光纤无线系统（精选十篇）
光纤无线系统 篇1
变电站设备的在线监测系统一般是基于可见光监控为主,一般起到安防和消防的目的;而对于变电站设备常见的电流制热、电压制热故障的在线监测,目前也已广泛采用红外热成像技术进行故障检测。
电流制热缺陷一般是瞬态可以判定的,所以常规的红外热成像技术,对于电流致热设备的发热检测相对容易;但对于电压制热设备的发热,基于其的故障特性,需要长时间观察设备的温度变化趋势才能来判定缺陷,显然,这一点是常规热成像技术无法做到的。常规热成像技术只是根据同类设备的正常状态和异常状态进行简单的热图对比,这样无法有效的判定缺陷,判定缺陷带着很多主观的因素,给变电站设备的正常工作带来了不确定的隐患。
为了能够有效、即时、准确地检测出变电站设备存在的缺陷,尤其是电压制热的缺陷,本次的研究重点放在了基于动态实时红外热成像技术的基础之上。在变电站的高压开关场内挑选合适的位置,安装数字动态双通道红外热像仪,采用360°*n云台固定安装方式,配合光纤传输,将所有实时监控到的数据传输到变电站的监控室。系统的工作分为两种主要方式,第一种为巡视,用于发现变电站常规的电流制热缺陷;第二种为详细观察,用于发现变电站由于电压制热所引发的缺陷。系统配合报警功能,令变电站工作人员能随时监控到变电站设备的工作状况与潜在故障,并对重点设备的温度变化趋势进行监控,同时帮助工作人员制作工作报告。设备全面覆盖220 k V设备区域,部份覆盖110 k V设备区域,同时,可预留出其他安装点,用于移动式工作探头的安装。
1变电站设备温度在线监测系统
1.1总体构架
传输基础是基于千兆网的光纤传输方案设计的,采用这种设计方案,可使系统有极大的网络冗余量,以便于用户进行更深入的应用开拓与系统升级,整体系统架构如图1所示。
系统整体分为前端探头,中间传输设备,后台工作站三大部分。三大部分的组成及功能如下:
第一部分:前端探头。前端探头部分相当于整个系统的眼睛,由集成16 bit全数字动态红外热像仪及高清可见光摄像机的云台组成。
第二部分,中间传输设备。中间传输设备相当于整个系统的血管,由光端机、光纤和多路光纤适配器组成。光端机负责采集红外的网络信号、可见光的视频信号及云台的422信号,并将其转化为光纤信号;光纤负责信号的传输;多路光纤适配器保证了系统的多路扩展功能。
第三部分,工作站。工作站相当于整个系统的心脏,由服务器、网络交换机等组成。负责接收前端探头采集到的数据,并对这些数据进行分析处理,实现系统人机的交互,实现系统的所有功能。
1.2系统扩展方式
系统具备良好的可扩展性,系统可在不影响原系统的状态下,进行可靠的并行扩展。
1.3系统特点
1)通讯方式:采用全部基于千兆网络传输设计方案,即通过网络将红外热像仪所拍摄到的包含全部16位温度数据的视频流实时传输到控制站。
2)数据库(基于SQL Server数据库),对于记录下来的所有数据的信息,都能存储于数据库中。
3)对监控设备能形成长时间的温度变化曲线。
4)云台监控路径设定,采用具有80个(或以上)预置位,并可360°*n连续旋转的云台,每个预置位所对应电力设备可以在数据库中建立对应的数据档案资料,可以对设备的运行情况进行实时跟踪与快速检索,并自动生成历史温度变化曲线图。
5)在实时监控过程中,对监控设备在特定云台预置位的温度能自动生成曲线.
6)能手动输入负荷,并自动生成负荷曲线.
7)多路红外与可见光实时同时显示.
8)图像分辨率的优化.
1.4实现的功能
1)红外热成像与设备异常报警,红外温度数据趋势分析。
2)设备历史温度数据库检索。
3)红外和可见光图像的远程传输和监控:满足远程红外图像传输性能稳定,失帧少的特点。
4)满足红外热图像动态采集、实时测温分析、监控精确的动态温度分析,全数字化传输存储。
5)具备温度分析功能,超温报警提示,测温校正:环境温度、温度及距离测温校正。
6)能够实现远程摄像机控制,预制定位,远程切换,自动巡视等。
7)发生异常时,可自动推出关联图像。
8)具备强大的远程图像监控功能,可远程控制镜头、云台等设备。
9)可手动输入电压等级。
2结束语
相对于可见光监控系统和常规的红外监控系统,本系统将解决以往的技术难题,可实现如下功能:
1)解决电压制热缺陷的判读难题,实现对变电站设备温度的动态实时监测,通过趋势分析软件对重点设备的温度变化形成温度曲线图,使缺陷的判断更加直观、准确。
2)解决传统的变电站红外图像监测系统中所采用的视频信号加串口数据(RS232/RS485)的通讯方式所带来的缺点。
3)红外热像仪的选择采用16 Bit实时动态红外热像仪,较之以前的静态红外热像仪只传输视频信号,无法实时获取每个点的温度值,只能够通过色标获得不准确的模拟温度值,现在可以实现通过数据实时获得被测目标每个像素点的数字温度值,提高了测量的准确性与真实性。
4)对于云台预置位的设定,为满足拍摄范围,将云台的预置位数量设定为80个,并采用可360°*n连续旋转的云台,每个预置位所对应电力设备可以在数据库中建立对应的数据档案资料,可以对设备的运行情况进行实时跟踪与快速检索,并自动生成历史温度变化曲线图。
摘要：针对传统的红外成像技术难以有效、即使、准确地检测出由于电压制热导致的变电站设备缺陷问题,本文对比分析了基于可见光与红外热成像技术的优缺点,设计了基于动态实时红外热成像技术的变电站设备在线监测系统,通过数字动态双通道红外热像仪及360°*n云台固定安装方式,配合光纤传输,能将所有监控到的数据实时传输到变电站的监控室,真正实现了有效、实时、准确的设备故障监测与数据传输。
关键词：电压制热,红外热成像技术,动态实时技术,在线监测,云台固定方式,光纤
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光纤无线系统 篇2
高速无线通信系统在光纤陀螺动态测试中的应用
开发了一种高速无线通信收发系统,实现了光纤陀螺到计算机高速无线数据传输,降低了光纤陀螺动态测试环境引起的误差.此系统以无线通信收发芯片nRF24E1为核心,利用芯片内集的RADIO模块和8051控制器,构成高速无线通讯模块,将陀螺数据以2.4 GHz载波频率发送.系统体积小,装置简单,误码率低,运行稳定.
作 者：徐莉 牟旭东 杨建华 XU Li MOU Xu-dong YANG Jian-hua 作者单位：浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州,310027 刊 名：传感技术学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS 年，卷(期)：2006 19(2) 分类号：V241.5 关键词：无线通信 高速数据传输 nRF24E1 光纤陀螺铁路光纤直放站系统详解 篇3
【关键词】铁路 光纤 直放站 无线
【中图分类号】TN92 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0236-01
光纤直放站中继系统是一种广泛应用与解决铁路无线通信弱场区问题的系统，它利用光纤作为中继媒介，具有传输距离远、信号质量高、稳定性好、投资低等优点，光纤直放站系统可以适应铁路现有无线调度通信的单双工系统、四频组和独立同步等制式及GSM-R系统，不改变运行中原有的系统功能及设备，提供全透明传输。光纤直放站可以解决铁路的长大区间、长隧道等弱场区的无线覆盖。
一、基本原理和构成
光纤直放站的作用类似于在弱场区建起了一座基站BTS，从信号接口电平看，光纤直放站拉近了车站台和移动台。
光纤直放站主要由两部分组成：近端机和远端机。近端机的主要作用是从基站BTS（车站台）拾取信号，同时也把远端机中继过来的信号传送给基站。远端机的主要作用是保证弱场区的场强覆盖，把BTS下来的信号（下行信号）进行功率放大，同时把移动台来的信号（上行信号）上传给基站，它是光纤直放站覆盖系统的主要设备。
近端机和远端机之间靠光纤连接，采用光纤波分复用技术，每台远端机只需要一条光纤和近端机连接，下行使用1310nm波长的光窗口，上行使用1550nm波长的光窗口。提供光调制解调功能设备称为光端机，光端机提供上行和下行两个透明的射频传输通道，Rfin信号调制到光发射器；光接收器把调制在光上的信号还原为Rfout。经过光调制解调后，输出的底部噪声电平比较高，为了保证信号的信噪比，输入的射频信号电平应大于50dBm。
二、主要功能特点
1、适应铁路现有无线列调单双工系统、CTC、DMIS、四频组和独立同步等制式，不改变运行中原有无线列调功能及设备，提供全透明传输。
2、传输距离远，最远可达50公里。没有信号隔离度要求，因此可以满功率辐射，提高覆盖范围。隧道内可达3km，空间覆盖距离可达10km。同时可以采用双向覆盖，与单向覆盖比较，覆盖范围几乎增加一倍。
3、性价比高，与漏缆中继器、互控台对比，单位公里设备数量减少三分之二左右，大大节约了运营成本。
4、抗干扰能力强，采用光信号传输，不受其他无线信号干扰。信号稳定，采用光作为信号中继媒体，消除了气候、地理等因素对信号传输的影响。
5、消除了收发隔离限制，使设备增益提高，可以达到110dB，从而使输出功率提高，增加覆盖范围。
三、光纤直放站网络拓扑结构
一台近端机可以带多台远端机，可以采用单根光纤连接，也可以采用多根光纤连接。单根光纤连接的方式称为总线形连接；多根光纤连接的方式称为星形连接；
1、总线形连接
近端机所有远端机都挂接在一根光缆上，通过光耦合器对光信号进行分配和混合。它有如下特点：（1）用一根光纤可以连接2～6台设备，线路成本低。（2）近端设备简单，成本低。（3）配置远端机的数量和到近端机的距离有关，即距离越长数量越少；反之越多。（4）适用于既有线改造。
2、星形连接
每台远端机都用一根光缆与近端机连接，近端机有多个光端口，每个光端口只能连接一台远端机。光缆进入近端机和远端机之前，先要进入光交接箱，然后引出需要的光跳线到直放站。近端机一般有4个光端口，如果需要增加，可以采用光端口扩展设备进行层叠。它有如下特点：（1）每台远端机覆盖相互独立，不会因为其中一台设备出现问题而使其后面的链路中断。（2）信号质量好，近/远端机独立连接，引入噪声和干扰小。（3）点对点的光传输方式，因此传输距离远，最远可以到50公里。4）远端机的数量几乎没有限制，适合大长隧道和大区间。
四、网管系统的特点及拓朴图
光纤直放站网管系统负责管理近端机、远端机的性能，故障报警，以及配置管理，漏缆监测状态显示等，主要包括远端监测、配置管理、主动告警和日志管理等。
网管系统的特点有：（1）近端机负责和远端机的数据通信；（2）远端机的监控数据通过光纤传到近端机；（3）近端机把各远端机的数据打包，然后送到车站有线端口，和监控中心联系。图中方式已在武广高速铁路等线路上应用。
五、工程应用
（1）延长放大器
延长放大器主要用于补偿主干漏缆的信号损耗，双向放大上、下行链路信号，提高话音质量，有效扩展和填补移动通信覆盖盲区，扩大覆盖范围。
特点是充分与450M光纤直放站网管系统兼容。提供完善的监控解决方案，既可以选择集中监控，远程查询方式，也可选择单机远程监控方式。本地监控功能：通过便携电脑可进行设备增益设置和设备状态及参数查询，以及监控主板软件的更新下载。集中与远程监控：较大型和大型系统用户可选择集中监控、远程查询方式；小型系统，为降低成本，用户可选择单机远程监控方式。适用于地下建筑、隧道、机场等较大区域的信号分布。
对于大长隧道，采用光纤直放站进行信号补盲时，在直放站的末级，覆盖距离不足3公里的情况下，可以加入延长放大器进行信号补盲，以便节约投资成本，灵活组网。
（2）微型直放站
微型直放站主要用于光纤直放站加天线覆盖时由于地形或建筑物的遮挡造成的弱场区而设计的，有效地填补了车站信号覆盖的盲区，扩大覆盖范围。主要特点：无线收发，正向：467～469MHz，反向457～459MHz；输出功率1W，覆盖范围lkm以内；适合室外安装，体积小；设备增益60dB，收发天线隔离要求不高；特别适合单个短隧道和路堑。能提供完善的监控解决方案，既可以选择集中监控，远程查询方式，也可选择单机远程监控方式。本地监控功能：通过便携电脑可进行设备增益设置和设备状态及参数查询，以及监控主板软件的更新下载。以上这种方式的工程应用在西延铁路扩能改造过程中应用较多。
光纤无线系统 篇4
1. 设计原则
湖南省衡阳市无线数字电视网络的建设是以衡阳市广电为中心, 其他县区 (衡阳县, 衡南县, 常宁市, 耒阳市, 祁东县, 衡山县, 衡东县, 南岳区, ) 为骨干的传输网络, 主要传输衡阳无线数字电视6个频点共55套数字电视节目的信号, 频带宽度100MHz, 传输距离最远的是衡阳市常宁的塔山乡蒲竹村, 达160公里以上。在其网络建设中, 为各县区提供市中心无线数字电视16QAM调制的射频信号, 同时各县电视台的信号传输到局中心的总前端, 经过编码后, 和其他节目的信号一起送入各县区。
射频信号的传输有二种:光纤1550nm传输和数字微波SDH传输。SDH是一套标准的电信系统, 系统冗余度好、可控可管方便, 但其造价昂贵, 维护难度大;1550nm单向广播式长距离传输系统, 建网成本低、部署快速, 尤其当数字电视系统扩容时, 仅需配置总前端, 升级方便。因此信号传输系统采用光纤网络为主, 数字微波传输为备用的方案, 形成市县各区统一的无线数字电视传输覆盖网。在第一期的建设中, 完成对衡南县, 常宁市和塔山苗族乡以及塔山乡蒲竹村的信号传输。
整体系统的设计和规划应遵循三大原则:
(1) 通用性原则:在技术上确保系统采用比较规范的技术, 增加系统升级和维护的通用性; (2) 可靠性原则:在系统设计中充分保证冗余性、安全性; (3) 稳定性原则:保证系统长时间稳定可靠的工作。
第一期光链路工程的路由与设置如图1所示:
2. 主要指标MER
MER是无线数字电视系统的主要指标之一, 是接收信号质量的主要表征。MER表征了由噪声、载波泄露、IQ幅度/相位不平衡、相位噪声等各种因素造成对信号指标的损伤。MER的值越大系统性能越好, 信号损伤小;反之, 则信号受到的损伤越大, 严重时机顶盒将解调不出数字信号内的节目。因此, 优化系统的MER指标至关重要。
衡阳市无线数字电视采用的是16QAM, 单载波调制的方式。目前无线数字电视国家暂定的相关标准要求MER30d B, 为了给网络充分的指标余量, 在设计中要求系统的:MER32d B。保证射频信号到达各市县后, 经过发射后的信号能被机顶盒顺利的解调出节目, 满足用户的收看需求。
二、设计方案
在方案设计上充分考虑入纤功率、SBS抑制、EDFA驱动功率和色散补偿对光链路各种指标的影响, 充分保证信号在200公里范围内的有效传输。在光链路的设计中重点考虑如下的几个因数:
1. SBS
SBS是入射光在光纤中被转换成后向散射的斯托克斯光, 使前向传输的信号光被非线性地衰减, 后向传输的光返回引起输出光功率的波动所形成的噪声对指标的影响阀值。SBS效应是激光与光纤相互作用的产物, 随光纤的长度而累积, SBS阀值不够会造成系统低频道CNR劣化 (低频道出现雪花) , SBS阀值过量会造成系统高频道CSO劣化 (高频道出现斜纹干扰) 。本系统设计中通过光发射机对SBS进行补偿就能获的极佳的系统指标, 当入纤光功率大于SBS, 但传输距离较短 (SBS未积累) , 便对功率进行分配, 再以小功率入纤, 经实验对系统的CNR影响不大。
在传输系统中, 光发射机的选择窄线宽<0.3MHz的光发射机, 有效地克服了光纤色散的影响, 但同时却使光纤的阈值降到了直流阈值的水平, 随着光发射机入纤功率的增加, 系统载噪比会降低。因此在选择1550nm光发中, 功率大小和SBS抑制能力同等重要, 目前业界最先进的光发射机的SBS (单模光纤) 阈值达到19d Bm。
2. CNR
EDFA工作在粒子数反转状态, 信号光通过光纤, 亚稳态的粒子受激发射, 把信号放大, 同时亚稳态粒子的自发射光子被光纤虏获、传输和放大, 并与信号混合在一起, 成为EDFA的噪声。计算公式为C/N=10log10 (Pc/Pn) , EDFA的噪声系数越低, 输入光功率越大, 则系统载噪比损失越小。因此设计时尽可能的提高EDFA的输入光功率和选用低噪声系数的EDFA。
3. 光纤色散
在1550nm光纤传输系统中, 色散造成光脉冲的展宽, 使CSO随着距离的加长而劣化, 在色散介质中, 光波的不同频率分量有不同的群速, 在光纤的输出端形成不同延迟的包络分量, 造成光波的包络失真。光纤中的自相位调制 (SPM) 与色散结合在一起, 造成信号的二阶失真, 使CSO劣化。衡阳市无线数字电视的光链路使用的是单模标准光纤, 即G.652光纤。该种光纤在传输1550nm光信号时, 有较大的色散, 色散系数为:17ps/nm.km。色散随着光纤加长而增大。当光纤长度超过100公里后, 色散引起的CSO、CTB劣化开始明显;当光纤长度超过120公里后, CSO、CTB快速劣化;光纤中的SPM和DSP是造成系统性能劣化的主要因素, 为了达到长距离传输, 采用色散补偿是最为有效的方式。本次方案中光纤距离已超过120公里, 对每条链路进行适当的色散补偿以获得更高的系统指标。
综合以上因数, 本系统采用以下的方案: (1) 在总前端, 采用1台1550nm光发, 窄线宽<0.3MHz、SBS抑制比19d Bm的外调制光发射机, 适合长距离传输和色散补偿技术。 (2) EDFA尽量统一型号, 保证设备的一致性, 便于设备的备份切换, 选择输出功率可调整的EDFA, 输入门限低至-15d Bm, 保证比较好的指标以及输出功率的稳定性, 确保光链路工作的动态带宽。EDFA在0d Bm输入, 16QAM的情况下每中继一次MER劣化值<0.2d B;低于0d Bm时, 每降低1d Bm的驱动功率, CNR降低1d B, MER降低0.2d B。 (3) 充分考虑衡阳市各县区的光纤网络使用已经多年, 工程实施之后光缆损耗系数增加 (0.3d B/km) , 结合工程的实际情况制定入纤功率。为了确保系统安全可靠的传输, 减少自相位调制SPM对系统CSO指标的影响, 综合考虑CNR和CSO的关系, 将入纤功率适当加大, 40-50公里以后逐级补偿。实践证明:在链路损耗将近增加10d Bm的时候, 市县分前端的MER指标仍然能够保证32-33d B; (4) 所有设备通过统一的网管平台进行远程监控管理, 对所有设备的运行状态及时监控并报警。
SBS阀值与入纤功率及传输距离的关系如表1。
1550nm前端分光计算如表2所示:
三、系统指标计算
1. C/N:
2. CSO:
(1) 自相位调制对系统CSO的影响
(2) 光纤色散对系统CSO的影响
D=17ps/ (km.nm) 、σs=15.5x10-6nm (频宽2MHz) 、L=光纤总长 (km) 、fi=543.25+1.25MHz、C2i=21。
(3) 考虑光纤色散和SPM后, 整个1550nm光传输系统的CSO为:
CTB:在干线传输时, 色散补偿量足够时, CTB指标几乎维持不变, 可以忽略不计。
(4) MER:
经过计算, 得出以结果:
前端指标MER≥38d B;CSO≥62d Bc;
最远点蒲竹的参数指标可达:MER≥30d B;CSO≥60d Bc;
四、系统指标测试
具体各站MER指标如表3所示:
五、结论语
光纤、光缆Windows系统 篇5
1、概述
光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层，
光纤、光缆Windows系统
，
中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm， 大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套， 以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。 纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。其结构如图1所示。
光纤放大器在无线光通信的应用 篇6
无线光通信是以激光作为信息载体,是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比,无线光通信所使用的激光频率高,方向性强(保密性好),可用的频谱宽,无需申请频率使用许可;与光纤通信相比,无线光通信造价低,施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势,已成为一种新兴的宽带无线接入方式,受到了人们的广泛关注。但是,恶劣的天气情况,会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子,会使光线在空间、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量,使信号的功率衰减,在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变,要获得更好更快的传输效果,对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求,一般地,采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展,稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。
1 EDFA的原理及结构
掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声低、频带宽、输出功率高、连接损耗低和偏振不敏感等优点,直接对光信号进行放大,无需转换成电信号,能够保证光信号在最小失真情况下得到稳定的功率放大。
1.1 EDFA的原理
EDFA的泵浦过程需要使用三能级系统,如图1所示。
在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光,就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态,处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于Er3+离子在亚稳态能级上寿命较长,因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时,与处于亚稳态的Er3+离子相互作用发生受激辐射效应,产生大量与自身完全相同的光子,这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多,产生信号放大作用。Er3+离子处于亚稳态时,除了发生受激辐射和受激吸收以外,还要产生自发辐射(ASE),它造成EDFA的噪声。
1.2 EDFA的结构
典型的EDFA结构主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。
掺铒光纤是EDFA的核心部件。它以石英光纤作为基质,在纤芯中掺入固体激光工作物质铒离子,在几米至几十米的掺铒光纤内,光与物质相互作用而被放大、增强。光隔离器的作用是抑制光反射,以确保放大器工作稳定,它必须是插入损耗低,与偏振无关,隔离度优于40 dB。
图2为单向泵浦方式结构,此外还有反向泵浦,双向泵浦方式结构。
1.3 EDFA的特性及性能指标
增益特性表示了放大器的放大能力,其定义为输出功率与输入功率之比:
式中:Pout,Pin 分别表示放大器输出端与输入端的连续信号功率。增益系数是指从泵浦光源输入1 mW泵浦光功率通过光纤放大器所获得的增益,其单位为dB/mW:
式中:g0是由泵浦强度定的小信号增益系数,由于增益饱和现象,随着信号功率的增加,增益系数下降;IS,PS分别为饱和光强和饱和光功率,是表明增益物质特性的量,与掺杂系数、荧光时间和跃迁截面有关。
增益和增益系数的区别在于:增益主要是针对输入信号而言的,而增益系数主要是针对输入泵浦光而言的。另外,增益还与泵浦条件(包括泵浦功率和泵浦波长)有关,目前采用的主要泵浦波长是980 nm和1 480 nm。由于各处的增益系数是不同的,而增益须在整个光纤上积分得到,故此特性可用以通过选择光纤长度得到较为平坦的增益谱。
1.4 EDFA的带宽
增益频谱带宽指信号光能获得一定增益放大的波长区域。实际上的EDFA的增益频率变化关系比理论的复杂得多,它还与基质光纤及其掺杂有关。在EDFA的增益谱宽已达到上百纳米.而且增益谱较平坦。EDFA的增益频谱范围在1 525～1 565 nm之间。
2 EDFA的级联应用
2.1 EDFA的级联结构
EDFA对光信号功率的放大,特别在无线光通信大功率(瓦级)应用中,常常采用级联的方式,比如两级或者三级放大。之所以采用级联的方式,是因为在EDFA的掺铒光纤(EDF)中插入一个光隔离器,构成带光隔离器的两段级联EDFA,由于光隔离器有效地抑制了第二段EDF的反向自发辐射(ASE),使其不能进入第一段EDF,减少了泵浦功率在反向ASE上的消耗,使泵浦光子更有效地转换成信号光能量,从而可以明显改善EDFA的增益、噪声系数和输出功率等特性。
本文采用两级级联放大,将1～2 mW的1 550 nm光信号,经EDFA放大到1 W左右。级联结构如图3所示。
光信号由LD激光器产生,是已调制的信号,第一级放大采用单包层掺铒光纤放大器,980 nm单模半导体激光器作为泵浦源,将光功率放大到50 mW附近。第一级采用单模半导体激光器泵浦,先将光信号稳定可靠的放大到一定功率,保证了整个光信号的完整,又为下一级光放大提供了较高的光功率基础。第二级采用双包层光纤放大器,多模半导体激光器泵浦源将光功率放大到1 W左右。双包层光纤放大器纤芯比单包层纤芯大,泵浦功率可以有效地耦台到纤芯中,使第二级光信号的输出功率可达到瓦级。
2.2 EDFA级联应用的增益
2.2.1 增益计算
对EDFA级联的整体光功率增益:
其中:Pout表示EDFA两级放大后的输出光功率,Pin表示需要放大的输入光功率。
在本文中,光放大采用了两级级联放大,第一级增益为G1:
第二级增益为G2:
其中第一级的输出为第二级的输入,P ′out=P ′in=P,所以:
即,整体增益等于两级增益之和,本文的整体光功率增益为:
第一级增益为17 dB,第二级增益为13 dB,1 W的光功率经过准直聚焦,再有光学镜头发射到大气信道,大大提高了光信号的有效传输距离。
2.2.2 影响增益的因素
EDFA的增益与诸多因素有关,如掺铒光纤的长度,随着掺铒光纤长度的增加,增益经历了从增加到减少的过程,这是因为随着光纤长度的增加,光纤中的泵浦功率将下降,使得粒子反转数降低,最终在低能级上的铒离子数多于高能级上的铒离子数,粒子数恢复到正常的数值。
由于掺铒光纤本身的损耗,造成信号光中被吸收掉的光子多于受激辐射产生的光子,引起增益下降。由上述讨论可知,对于某个确定的入射泵浦功率,存在着一个掺铒光纤的最佳长度,使得增益最大。
增益与掺铒光纤长度的关系如图4所示。
EDFA的增益还跟输入光的程度、泵浦光功率及光纤中铒离子Er3+的浓度都有关系,如小信号输入时的增益系数大于大信号输入时的增益系数。当输入光弱时,高能位电子的消耗减少并可从泵激得到充分的供应,因而,受激辐射就能维持达到相当的程度。当输入光变强时,由于高能位的电子供应不充分,受激辐射光的增加变少,于是就出现饱和。泵浦光功率越大,掺铒光纤越长,3 dB饱和输出功率也就越大。其次与当Er3+的浓度超过一定值时,增益反而会降低,因此要控制好掺铒光纤的铒离子浓度。
采用EDFA后,提高了注入光纤的功率,但当大到一定数值时,将产生光纤非线性效应和光泄漏效应,这影响了系统的传输距离和传输质量。另外色散问题变成了限制系统的突出问题,可以选用G653光纤(色散位移光纤DSF)或非零色散光纤(NZDF)来解决这一问题。
2.3 EDFA级联的改进
之所以采用EDFA级联的方式,一是插入两级间的光隔离器有效地抑制了第二段EDF的反向自发辐射(ASE),使其不能进入第一段EDF,减少了泵浦功率在反向ASE上的消耗,使泵浦光子更有效地转换成信号光能量;二是分为两级后,各自的增益可以任意分配,可以根据不同的增益要求和应用环境改变相应的增益。
但是,要在保证信号无失真的情况下得到最佳的光功率增益,还需要解决一些问题:
(1) 由于增益分为两级,如何分配两级间的增益才能在现有的EDF、泵浦源功率等条件下使得光放大的实现更容易,这与EDF的放大能力,泵浦远功率大小、稳定性,泵浦光波长及其模式等均有密切相关。
(2)在每一级各自一定的泵浦功率下,找到掺铒光纤的最佳长度。当EDF过短时,由于对泵浦吸收的不充分而导致增益降低;而当EDF过长时,由于泵浦光在EDF内被铒离子吸收,泵浦功率逐渐下降,当功率降至泵浦阈值以下时,就不能形成粒子数反转,此时,这部分EDF不仅对信号光无放大作用,反而吸收了已放大的部分信号,造成增益的下降,同时也会引起噪声系数的增大。
(3) 如果需要更高的光功率输出,几十瓦甚至上百瓦,可考虑更高级联的方法,因为随着增益的增大,泵浦源由于转换效率的问题,功率需求会很高,所需的单级EDF长度也会大大增长,这样的工作条件往往不易达到,且稳定性不强,采用更高级联可以将增益划分到多级,易于实现和控制,光模块的整体增益特性也有较大提高。
3 结 语
本文提出了采用EDFA级联的方法,实现了光信号30 dB的增益,满足无线光通信光功率传播的要求,使得光信号能在大气信道进行远距离,高稳定性传输。同时在现有的基础上,提出了需改进的问题,为今后研究的进一步开展指出了方向。
参考文献
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光纤无线系统 篇7
未来移动通信技术, 其更多的业务将会发生在室内和热点区域, 室内和热点的高速、高质量、高可靠性、低成本的信号覆盖是未来移动通信系统布网的重中之重[1]。随着3G、LTE的进一步发展, 对于国内移动运营商而言存在站点资源难以获得、租地费用比较高的问题。特别是, 能够租到放天线的地方, 难以租到机房。比如, 可能在一座楼的楼顶适合安装基站的天线, 但是这座楼无法租到机房, 或者可能只有地下室可能租到机房。这样, 机房离天线的距离比较远, 如果使用馈缆, 则损耗比较大[2,3]。
基于此, 目前工程上基于基带池构架把RRU远置的Node B系统 (Node B是3G网络的移动基站的称呼) 已经部署。而目前BBU (Building Base band Unit, 室内基带处理单元) +RRU (Radio Remote Unit, 射频拉远单元) 组网架构是3G室内信号分布系统的解决方案之一[4]。然而, BBU+RRU组网架构在解决3G室内信号分布系统时, 存在以下问题:
(1) RRU端设备复杂, 使用A/D、D/A、FPGA芯片, 成本较高;
(2) RRU端体积大, 功耗较大, 散热问题需要着重考虑;
(3) RRU端使用数字变频处理增大延时, 增大上下行切换难度;
(4) 数字处理技术占用大量宽带资源, TE-LTE网络尤为明显。
1 BCU+ORRU新型无线接入网组网架构
本文提出了一种新型的无线接入网系统架构, 其数字处理部分都集中于室内基站载波单元 (BCU, Building Carrier Unit) , 这样能够简化远端射频主机部分;降低整体组网成本、大大降低传输时延;可实现多路射频拉远分配;在工程上有利于快速布网, 减少工程量, 降低施工难度。
该新型无线接入网系统架构, 包括:室内载波单元 (BCU, Building Carrier Unit) 、传输光纤、光纤射频拉远单元 (ORRU, Optical Radio Remote Unit) 。室内载波单元 (BCU) 由Iub接口板、主控时钟、GPS接收机、基带处理、数字中频处理、射频收发信、光相干调制解调等部分组成;光纤射频拉远单元 (ORRU) 由光相干调制解调、滤波、射频放大、天线等部分组成。系统组网架构框图如图1所示。
2具体实施方式及性能分析
如图1所示, BCU+ORRU接入网系统架构, 包括:室内载波单元 (BCU, Building Carrier Unit) 、传输光纤、光纤射频拉远单元 (ORRU, Optical Radio Remote Unit) 。室内载波单元 (BCU) 由Iub接口板、主控时钟、GPS接收机、基带处理、数字中频处理、射频收发信、光相干调制解调等部分组成;光纤射频拉远单元 (ORRU) 由光相干调制解调、滤波、射频放大、天线等部分组成。
2.1 下行链路分析
下行链路:通过Iub接口板卡接收到从无线网络控制器 (RNC) 传送过来的数据信息后, 在主控和时钟板卡 (时钟采用GPS时钟) 控制下, 进入基带处理单元, 将数据信息进行协议解包, 转化成基带信号, 基带信号经过数字中频处理后再通过射频收信单元, 将数字中频信号混频到通信射频频段, 生成通信射频载波信号, 射频载波信号通过光相干调制解调单元, 对激光光源进行相位外调制, 生成光载波信号, 光载波信号通过具备远程供电的复合光缆中的单模光纤传送到ORRU端。光载波信号到达ORRU端后, 光相干调制解调单元对光载波信号进行光的相位解调, 解调出来的射频载波信号通过滤波降噪处理和射频功率放大, 经分集收发天线向空间发射无线电波 (寻找附近的终端设备) 。
2.2 上行链路分析
上行链路:ORRU设备的分集收发天线接收到附近终端设备发射过了的无线电波, 经滤波降噪处理和射频功率放大后进入光相干调制解调单元对激光光源进行光的相位外调制, 调制后的光载波信号通过具备远程供电的复合光缆中的单模光纤传送到BCU端, 通过光的相关调制解调单元对光载波信号进行光的相位解调, 解调出来的射频载波信号通过射频收信单元对射频载波信号进行混频处理, 得到模拟的中频载波信号, 模拟的中频载波信号在主控和时钟板卡 (时钟采用GPS时钟) 控制下, 依次经过数字中频处理单元、基带处理单元完成数字中频处理、基带信号处理后, 再通过Iub接口板卡把数据信息传送到无线网络控制器 (RNC) 上。
2.3 系统组网优势
(1) 利用光的相干调制解调技术, 减少光源啁啾, 降低噪声累加; (2) 简化远端射频主机部分, 降低整体组网成本; (3) 数字处理部分都集中于BCU, 大大降低传输时延; (4) 降低上行低噪, 减少上行干扰, 可实现多路射频拉远分配; (5) 在工程上有利于快速布网, 减少工程量, 降低施工难度; (6) 提供光纤远程供电, 解决远端供电问题; (7) ORRU分集接收, 提高上行接收灵敏度; (8) ORRU设备监控信息回传BCU集中处理, 减少ORRU监控信息处理负荷。
3 结语
本文提出的基于光学相干调制技术实现基站载波光纤拉远的无线移动接入网络, 具有降低噪声累加、简化远端射频主机、降低整体组网成本、降低传输时延、减少上行干扰、实现多路射频拉远分配、快速布网、减少工程量、降低施工难度、提高上行接收灵敏度、减少ORRU监控信息处理负荷等诸多优势, 其在解决未来移动通信室内和热点信号无线接入网研究方面会起到一定的探讨作用, 但更多的设备技术细节问题还需要完善, 设备组网后可能会遇到新的系统问题, 还需要进一步的网络优化。
参考文献
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[3]徐润沁, 刘军杰.基于BBU+RRU的TD-SCDMA全覆盖解决方案[J].移动通信, 2008 (17)
光纤布线系统的测试 篇8
在现场进行的光纤链路验收测试大家都习惯使用“衰减值”或者“损耗”来判断被测链路的安装质量, 多数情况下这是非常有效的方法。在ISO 11801、TIA 568B和GB 50312等常用标准中都倾向于使用这种被称作“一类测试”的方法, 特点是:测试参数包含“损耗和长度”两个指标, 并对测试结果进行“通过/失败”的判断。一类测试只关心光纤链路的总衰减值是否符合要求, 并不关心链路中可能影响误码率的连接点 (连接器、熔接点、跳线等) 的质量, 测试的对象主要是低速光纤布线链路 (千兆及以下) 。
一类测试通常分为“通用型测试”和“应用型测试”。通用型测试关注光纤本身的安装质量, 通常不对光纤的长度做出精确规定;而应用型测试则更关注当前选择的某项应用是否能被光纤链路所支持, 通常都有光纤链路长度的限制。通用型测试标准和应用型测试标准之间时常会表现出“不兼容”的情况。例如:一条700m长的多模光纤链路, 测试的衰减值是1.2dB/m, 符合通用型测试标准的要求, 但这条链路在多数情况下是不能用来运行1000Base-SX这种应用的, 原因只是因为超长了 (超长导致“色散”累积超标) 。
1.1 光纤链路测试模型
1.1.1 测试方法A或称“A模式”
衰减测试最基本原理如图1、图2所示。
实际进行工程测试的操作原理如图3、图4所示。先将测试跳线用光耦合器短接 (图3) , 然后移去光耦合器, 将测试跳线接入被测光纤链路, 测出Pi, 则这根光纤链路的衰减值耦合器对接, 测得Po并“归零”= (Po-Pi) , 图4所示的这种测试模式就叫测试方法A或称“A模式”。
按图3测得Po后, 将此Po值强行设为“相对零”, 即将Po设置为参考值零 (又称“归零”、设置基准值、设置基准零等) 。
由于Po已经等于相对“零”, 所以图4中仪表测得的Pi值就等于这条被测光纤链路的衰减值 (因为Po=“0”, 故链路损耗Loss=|Po-Pi|=|Pi|) 。
重要提示:A模式的光纤衰减值包含的是被测光纤本身及其一端连接器的等效衰减值。
1.1.2 测试方法B或称“B模式”
先按图3方式测出Po, 并将其归零。然后按图5所示的方式接入被测光纤链路, 测得接收光功率Pi (损耗值) 。
图5被称作改进的B模式/改进的测试方法B。
重要提示:B模式包含被测光纤本身及其两端连接器的等效衰减值。B模式测试误差最小, 工程上经常推荐使用这种测试模式。补偿光纤 (一般0.3m) 的衰减可忽略不计。
1.1.3 测试方法C或称“C模式”
只希望了解被测光纤本身的衰减值, 不包含光纤两端连接器的衰减, 那么工程上可以按图6的方法先用短跳线设置基准值 (归零) 。
然后按图7的方式进行实际测试 (测试方法C) 。
大批量测试请按图8先进行归零。然后用图9的方式进行测试 (改进的测试方法C) 。
测试中使用的跳线必须选用高质量的跳线。
1.2 测试要点
1.2.1 测试标准
在敷设综合布线系统时, 事先可能不知道被测光纤链路以后会升级运行何种应用 (比如, 昨天运行的还是低速的100Bsae-F, 今天改为1GBase-SX, 明天就升级到10GBaseSX) , 所以, 采用通用型测试是必须的“基础测试”, 测试结果作为验收文件存档。当新建网络已经规划有高速应用时, 可以选择“通用型”+“应用型”相结合的测试方法进行链路质量认证。当在实际运行中陆续增加各种应用时, 需要选择性地增加应用型测试。
在验收合同中应明确规定采用何种应用测试标准和测试方法, 以免引发事后争议。
综合布线系统中, 进行一类测试时, 通用型标准目前选用TIA 568B和ISO 11801的比例比较高, 应用型标准在计算机网络系统中以选择1G和10G的以太网标准比较常见。
对高速光纤链路, 要求高的用户还需要进行二类测试, 以确保高速链路的安装质量。
1.2.2 测试光源
至于常用光源的选择, 一般单模光纤使用典型的1310/1550nm激光光源, 多模光纤使用典型的850/1300nm LED光源。应用型测试则选择应用性光源, 比如1G和10G以太网大量使用的850nm波长的VECSEL准激光光源来进行测试。
1.3 双光纤、双向 (极性) 、双波长测试选择
综合布线系统设计时考虑的都是成对地布放和使用光纤 (收发信号各用一根光纤) , 绝大多数情况下你的测试对象的都是成对的光纤。标准中没有强制要求同时进行双光纤的成对测试, 不过, 同时进行双光纤测试, 效率比单光纤测试平均要高4倍以上。
由于实际使用过程中, 收发光纤可能被颠倒后继续使用——即原来的发射光纤因某种原因 (比如维护时弄混了Tx和Rx, 插错位置) 可能和接收光纤互换后使用, 所以在验收测试时需要对这种不可预计的使用状态预先进行双向损耗值验收测试。另外, FTTx和电信级的光纤应用中常有使用单光纤进行单向信号传输, 或者使用单光纤和频分复用、密集波分复用等技术来实现单光纤双向传输信号的目的。由于器件误差、安装错误等原因, 可能造成一根光纤链路两个方向的衰减值出现较大偏差, 出现信号反向传输的问题。这类应用也要求对一根光纤双向衰减值测试。
光纤的使用寿命比较长, 更换设备会造成不同波长的光信号在光纤链路上面传输, 这就要求验收时对不同的典型波长事先进行测试。还由于光纤链路的弯曲半径对不同波长的衰减值影响是不同的, 施工安装后也要求对不同波长进行测试。目前, 通用型标准中一般要求是:对多模光纤进行850nm和1300nm波长的损耗测试, 单模光纤进行1310nm和1550nm波长的损耗测试。
多数的 (一类) 光纤测试仪在设计时就考虑到了双光纤、双极性 (方向) 、双波长测试的需求。
1.4 卷轴 (心轴) 的使用
1.4.1 多模光纤测试卷轴
卷轴可以过滤多模光纤中常用的LED光源的高次模, 使得测试光源更纯净一些, 减少干扰光功率, 提高仿真光源的逼真度, 测试精度就会更高。表1列出了TIA 568B.1及ISO/IEC TR 14763等标准对卷轴的尺寸要求和卷轴缠绕的方法 (如图10所示) 。
图11为最常用的带卷轴的多模光纤测试——方法B, 归零操作。
图12为最常用的带卷轴的多模光纤测试——方法B, 可以进行双光纤测试、双极性、双波长常规测试。
特别提示:测试方法 (测试模式) 按方法A、方法B、方法C的分类比较普及, 但在不同的标准中的名称是有区别的, 表2列出了几种标准中的不同称谓对照。
1.5 测试模型选择
工程当中为了精确测试光纤链路的衰减值应当使用改进的“B模式”, 优点是精度高, 仪器接口磨损少, 测试成本低, 缺点是测试跳线较多。此方法图多1在2工程验收测试时被采用, 有时也用来粗略评估光纤跳线的衰减值。
较长距离光纤链路可以考虑使用“A模式”, 此时忽略了一个连接器的衰减值, 优点是测试跳线较少, 仪器接口磨损少, 缺点是偏差大, 适合故障诊断时临时测试光纤链路的衰减值。
需要考察较长光纤链路中光纤本身衰减值时, 可选择C模式或改进的C模式, 优点是可以测试光纤本身的衰减值 (不含两端接头的等效衰减) , 缺点是短光纤的测试误差较高, 适合故障诊断时偶尔进行少量测试。
1.6 测试跳线选择
如何选择测试跳线?被测光纤链路两端的接插件端口有许多规格, 常见的如ST、FC、SC、FDDI等, 还有各种小型连接器如LC、VF45、MT-RT等, 但仪器上一般只有一个规格的测试接口, 这就需要根据被测链路选择测试跳线。这种测试跳线的插头一端与仪器接口相同, 一端与被测链路的接口相通。通过灵活选用各种测试跳线, 就可以测试几乎任何接口的光纤链路。有时, 也可以选择不同的光纤耦合器来进行测试, 这种耦合器两端的耦合接口是不同类型的。
如果需要进行二类测试, 则OTDR测试跳线的选择与一类测试基本相同, 只是一般倾向于选择稍长的测试跳线, 以便避开测试死区。进一步地, 为了清晰地评估第一个接入的被测光纤链路接头, 还可以在被测链路前面加一段“发射补偿光纤” (提高精度并避开死区) ;为了清晰地评估最后一个链路接头, 可以增加一段“接收补偿光纤”。
为了保证OTDR仪接入链路后能稳定地进行测试, 测试规程一般都要求在测试前清洁测试跳线和仪器端口, 或者使用光纤显微镜检查测试跳线的端面质量, 部分OTDR仪器在开始测试前会自动评估测试跳线的端面连接质量。
1.7 非现场测试
某些要求高的用户出于“疑虑”或其他原因会提出现场测试光纤的对应等级, 比如证明光纤链路符合OM3而不是OM2。这种测试现场往往是难以实施的, 通常只能选择在实验室进行。建议:提供工程光纤样品请专业机构进行实验室鉴定。目前流行的做法是, 仅要求产品供应商提供相关机构有效的产品“认证证明”、生产资格证明或者“入网证”之类的证明文件。
1.8 带分光器链路测试
带分光器的链路由于没有对应测试标准, 在工程验收中常引起争议。这类链路通常涉及光纤有线电视网络和通用的FTTx网络。
建议的测试方法之一是:分段测试。即以分光器为分段点, 对光纤链路进行“一类”通用型测试, 测试标准和方法要在合同当中实现明确规定。对分光器则进行单独的安装前验证测试或者安装后验证测试。此时使用“B模式”自环方式进行单向衰减测试即可。
对于没有成对使用光纤的链路, 用“飞时法”测试长度无法实现, “一类测试”只能测试损耗值指标。光纤长度这一指标的测试则要使用“二类测试”当中要求的光时域反射计来完成, 选用的测试工具最好能将两个测试结果合并到一个测试报告当中。
建议的测试方法之二是:带分光器链路的单向衰减测试。由于没有对应判定标准, 需要根据设计进行人工分等级判断, 判读方法需要写入合同中, 以避免争议。
2 光纤链路的二类测试——光纤链路结构测试 (OTDR)
2.1 测试场合
二类测试又叫扩展的光纤链路测试。
当链路中有不合格器件, 而链路总损耗却符合要求的情况下, 高速链路中的误码率就很有可能达不到要求, 甚至完全无法开通链路。
光纤安装调试完成后, 有的用户希望了解光纤链路的衰减值和真实准确的链路结构 (比如:链路的总损耗值是多少、链路中有几根跳线、几个交叉连接、几个熔接点、几段光纤、各段真实长度是多少等) , 在向高速光纤链路升级的过程中, 为评估连接点、熔接点的质量, 也提出了对于二类测试的更高需求。
在数据传输的误码率或丢包率达不到要求的情况下, 用户会要求测试光纤链路中实际的连接点、跳接点的数量, 并且对这些连接点和熔接点的数量和质量进行评估, 以便帮助判断是设备 (或设备上的光模块) 的问题还是光纤链路本身的问题。目前这类测试都主要在高速光纤链路中被采用。
由此, 光纤链路的测试通常被分成了两类:分别叫做“一类测试”和“二类测试”。二类测试也译作“二级测试”, 在TSB-140规范中被定义。二类测试的主要“参数”就是在一类测试的基础上增加能反映链路中各种“质量事件” (连接点、熔接点等) 和链路真实结构 (而不是设计图或其他文档上标注的“图纸结构”) 的OTDR曲线, 除了满足传统的断点测试外, 主要针对高速光纤链路。如表3和图13所示。
一类测试和二类测试可以在工程完工后分期进行测试, 也可以一次性地同时完成测试。参数合并到同一个测试报告中。有的用户因为系统升级, 需要在已经进行过一类测试的基础上, 增加二类测试中的OTDR测试, 以便为高速应用准备链路。此时两种测试报告可以分开单列, 也可以重新合并到一起提供给用户。
光纤自动监测系统应用 篇9
一、系统结构设想
光纤自动检测系统是一套智能型的无源光网络集中式监测系统, 整个系统包括硬件和软件部分, 光纤自动检测系统的系统架构上, 主要有三个子系统, 分别为:监测采集机;监控中央处理主机;管理终端机 (客户操维主机) 。
二、子系统功能设想
2.1光信号监测采集单元技术要求
光信号监测方法通常分为两种:在线监测和离线监测, 在线监测就是监测工作纤中的光信号, 需要用到分光器、波分复用器、滤波器、垮接设备等;离线监测就是监测备纤中的光信号, 需要增加激光光源, 给备纤提供光信号;还可以通过通信设备的接口收集通信设备给出的有关信息。
功能要求:精确测量多路路光功率 (建议采用轮巡方式) ;当收到告警信号时, 立即启动OTDR卡对该条光纤进行测试;接收主站的指令, 针对光路进行各种功能性、光学性测试等;可选择如下波长:1550nm、1310nm、1300nm、850nm、1625nm
2.2多路采集监控中央处理单元
监测中心与采集站之间的通讯可以采用多种方式, 监测中心与采集站不在同一地点, 一般采用广域网的组网方式, 如在通讯中经常用到的DCN、DDN、E1等。监测中心与采集站在同一地点一般采用以太网的通讯方式。
功能要求:收集光路监控单元的信号, 并进行分析和处理和本地告警;具有多级告警, 自动发送越限告警信号;提供以太网RJ45/RS232等通信接口;将监测数据实时上传送给上位机 (PC操维数据库) ;接受上位机 (PC操维数据库) 对监控中央处理单元的命令, 实现对光信号监测采集单元进行控制。
2.3管理终端机 (PC操维数据库)
主要是通过基于地理信息系统以图形方式 (光缆线路拓扑图、分布图) 对所管辖的所有监测站之下的所有光缆单元、系统设备进行实时监测, 并对他们进行实时告警及故障处理流程 (声光及E-MAIL、手机短信等联动形式) , 通过相关的对话窗口, 可以对光缆故障进行确认、清除处理, 进行查询、统计、分析, 发布测试命令。
维护管理的功能主要是完成对各采集站的维护管理, 建立系统运行的静态数据, 掌握监测点的运行状况;设置光缆线路的监测参数, 如光功率监测单元的告警门限、OTDR测试参数、监测光纤的监测门限;对已存储于数据库服务器中的光缆线路监测数据进行统计分析, 制作报表和曲线, 描述光缆单元的现行状态和性能变化趋势, 以及查询光缆单元的情态资料, 如生产厂商、施工日期、单位、技术参数以及维护责任人;维修维护管理和相关联系统及设备管理等信息。
三、综述
光纤自动监测系统的应用不仅可以及时准确地报告突发性光缆故障, 有效缩短故障历时, 而且能够通过对多重门限和数据库资料的分析, 及时发现隐含的、尚未但将会造成通信阻断的潜在故障, 并进行准确的预告, 从而做到提前维护, 并减少光缆阻断次数。
参考文献
[1]高炜烈.《光纤通信》.北京:人民邮电出版社, 1999
光纤型液体浊度测量系统 篇10
1 液体浊度光强测量系统的原理
液体浊度光强测定系统的系统结构如图1:
浊度仪发射特定光源照射到待测定的样品, 待测样品会吸收一部分的光能, 同时光线也会辐射到与原来路径成各种角度的方向上, 即发生散射, 通过光线探测器接受束下端检测散射光强, 由于散射光的强度和水样的浊度存在特定的关系, 因此可以利用散射光的强度来测定水样的浊度。浊度仪检测系统中光纤探测器是核心部件, 光纤探测器的结构。
光通过均匀介质传播时, 光的辐射强度会沿着传播方向逐渐减小, 即朗伯比尔定律。可以用式 (1) 表示。
式中:IR为入射光强度, I0为出射光强度, ka为样品中杂质吸收系数, x为光程长度。
由于非溶解物质的存在, 液体透明度的浊度会降低。当光通过水样品, 光路中的颗粒会使光的方向发生改变, 散射并减弱了入射光到检测器的光强大小。
如果浊度低, 大部分光将继续在原来的方向前进。通过粒子的光散射允许粒子在水溶液中被检测到。在所有的情况下, 光散射导致 (a) 散射光的角分布和 (b) 透射光强度的降低。这两种效应为用来测量浊度提供了可能。它可以测量光穿过样品或光发射的量散在一个或多个角度入射的光束。难点在于透射光的测量, 特别是对于有色水域这将会是一个显著的问题。这些问题可以是通过测量散射而不是透射光避免。
散射光可以由一个或多个光电检测器通过入射光的方向夹角α来测量, α=90° (前向散射) , α>90° (前向散射) , α<90° (后向散射) 。在90°于入射光束的角度测量的散射光对粒径不敏感, 并且具有少杂散光的影响, 所以选择90°是最优的。
查阅相关资料, λ>800纳米可以最小化溶解光吸收物质的存在 (物质赋予颜色) 所引起的干扰。由于有色的有机物质通常存在于地表水和饮用水地表水源, 应该假设仪器在使用较长的波长会产生更好的浊度测量。利用高波长850nm红外光的LED来作为系统的光源, 以避免对水颜色的干扰[3]。
因此, 我们开发的装置为测量90°入射光束的散射光。基于瑞利散射法或米氏散射, 若粒径小于光的波长, 与入射光线成90°夹角的散射光强度IR由 (2) 式给出:
其中, T是浊度, KR是散射系数, 在I0不变的情况下, 散射光强度正比于浊度。
当粒径大于等于光的波长, 散射光的强度由 (3) 式给出 (通常被称为三重散射法) :
其中, A是颗粒的表面积, KM是系数。在A仍然不变的情况下, IM与T成正比, 散射光强度正比于浊度。
因此, 当光通过颗粒大小均匀的液体, 由 (2) 、 (3) 式可得, 测量90°方向上的散射光强即可得到溶液浊度大小。如果待测液体是细菌溶液, 我们便能检测细菌的浓度。
2 液体浊度光强测量系统软硬件设计分析
2.1 硬件设计
硬件设计的原则是测量的便捷性。充分考虑系统应用的实际环境, 在网络化联机使用的背景下, 考虑为以后通过计算机联网实施区域的监测和管理进行硬件设计。测量仪实现键盘输入、光电信号的快捷转换、数据处理、液晶显示、计算机的串口通讯等, 电路板的硬件结构。
电路设计的原则是紧凑结构, 尽量使用多功能的元件, 提高使用的效率, 布线采用多路复用的原则, 在不影响正常操作的前提下, 实现以线多能。
2.2 软件设计
软件设计采用分层设计的方式。底层设计模块主负责与设备模块之间进行数据信息通讯, 将控制信息和数据信息传递给外围的设备, 同时也接受外围设备检测到的数据信息。而顶层设计模块只负责进行模式的控制, 只对系统规定的变量进行控制, 完成对系统的具体检测和控制功能, 两个不同的模块之间可以进行数据信息的共享, 协同工作, 达到检测的目的。
3 结论
液体浊度测量系统在快速和现场测定等方面有着巨大的应用潜力, 是一种快速检测、灵敏度相对较高的监测仪器。如果将浊度仪与整体的检测系统进行有机的结合, 将会大大提高现场检测的效率。系统的软件的设计也可以考虑和计算机技术进行有效的衔接, 实现对复杂数据的监测和处理。
参考文献
[1]赵建庄, 柴丽娜, 李元珍.农药残留速测研究的现状及展望[J].北京农学院学报, 2001, 16 (2) :76-80.
[2]盛强.散射光式浊度仪及信号处理的研究[D].太原理工大学, 2007.
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