達 150 km 的距離內以高達 99.8% 的平均測量精度檢測光纖問題。

FPMT 發現了多種光纖故障類型，包括光纖斷裂、端面污染、端面燒毀以及連接器和兩根獨立光纖電纜之間接合處的顯著插入損耗。該方法在以下方面表現出更好的性能：降低插入損耗，同時增加系統功率預算，提供更廣泛的距離測試和性能監控，測量精度高，偏差值低，檢測的光纖故障類型多。

總結

光纖是連接全球數十億用戶的數據傳輸通道，很容易受到惡意物理攻擊，例如光竊聽（光纖竊聽）和硬故障帶來的各種異常情況。此類異常可能會中斷網絡，導致重大的財務和數據損失，允許對所傳輸的數據進行不需要的訪問，從而危及光網絡的保密性，或者逐漸損害網絡性能。因此，必須將有效的異常檢測、診斷和定位系統與有效的光纖工具付諸實踐，以提高光網絡的可用性和可靠性。