光纖通信行業(yè)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(yè)。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(fā)展是必要的，因?yàn)閯?chuàng)新技術(shù)需要以極高的速度、可靠性和安全性傳輸數(shù)千公里的數(shù)據(jù)。大多數(shù)光網(wǎng)絡(luò)都建立了保護(hù)機(jī)制，可以在 50 毫秒內(nèi)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到備份光纖通道，從而與光纖分離器進(jìn)行交互，以滿足最高的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

(資料圖)

然而，光纖通信的一個主要問題是隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)的故障。由于其損壞會導(dǎo)致服務(wù)中斷和大量數(shù)據(jù)丟失，并可能產(chǎn)生嚴(yán)重的社會后果，因此必須立即定位其缺陷并進(jìn)行診斷。還可以將由于電纜安裝錯誤及信號滯后導(dǎo)致的連接丟失記錄為故障。因此，需要一個有效的監(jiān)督系統(tǒng)來發(fā)現(xiàn)問題、查明問題并最大限度地減少服務(wù)中斷。

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

光纖故障檢測

高速互聯(lián)網(wǎng)需要光網(wǎng)絡(luò)中安全可靠的數(shù)據(jù)通信。因此，提供穩(wěn)定可靠網(wǎng)絡(luò)的關(guān)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(xiàn)象是在光纖電纜部署工作中發(fā)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(yōu)勢是其低衰減性。

當(dāng)使用光纖傳輸時(shí)，色散也會導(dǎo)致信息流失真。光脈沖進(jìn)入光纖后分散；這種現(xiàn)象被稱為“脈沖色散”?？梢栽诮邮掌魈帍V播和解析的最大脈沖數(shù)根據(jù)色散水平確定系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的OAN

由于所涉及的網(wǎng)絡(luò)組件的無源性質(zhì)，光纖通信線路中的故障檢測和定位對于光接入網(wǎng)絡(luò)（OAN）至關(guān)重要。任何鏈路故障都可能導(dǎo)致大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟失。然而，設(shè)備的可靠性和成本嚴(yán)重限制了故障檢測和定位光纖工具的應(yīng)用。

圖片來源：i.imgur.com– 光接入網(wǎng)絡(luò)

在基于光纖到 x (FTTx) 網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器的反射信號用于查找并查明有缺陷的光鏈路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法能夠在20公里外運(yùn)行時(shí)定位和檢測網(wǎng)絡(luò)故障。

使用機(jī)器學(xué)習(xí)監(jiān)測光纖異常

一種用于正確、及時(shí)地識別、診斷和定位光纖網(wǎng)絡(luò)中的異常（例如光纖切斷和光竊聽攻擊）的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法是光纖異常檢測的最新工具之一。該技術(shù)將基于注意力的雙向門控循環(huán)單元算法與基于自動編碼器的異常檢測算法相結(jié)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(huán)單元算法進(jìn)行故障診斷和定位。自動編碼器的F1分?jǐn)?shù)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(huán)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(zhǔn)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(xué)家現(xiàn)在可以通過在研究中使用光纖傳感器等光纖工具來進(jìn)行以前難以完成的研究，或者在某些情況下使用傳統(tǒng)電氣傳感器不可能進(jìn)行的研究。

因此，得益于光纖傳感器（FOS），光學(xué)傳感器現(xiàn)在在各個軍事、工業(yè)和社會領(lǐng)域更加有用和需求。與傳統(tǒng)的電氣和電子傳感器相比，F(xiàn)OS 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(huán)境耐用等固有優(yōu)勢而表現(xiàn)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(xué)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(tǒng)。該故障檢查模塊旨在監(jiān)視光纖接收的電源。為此，傳感器單元與 Arduino UNO 結(jié)合使用，Arduino UNO 具有 Atmega 328 微控制器。Proteus ISIS 模擬器用于創(chuàng)建和模擬傳感器的輸出，同時(shí)密切關(guān)注光纖的接收電源。LDR 和運(yùn)算放大器構(gòu)成了仿真中使用的傳感器單元。

如果光線路功率發(fā)生突然變化，故障消息會顯示在與 Arduino 連接的 LCD 上，同時(shí)故障發(fā)生的日期和時(shí)間會發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

圖片來源：i.pinimg.com– 使用 Arduino 進(jìn)行地下電纜故障檢測

觸覺感應(yīng)

由于觸覺傳感提供了相機(jī)或激光雷達(dá)等遠(yuǎn)程傳感器無法提供的信息，因此它是操縱機(jī)器人的一種有用技術(shù)。在非結(jié)構(gòu)化情況下，機(jī)器人所操縱物體的內(nèi)部圖像是模糊的，觸摸非常重要。

機(jī)器人手手指尖上內(nèi)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(nèi)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(jiān)硬的手上。系統(tǒng)收集信息的能力是通過一系列任務(wù)來評估的，這些任務(wù)涉及在不同情況下掌握各種項(xiàng)目。

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