基于光纤通信技术

基于光纤通信技术（精选11篇）

基于光纤通信技术 第1篇

应用于基于射频的光纤分布系统监控的通信技术很多, 主要有:短信、数传、无线PS域、有线PS域等;各种监控通信技术的特点鲜明, 各有优势, 应用场景各异。

1、短信。

基于短信的监控通信技术, 应用最为广泛, 具有面向无连接方式, 通信双方可以随时发起短信通信, 组网简单, 资费低廉、无需布线等优点;短信通信也存在通信可靠性不高、速度慢, 有时延、每条短信承载的有用数据少效率低, 需要安装SIM卡等缺点;其主要适用于小数据量通信, 其他通信资源匮乏, 有线通信布线困难等场合。

2、数传。

数传即电路交换域下的数据通信, 在分组交换域盛行之前, 在无线数据通信领域应用广泛, 随着分组交换域的普遍应用, 数传应用也越来越少。数传通信需要双方通过拨号建立电路连接, 并分配专用通道资源, 传输比较可靠, 无时延、无需布线;其缺点是需要建立专用电路连接, 占用资源、资费高, 需要SIM卡;数传通信总体速度较慢、效率一般, 适于中、小数据量通信。

3、无线PS域。

通过无线接入方式的IP通信方式, 基于面向连接的分组交换网络, 传输可靠, 无时延, 传输速率高, 效率高, 无需布线、使用方便;PS域通信需要双方建立连接才能通信, 需要安装SIM卡;适于大数量的实时通信, 有线通信布线困难等场合。

4有线PS域。

通过有线连接方式的IP通信, 主要有以太网、E1、ADSL等方式。以太网方式即通过网线连接的以太网IP通信方式具有传输可靠、无时延, 通信速率高、效率高, 组网方便、维护工作量小等优点。适于大数据量的实时通信、现场有线网络资源丰富的场合。E1方式适于需要大数据量的实时通信, 现场E1资源丰富的场合。利用E1链路组网方式有两种, 一种是独立E1链路组网, 监控链路独占一路E1资源;一种是E1抽时隙链路组网, 这种方式设备跟基站通信共用E1链路, 设备和基站通信可能互相影响。E1方式具有传输可靠、无时延, 通信速率高、效率高, 维护工作量小等优点;但需要E1资源, 外扩E1转以太网设备, 点对点传输, 组网成本较高。ADSL方式需要电话线资源, 外扩ADSL转换设备, 点对点传输, 组网成本较高, 使用受到较大限制。

二、监控通信组网方式

基于射频的光纤分布系统一般包括接入单元AU和远端单元RU等设备, 对光纤分布系统的监控通过AU远程接入设备网管中心即OMC实现。

2.1短信组网

AU集成或外挂无线modem模块, 通过短信息与OMC通信;OMC通过短信中心实现高效的短信收发。

2.2无线IP组网

(1) 动态IP接入。OMC采用固定IP, AU集成或外挂无线modem模块, AU通过modem拨号登录PS域, 由PS域网络动态分配IP方式获取IP地址;采用PS域长连接方式, 通过internet与OMC实现以太网数据交互, 长连接时为保持链路连接, 无数据通信时, AU需发送心跳包。 (2) VPN接入。AU集成或外挂无线modem模块, 通过申请VPN业务, 为设备监控分配专用的APN接入点, OMC、设备均采用固定IP;采用PS域短连接方式, 设备通过VPN与OMC实现以太网数据交互。 (3) 以太网组网。基站机房通常预留有以太网口。为AU设备分配IP地址资源, 配置传输路由, 使AU能够与OMC进行以太网数据交互。 (4) 独立E1组网。前提AU具备以太网接口, 通过外接以太网/E1转换器转换成E1接口, 或设备具备E1接口;整个组网可看作是一个2M传输组成的局域网;AU设备的IP地址、子网掩码等信息和OMC配置在同一网段。 (5) E1抽时隙组网。E1的2M传输包括32个时隙, 其中1个控制时隙, 31个业务时隙, 每个时隙64K, 若设备监控数据量小, 采用独立的2M传输比较浪费, 采用抽时隙方式则可充分利用资源。从基站的E1抽时隙, 分配一个空闲时隙给AU作传输用, 需避免基站传输用到该时隙;基站一般有2M接口板, 把E1抽时隙设备的2M线接在基站2M口上, 抽时隙时基站的传输数据不需要通过E1抽时隙设备, E1抽时隙设备或者2M口异常不会影响到基站传输。

三、监控通信技术发展趋势

随着无线网络技术、嵌入式技术的迅猛发展, 设备复杂度及智能化程度越来越高, 对设备监控数据量呈指数增长, 无线MODEM、以太网口也基本成为设备的标配;OMC朝着基于IPGW的云计算趋势发展;传统的短信通信方式已难以满足监控通信需要;无线IP方式随着4G/5G的到来, 应用也将更加广泛, IP化成为必然趋势;由于短信通信的天然优势, IP通信与短信通信将在很长一段时间内共存, 互为补充。

摘要：本文分析了应用于基于射频的光纤分布系统监控中的各种通信技术特点及其应用场合, 研究了典型监控通信组网方式, 指明了光纤分布系统监控通信技术的发展方向。

关键词：光纤分布系统,监控,时隙

参考文献

[1]宋敬斌.Linux网络编程[M].北京:清华大学出版社, 2014

《光纤通信技术》习题 第2篇

1、填空题

* 光纤通信是以 为载频，以 为传输介质的通信方式。* 1966年7月，英籍华人 博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性；1960年7月，美国科学家 发明了红宝石激光器。

* 光纤通信系统的短波长窗口为，长波长窗口为。* 光纤通信系统的通信窗口波长范围为。

* 在光通信发展史上，和 两个难题的解决，开创了光纤通信的时代。

* 光纤的导光原理与结构特性可用 理论与 理论两种方法进行分析。

* 单模光纤中不存在 色散，仅存在 色散，具体来讲，可分为 和。

* 光纤色散参数的单位为，表示两个波长间隔为 的光波传输 后到达时间的延迟

* 对纯石英光纤，在λ= 处，色散参数D=DM+DW=0，这个波长称为。

* 在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使两个正交偏振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为 色散。* 单模传输条件是归一化参量V。* 允许单模传输的最小波长称为。

* 数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越，光纤与光源之间的耦合效率就越

* 光缆大体上都是由、和 三部分组成的。* 常用的光缆敷设方式有、和 等几种。* 按缆芯结构的不同，工程中常用的光缆分为 式、式、式三种类型。

* 光缆线路的“三防”是指：、与。* 光缆的型号是由_________和________两部分组成的。* 在半导体中，费米能级差必须超过 才能发生粒子数反转。* 半导体光源的核心是。

* LD是一种 器件，它通过 发射发光，具有输出功率、输出光发散角、与单模光纤耦合效率、辐射光谱线 等优点。

* 衡量光接收机性能优劣的主要技术指标是、、及。

* 光无源器件是指不需要 就可工作的器件。

* 工程中常用的活动连接器的类型有、和 三种。* 光纤与光纤的连接方法有两大类，一类是，另一类是。* 光衰减器有 和 两种。

* 掺铒光纤放大器采用 作为增益介质，在泵浦光激发下产生，在信号光诱导下实现。

* 掺铒光纤放大器的三种泵浦方式分别是：、和。

* 掺铒光纤放大器的三种应用方式分别是：、和。

* 拉曼光纤放大器利用了光纤传输的。* STM-1的速率是，STM-N的速率是 * SDH传送一帧需 μs，每秒传送 帧。

* 光波分复用的类型包括、和 三类。* 光纤通信系统的设计方法包括 和 二种。

* 光纤通信系统中继距离的计算过程中，分为 预算和 预算两种。

2、简答题

必须掌握的概念

* 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？

* 光纤通信系统由哪几部分组成？并说明各部分在系统中所完成的功能。* 现有光纤通信使用的光波长有哪几种？对应的频率是多少？它们在整个电磁波谱中处在什么位置？

* 光纤通信系统采用怎样的光源？这类光源具有什么优点？ * 什么是直接调制？什么是间接调制？各有何特点

* 常用的光无源器件有哪些？ * 对光纤连接有哪些技术要求？ * 简述光衰减器的工作原理及作用 * 简述光隔离器的工作原理及作用 * 简述光开关的工作原理及用途 * 光纤活动连接器的结构 * 光环形器的工作原理及特点

* 光环形器在单纤双向光纤通信中的应用

* 光环形器在色散补偿方面的应用 * 光环形器在上下话路系统中应用 * 为何光纤通信中要进行色散补偿

* 应用于商用系统的波分复用器有哪几种？有何特点？

* 光放大器分为哪几类？ * 简述掺铒光纤放大器的优点 * 简述掺铒光纤放大器（EDFA）的基本结构及其放大原理

* EDFA在光纤通信中的主要应用 * EDFA中掺铒光纤结构及其光场分布 * EDFA的泵浦波长 * EDFA中的3dB饱和增益 * DWDM的优特点 * 设计一个DWDM系统

* 为何DWDM系统中需EDFA * 光纤光栅的结构特点和制造原理及方法应用 * 光纤光栅有那两大结构特点，各对应什么法 * 如向用光纤光栅和环形器构成的多波长分插复用器

* 干涉滤波片型波分复用器 * 光纤光栅和环形器构成的波分复用器 * 光发射机基本组成及方框图 * 数字光发射机的功能 * 光接收机中对光检测器的要求 * mBnB码

* “码字数字和”(WDS)* 准同步数字系列(PDH)* 同步数字系列(SDH)* 与PDH相比SDH具有的特点 * SDH网络的主要特点是？ * SDH网络的网元设备有哪些？ * SDH帧结构

3、计算题

 阶跃折射率分布的光纤的芯径d=2a为100μm，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm。

（1）计算该光纤的V参数？

（2）估算在该光纤内传输的模式数量是多少？（3）计算该光纤的数值孔径？

（4）计算该光纤单模工作的波长？（考试试卷A卷计算题）

 已知均匀光纤纤芯的折射率为n1=1.5，相对折射率差△=0.01，芯半径a=25μm，试求：

（1）LP01、LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？

（2）若λ0=1μm，光纤的归一化频率V以及其中传输的模式数量M各等于多少

 均匀光纤，若n1=1.5，λ0=1.3μm，试计算：

基于光纤直放站的网络覆盖技术 第3篇

关键词:光纤直放站 覆盖技术 传输距离

0 引言

随着移动通信的高速发展,客户对网络服务质量的要求不断提高,运营商之间竞争日益激烈。而对公路隧道实现全线覆盖是运营商提高网络质量的一个重要环节,也是提高综合竞争力的一个有力手段。

建设CDMA、GSM直放站可快速提高网络质量。直放站从传输方式来分有无线直放站、光纤直放站和移频直放站。其中,光纤直放站运用的历史较短,但与其他直放站相比较,它有自己独特的优势,光纤直放站信号纯净,衰减度小,信号传输不受地理气候的限制,而且随着光器件价格的降低,产品不断成熟,在网络中的运用不断增多。

1 光纤直放站的工作原理

光纤直放站主要由中继端机(或近端机,在基站机房内耦合信号)、光传输网络、远端机和天线系统组成。如下图所示:

中继端机将基站射频信号耦合下来,并将射频信号转换成光信号;

光传输网络将信号传送到远端;

远端机主要包括双工滤波器(Duplex)、低噪声放大器(LNA-low noise amplifier)、功率放大器(PA-power amplifier)、光端机等设备,将射频信号从光信号中解调出来,并滤波、放大;

用户天线用于覆盖区的信号发射和接收,可采用全向或定向天线。

前向放大器放大基站至移动台的下行信号(前向信号),反向放大器放大移动台至基站的上行信号(反向信号),由于上下行信号频率相差很大即双工间隔很大(如GSM900、CDMA800的双工间隔为45MHz),可利用双工滤波器和前端滤波器方便地将两路信号分开。

2 光纤直放站特点

光纤直放站与无线直放站的最大区别在于施主基站信号的传输方式上,光纤直放站是通过光纤进行传输,而无线直放站通过空间传播。因此,光纤直放站具有以下特点:①输出信号频率与输入信号频率相同,透明信道。②覆盖区天线可根据地形情况选择全向或定向天线。③不存在无线直放站收发隔离问题,选址方便。④光纤中继端与近端机距离不超过20公里。

3 光纤直放站在公路隧道覆盖中的建设问题

由于公路隧道具有地形复杂,信源获取困难以及覆盖区域狭长,信号波动损耗都较大等特点;因此需要根据实际环境进行勘测设计,灵活组网规划;基于公路隧道的特点,光纤直放站因具有设计和施工灵活且覆盖效果好,工作稳定等优点,所以在公路隧道中有很好的应用。可从以下几个方面来进行探讨。

3.1 传输距离的要求 光纤直放站的传输距离最大可达15公里,因此对于一般的狭长的隧道,只要不超过改传输距离,就可以使用光纤直放站来进行覆盖。

3.2 信源的选取 因为信源的选取直接关系到整体覆盖效果。因此要保证施主基站有话务容量冗余可以负担光纤直放站覆盖区域内的话务量。若在隧道口附近无信源可取或隧道较长,利用耦合器从基站耦合信号到近端机,近端机将射频信号转化为光信号,通过光缆将光信号送到远端机,远端机将光信号转化为射频信号同时放大信号将其馈送到天线。根据覆盖距离及近端机拖带远端机能力和对基站的噪声影响,来确定远端机数量。

3.3 供电方式 对于公路隧道,一般建设在较偏远的山区,电源不太稳定甚至没有电源提供,因此可以利用太阳能供电系统供电,但是如果是在有电源提供的地区可直接利用220V交流电供电。

3.4 监控系统 公路隧道在偏远地区,故在维护上有很大的困难。监控系统能对其进行参数设置、调整,在网络维护方面起了非常重要的作用,是必不可少的一项补充。

4 光纤直放站在某隧道网络覆盖中的应用实例

4.1 工程概况 某隧道隧道全长820米,双洞单向两车道,隧道顶高约6米,隧道内信号电平小于-100dBm,隧道东侧隧道口到转弯处约1000米路段信号电平在-90dBm至-98dBm之间,通话质量差。

4.2 解决方案 为了解决该隧道的覆盖问题,采用无线接入光纤直放站,两隧道内分别采用八木天线进行覆盖,隧道外采用抛物面天线,而利用隧道顶遮挡来解决隔离度问题。系统平面图如下:

4.3 测试结果 该隧道开通后检测结果为公路隧道内、隧道外网络信号电平值≥-85dBm左右,通话质量RxQual 90%区域以上0级,切换成功率>99%,掉话率<1%,扩大基站覆盖范围,对基站参数指标无任何影响。

5 结束语

光纤直放站相对于无线直放站来说,成本相对较高,而且需要敷设光纤。但正如本文第2点所阐述,与无线直放站相比,光纤直放站有着无可比拟的优点,光纤直放站一般可获得80dB以上的增益,主要完成为离基站较远的村镇、公路、厂矿、旅游区等地域的覆盖。该系统具有建站速度快、工程投资低,见效快等优点,具有极高的性价比。

参考文献:

[1]韦惠民等.蜂窝移动通信技术.西安:西安电子科技大学出版社.2002.

[2]孙儒石等.GSM数字移动通信工程.北京:人民邮电出版社.1998.

基于光纤通信技术应用的分析 第4篇

(1) 光纤通信技术中的波分复用技术。波分复用技术基于每一信道光波的频率和波长不同等情况出发, 把光纤的低损耗窗口规划为许多个单独的通信管道, 并在发送端设置了波分复用器, 将波长不同的信号集合到一起送入单根光纤中, 再进行信息的传输, 而接收端的波分复用器把这些承载着多种不同信号的、波长不同的光载波再进行分离。

(2) 光纤通信技术中的光纤接入技术。光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试, 它实现了普遍意义上的高速化信息传输, 满足了广大民众对信息传输速度的要求, 主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。其中后者起着更为关键的作用, 作为光纤宽带接入的最后环节, 负责完成全光接入的重要任务, 基于光纤宽带的相关特性, 为通信接收端的用户提供了所需的不受限制的带宽资源。

二、光的传播与光纤

(1) 光是一种电磁能, 光的传播速度与传播光的介质密度有关, 密度越高, 传播速度越慢, 在真空中传播速度是300000km/s。光在单一的均匀介质中一直线传播。如果光从一种密度的媒介进入到另一种密度的媒介中, 光的传播速度发生变化, 会引起光的传播方向的变化, 这种现象叫做光的折射。光的折射角度的大小与两个传播媒介的折射率以及光的入射角度有关。光从光密介质进入到光疏介质时, 折射角大于入射角。当折射角为90度时, 此时的入射角称为临界角。当入射角大于临界角时, 光不在折射到光疏介质, 而是全反射到光密介质, 这种现象称为光的全反射。光信号在光导纤维中的传播就是利用光的全反射原理。

(2) 光纤一般以光波的传播模式分类, 主要有两类:多模光纤和单模光纤。

a多模光纤, 多模光纤是一种传输多个光波模式的光纤。多模光纤适用于 (几十~100) Mb/s的码元传输速率, 最大无中继传输距离是10到100KM。多模光纤可以按照从光纤截面的折射率变化分为阶跃型多模光纤好渐变型多模光纤。阶跃型多模光纤结构最为简单, 制造容易, 在阶跃型多模光纤中, 不同入射角的光会以不同的路径在光纤中传播, 同样长的一段光纤, 以非常打的入射角度传输光纤将比那些几乎根本不改变方向的光线传输更远的距离。这样, 一个短的光脉冲的各个部分能量由于在传输过程中的时延不同会陆续地到达输出端, 造成光脉冲的扩散或发散, 并且扩散会随着光纤的长度的增加而增加。由于这个原因, 阶跃型多模光纤的传输带宽只能达到几十MHz·km, 不能满足高码率传输的要求, 在通信中已逐步被淘汰。而近似抛物线折射率分布的渐变型多模光纤能使模间时延差明显减小, 从而可使光纤的带宽提高约两个数量级, 达到1Ghz·km以上。

b单模光纤, 单模光纤只能传输光的基膜, 不存在模间实验差, 因而具有比多模光纤大得多的宽带。单模光纤主要用于传输距离很长的主干线及国际长途通信系统, 速率为几个1Gb/s。由于价格的下降以及对比特传输率的要求不断提高, 单模光纤也被用于原来使用多模光纤的系统。

(3) 光缆。光缆的结构必须能够保护每一条光纤不会因为敷设, 安装而破坏。与电缆相比, 光缆可以省去一些诸如屏蔽层, 地线等, 但由于光纤很细, 制造光纤的玻璃材料很脆, 在通常性操作中也很容易产生事故性损伤, 因此光缆结构中增加了抗拉抗折的加强构件。

三、光纤的连接

光纤的连接有两种情况, 一种是永久连接, 类似于电线电缆中的焊接;另一种是活动连接, 类似于插头与插座的连接。

(1) 永久连接, 这种方法需要一根具有比被接光纤的软化点温度低的玻璃套管, 其内孔径略大于光纤芯的外径。当将玻璃管加热到它的软化点时, 表面张力产生作用, 使它可以缩成一根实心棒。

(2) 活动连接, 保护和定位光纤端面。对准规定位光纤端接元件时, 对其耦合最佳。

四、结束语

光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一, 在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用, 在全球通信领域及相关行业在全球处于非常低迷的状态时, 光纤通信技术仍得到了一些发展。依照我国现行的通信技术领域的发展模式, 光纤通信技术的应用必会代替一切其他的信息传送方式, 而成为未来通信领域发展的主流技术!

参考文献

[1]光纤通信系统 (影印版) [M].北京:清华大学出版社, 2012

[2]杨淑雯.全光光纤通信网[M].科学出版社, 2014

[3]乐孜纯译.光网络[M].北京:机械工业出版社, 2010

基于光纤通信技术 第5篇

研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术。通过在电缆上施加高压脉冲，使得电缆上有故障的位置产生局部放电，从而产生振动信号。并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统。通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号，并对振动信号进行定位。将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布，并进行试验验证。实验结果表明，该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况，并对故障点进行准确定位。

关键词：

分布式光纤传感； 后向散射； 电力电缆； 故障定位

中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.003

引言

电力电缆是电力传输的重要载体。但是人为因素（如：施工挖破皮、被割破皮等）和自然灾害（如：滑坡、塌方、地基沉降、腐蚀、老鼠破坏等）会造成电缆线路故障，影响电力电网建设效能的发挥。因此，应用科学手段实现对电力电缆的电缆的故障进行检测和定位、及时提醒线路维护人员提前采取预防措施显得十分的紧迫和必要。

本文研究基于分布式光纤振动传感原理为核心的智能监测技术，利用光纤传感技术对电网中的电力电缆线路的故障进行全方位实时智能监测和定位。该智能监测系统可实现对电力电缆线路的故障进行检测和定位，确保电网安全、高效运行；综合分析处理各传感器信息，并且在出现异常情况时，通过控制相应的联动设备采取一定的措施来保障电网正常运行。

1分布式光纤振动传感技术原理

分布式光纤振动传感技术是利用ΦOTDR（optical time domain reflectometer，OTDR）^[14]光时域反射计的干涉机理测试外界绕那扰动，外界扰动作用在光缆上面或附近产生的压力（振动）导致光纤中瑞利散射光^[5]相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化时，通过实时监测不同时刻后向瑞利散射信号的干涉效应可定位振动信号的位置，并通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。

分布式光纤振动传感系统采用普通通信光缆中的一根空闲纤芯作传感单元，进行分布式光纤传感器多点振动测量^[6]。其基本原理是当外界的振动作用于通信光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，使纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格发生作用，不断向后传输瑞利散射光。当外界有振动发生时，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，返回系统主机后，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，再经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。

2基于分布式光纤振动传感技术的电缆故障定位系统组成

整体系统由高压电缆放电试验系统、分布式光纤振动传感系统及综合平台软件组成，系统结构如图2所示。

系统通过分布式光纤振动传感系统监测来自于高压电缆上方的振动信号，通过振动信号来分析判断故障点的位置。当高压电缆放电试验系统对高压电缆发出高压脉冲信号时，同时会向分布式光纤振动传感系统发出一个上升沿或下降沿信号，以作标记信号。分布式光纤振动传感系统根据高压电缆放电试验主机给的脉冲同步信号进行振动信号的采集，实时监测高压电缆的振动情况，并将监测到振动信号保存到数据库中。高压电缆放电试验系统放电结束后，由综合平台对分布式光纤振动传感系统采集到的振动信号进行分析，并结合高压电缆放电试验系统放电脉冲情况，综合分析对故障点进行定位，并在软件界面是显示整段监测光缆的波形图、故障点位置。系统数据库中保存测量的振动信号和放电信号的历史数据，并绘制成报表，由用户选择查看。

该系统以高压电缆故障时所产生的震动为监测对象，可实现以下功能：

（1）实时监测电缆走廊路面施工振动位置的振动量，并根据实时监测值显示报警状态。实时监测高压电缆故障点所产生的震动情况，可对故障点进行定位，定位误差不大于±25 m；

（2）检测到电缆故障时，在界面上显示告警提示；

（3）软件界面可显示电缆的震动波形图；

（4）能与高压电缆放电试验系统通讯，接收该系统发来的上升沿或下降沿信号；

（5）各监测值的历史数据记录展示。

3试验结果

为了验证系统是否能探测到电缆的故障信号并准确定位故障信号的位置，搭建了一个测试系统。测试验证系统选取110 kV电缆300 m，在电缆上100 m、200 m和300 m位置分别模拟放电信号。用该系统来探测电缆的放电信号及其位置。

4结论

研究的基于分布式光纤振动传感原理的电缆故障定位系统可准确探测电力电缆故障为，预防因电力电缆自身老化等原因而发生故障。制止因蓄意破坏、偷盗等情况造成的输电中断，从而保障中高压电力电缆的传输安全和通畅。当电力电缆线路发生故障时自动实现预警，自动定位故障发生位置，及时通知管理人员对警情进行有效处理，从而提高对电网供电的可靠性。

参考文献：

[1]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].SPIE，1992，1797：76-108.

[2]孙圣和，王廷云，徐颖.光纤测量与传感技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.

[3]IMAHAMA M，KOYAMADA Y，HOGARI K.Restorability of Rayleigh backscatter traces measured by coherent OTDR with precisely frequency controlled light source[J]. IEICE Trans Commun，2008，E9lB（4）：1243-1246.

[4]王莉田，史锦珊，王玉田，等.背向散射多点分布式光纤测温系统的研究[J].仪器仪表学报，1996，17（6）：639-641.

[5]宋牟平，汤伟中，周文.喇曼型分布式光纤温度传感器温度分辨率的理论分析[J].仪器仪表学报，1998，19（5）：485-488

[6]李志全，白志华，王会波，等.分布式光纤传感器多点温度测量的研究[J].光学仪器，2007，29（6）：8-11.

基于光纤通信技术 第6篇

一、电力通信光纤概述

基于电力通信的光纤通信技术是利用光导纤维作为进行信号传输, 其传输的主要方式是光纤, 从而可以传输大量的信息, 成为现代社会的一种重要通信方式。光纤通信的制作材料一般是电气绝缘体, 并选用多芯组成电缆, 从而在减小传输占用空间的基础上保证了通信质量。光纤通信技术较之传统的通信手段相比具有很大的优势, 如今光纤通信技术主要有三种类型:一是光纤传感技术, 主要借助于传感器进行信息传输;二是波分复用技术, 主要借助于不同信道光波;三是光纤接入技术, 可以有效地应对各种窄带业务及事故, 从而提升各种媒体图像及数据的处理。

二、光纤通信技术的应用分析

光纤通信技术已经广泛的应用于通信行业的各个领域, 从而提升了通信行业的便利性, 并极大地推进了社会的发展。尤其是借助于光导纤维, 通信行业实现了从区域性质向单体性质的转变, 从而极大地拓展了人们交流、沟通的空间。在电力通信领域也涉及到了光纤通信技术, 构成电力通信主干线的元素包括卫星电路光纤、微波等。光纤通信技术不仅可以提升电力通信网络的性能, 同时借助于何种通信手段及服务方式可以组成多功能的电力通信网络, 从而实现了为用户提供更优质服务的目的。起初的光纤通信技术在通信中的应用主要是保护、安全自动装置等调度实时控制信息以及程控语音联网等窄带业务传输, 经过不断地发展已经逐渐的覆盖到办公自动化系统、人力资源管理、客户服务中心、财务系统、地理信息系统、IP电话、视频会议、营销系统等多种数据传输业务的宽带数据传输。

通过应用特种光纤可以有效地防止电力系统中由于路由协调、频率资源以及电磁兼容等方面的原因而导致的运行矛盾, 同时特种光纤在资源的利用上还具有很大的灵活性及主动操控权。此外, 基于电力系统光纤通信的技术优势可以迅速地建立使用速度快、投资额度低、覆盖范围广的具有极高可靠性与安全性的电力通信网络, 这一技术在110KV, 220KV以及500KV线路中有着极为重要的应用价值;光纤通信技术具有很高的传输质量, 同时信号也不容易受到外界影响, 为此具有很高的电磁干扰能力, 极大地提升了整体的电力通信质量。

电力通信网络工程设计主要包括三部分:传输、接入以及交换, 位于一个整体之中。传输部分作为综合性很强的通信网络平台, 同时也是电力通信中极为关键的一部分。借助于安全稳定的传输系统可以为光纤接入以及交换提供良好基础。接入部分具有双纤单向的通道保护装置, 采用2Mbit/s的通道实现连接;而交换部分在敷设光纤中要充分的考虑电力系统输电线路的丰富程度及经济性。总之进行电力通信网络设计要综合考虑各种因素, 从而最大化的发挥其技术优势。

三、结束语

总之光纤通信技术在当代已经得到了极为广泛的应用, 表现出了极大地应用价值以及更大的潜力。较之传统的信息传输技术, 光纤通信可以在很小的空间占用条件下传输大量的数据, 同时节约很多能源, 并保证了传输的可靠性。这种传输技术在使用中收货了较大的投资效益, 保证了调度的稳定性以及安全性, 符合电力行业的发展要求。随着社会经济的进一步发展以及全面高科技网络化时代的到来, 基于电力通信的光纤通信技术会更多的应用于各个社会生产、生活领域, 尤其是随着计算机技术的发展, 更会促进其在电力通信行业中的应用。

摘要：社会经济的发展促使电力通信在国民生产以及生活中的地位越来越重要, 而同时光纤通信技术的重要性也日益凸显。由于光纤通信的质量以及效率直接的影响到现代电网的运行, 为此探讨电力通信光纤技术的主要理论依据并进行应用分析具有极为重要的现实意义。

关键词：光纤通信,电力通信,应用分析

参考文献

[1]何少舜.浅论光纤通信技术的特点和发展趋势[J].科技信息, 2009 (16) .

[2]李宏慧.基于非简单的失效独立的路径保护圆的抗毁性光纤网络优化设计[J].内蒙古大学学报 (自然科学版) , 2010 (35) .

[3]于雪飞.光纤通信技术应用分析[J].科技与生活, 2005 (11) .

[4]王文睿.基于广义随机Petri网的光纤通信系统可用性能分析[J].科技信息, 2009 (16) .

基于光纤通信技术 第7篇

1 电力通信中应用光纤通信技术的优势分析

电力通信的光纤通信技术是采用光导纤维作为导体进行信号的传输, 其主要的载体是光纤, 光纤通信技术的优点在于能够将大量信息进行传输, 现代社会的通信逐渐将光纤通信作为主要的通信手段。光纤通信主要使用相关的电气绝缘体作为光纤的制作材料, 并将多条芯组成合成电缆, 进而使传输信息所使用的占用空间得到有效的缩小, 使通信质量得到了保证。光纤通信技术与传统的通信方式相比, 具有很多不可超越的优势, 当前主要的光纤通信技术可归纳为以下三种:一是光纤传感技术, 其主要通过传感器完成信息的相互传输;二是波分复用技术, 其主要通过不同的信道光波进行信息传输;三是光纤接入技术, 这项技术具备有效防范各种窄带业务及通信事故的作用, 进而使各种媒体图像及数据得到妥善的处理, 提高了信息质量。光纤通信技术的不断发展, 使人与人之间的交流, 实现了快速便捷, 加强了人们的沟通, 使人们的生活质量得到了提高。在电力通信中光纤通信技术作为主要的通信手段, 其发展速度不言而喻, 以成为了当前, 光纤通信技术发展最快的行业。在多数行业中, 光纤通信技术都得到了一定的发展, 推动了社会经济的发展。

2 基于电力通信的光纤通信技术应用分析

光纤通信技术在通信行业中的各个领域都得到了广泛的应用, 使通信行业的便利性得到了显著的提高, 直接推动了社会经济的发展。借助光导纤维, 通信行业逐渐实现区域性质向单体性质进行转变, 进而使人们的交流空间得到了极大的拓展。在电力通信领域也将光纤通信技术进行了合理的应用, 通过卫星电路光纤及地表微波等元素组成了电力通信的主干线。光纤通信技术的应用很大程度的使电力通信网络的整体性能得到了提升, 且将光纤通信技术与良好的服务方式进行有机的结合将电力通信网络组成一个多功能多服务的网络系统, 进而有效的为客户提供更多优质的服务, 及时解决客户的疑难问题。光纤通信技术最初被应用在通信的保护及安全自动装置的工作中, 或实时的控制信息及程控语音网络连接等窄带业务的信息传输, 随着科技的不断进步, 光纤通信技术已经发展成为涉及到办公自动化系统、人力资源的管理、客户服务系统、财务中心、地理信息程序、IP通信、视频会话、商务营销等各种不同的业务中的宽带数据传输工作。

在光纤通信中还存在一些特种光纤, 适当的使用一些特种光纤能够有效预防电力系统中的一些问题, 主要有由于路由协调、电磁兼容以及频率资源等方面运行不当所导致的系统运行矛盾, 特种光纤在资源的利用上还具备相当高的灵活性以及操控的主动权。因此, 结合光纤通信技术在电力系统中存在的优势, 可以构建一个运行速度快、投资资金少、覆盖面积大且具备高度安全性及科学性的电力通信网络, 当前在110k V, 220k V以及500k V的线路当中, 都有一定的应用, 且其使用价值相当高。光纤通信技术具备大量信息安全传输的优点, 其信号也不易受到外界的信息干扰, 为此具有良好的电磁干扰性能, 使电力通信的质量得到了极大的提升和保证。

在电力通信中, 其网络工作的设计主要有以下三点;信息的传输、信号的接入及信息的交换, 上述三点属于一个整体。信息的传输部分在三个要点中属于综合性能较强的通信网络平台, 在整个电力通信当中也占据着重要的位置, 是极为关键的环节。通过使用安全系数较高, 频率较为稳定的传输系统能为光纤的正常接入以及线路交换提供了良好的环境与基础。接入的部分通常采用双纤单向的通道保护措施, 运用2Mbit/s的通道将线路连接完美实现, 其中交换的部分, 在敷设光纤中, 应充分考虑到电力系统传输线路的经济性与内容丰富的程度。因此在进行电力通信网络的设计当中, 应将相关的内容及元素进行综合的考虑, 进而使光纤通信技术得到最大限度的发挥, 节约工程的投入资金, 合理的利用光纤通信技术的优势, 设计科学合理的电力通信网络。

3 结束语

综上所述, 光纤通信技术在当前社会以得到了极为广泛的运用, 并将光纤通信技术的应用价值及其潜力得到了有效地发挥。与传统的信息传输技术进行比较, 光纤通信技术极大了缩小了信息传输的占用空间, 实现了大量数据快速传输, 也保证了信息传输的安全。完全符合电力通信行业发展的整体要求, 随着社会经济的不断发展, 更高的科技网络时代即将来临, 光纤通信技术在电力通信中的应用, 将得到社会各界的生产与生活领域中的广泛使用, 信息技术的快速发展将进一步的促进了光纤通信技术的发展。

摘要：随着现代信息技术的普及, 电力通信在国民的生活与工作当中占据了越来越重的地位。其中以光纤通信技术为代表的现代信息技术也逐渐进入人们的眼帘。光纤通信技术质量对现代电网的正常运行起到重要的重要, 因而本文主要对电力通信光纤技术的相关理论进行探讨, 并分析其实际应用以促进电力通信事业的发展。

关键词：电力通信,光纤通信,技术应用,分析

参考文献

[1]黄睿.基于电力通信的光纤通信技术应用分析[J].中国新通信, 2013, 14:59.

基于光纤通信技术 第8篇

传统的传输网络扩容方法采用空分复用 (SDM) 或时分复用 (TDM) 两种方式。空分复用和时分复用的扩容方式, 其基本的传输网络均采用由单一波长光信号传输的PDH或SDH技术, 由于光纤的带宽是无限大的, 上述复用方式造成光纤带宽资源的巨大浪费。由此产生了密集波分复用技术 (DWDM) , 它大幅增加了网络的容量并且充分利用了光纤的带宽资源。随着光电器件的迅速发展, 特别是掺饵光纤放大器 (EDFA) 的成熟和商用化, 使密集波分复用技术得到广泛应用。

1 波分复用 (DWDM) 技术的概念

波分复用 (DWDM) 就是将一系列载有信息的光载波, 在光频域内以1至几百纳米的波长间隔, 在发送端经复用器 (Multiplexer) 汇聚并耦合在一起沿单根光纤传输, 在接收端再经解复用器 (Demultiplexer) 将各个不同波长的光载波分开的技术。由于每个不同波长信道的光信号在同一光纤中是独立传输的, 因此在一根纤芯中可实现多种信息 (如声音、数据和图像等) 的传输。它能充分利用光纤宽带的传输特性, 使一根光纤起到多根光纤的作用。

WDM其实质是光频域上的频分复用 (FDM) 技术, 即每个波长通路占用一段光纤的带宽。按照波长通路间隔的不同, WDM可分为稀疏波分复用 (CWDM) 和密集波分复用 (DWDM) 。它们的信道间隔为纳米级别, 例如:DWDM的信道间隔为0.2nm至1.2nm。CWDM成本较低, 能够用很低的成本提供高的接入带宽, 适用于点对点、以太网、SONET环等网络结构, 特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合, 如楼内或楼与楼之间的网络通信。由于CWDM技术上的局限性, 它存在以下缺点:1) CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少, 造成系统扩容成本增加;2) CWDM城域网节点间距离较短, 不适用于城域网。DWDM完美的解决了CWDM的不足, 因此, DWDM无疑是当今光纤应用领域的首选技术。

2 DWDM技术分析及其优缺点

2.1 DWDM技术分析

DWDM系统有传输容量大、传输距离长、价格高等特点, 因此在国家干线﹑省级干线﹑城域核心层的传输系统中有广泛应用。在长途传输中, DWDM系统采用了NZDSF光纤 (非0色散位移光纤) 、高波长稳定度的激光器、密集波分复用器和解复用器, 在整个线路上进行光功率均衡。这些高性能的器件价格都很贵, 从而使DWDM成本较高, 但由于骨干传输网络传输距离很长, DWDM系统中多个波长通道可共用光纤和放大器, 因此综合考虑, 在成本上有很强的竞争力。另外, DWDM系统有比较完善的保护方式和网管, DWDM系统组网一般为环网拓扑, 节点采用的都是有保护功能的光分插复用设备 (OADM, Optical Add/Drop Multiplexer) , 并采用光复用段保护和光通道保护环系统, 对所有业务都进行保护, 大大提高了系统可靠性。一些大城市如上海、广州、西安运营商为解决带宽资源紧张问题及保证系统可靠性在城域核心层均倾向于选择可靠性高的DWDM系统。

对于超长距离传输, 理想的光纤特性应该是具有很小的衰减、宽而平坦的光谱、适当的色散、较大的有效面积、理想的弯曲特性、存在可做色散补偿的色散互逆单元等等。实际中光纤很难同时满足这些要求, 但总可以满足部分要求以期望能够改善信号传输质量。例如大有效面积光纤LAF、色散平坦光纤DFF、全波光纤AWF等, 这些新型光纤均可用于DWDM系统, 实现超长距离传输。

DWDM系统对工作波长有严格要求, 如1.6Tbit/s系统中, 规定最大中心频率偏移约为0.04nm, 而在320Gbit/s系统中, 约为0.1nm。由此看出, 随着DWDM系统复用波长数量的增加, 系统对激光器的稳定性要求更加严格。在DWDM系统中, 采用DFB激光器作为光源, DFB激光器的温度漂移系数约为0.08nm/℃, 它需要采用冷却技术来稳定波长, 以防止由于温度变化使波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。

为了确保大容量DWDM系统的性能, 要求波分复用器件插入损耗小, 间隔度大, 带内平坦, 带外插入损耗变化陡峭, 温度稳定性好, 尺寸小等。对于DWDM系统, 随着复用通路数的增加即复用的波长数目增多, 相邻通道间隔变小, 这时对复用器件隔离度的要求就更加严格了。

DWDM网中通常采用光分插复用设备 (OADM) 来上下波长信道, 供本地通信或转接, OADM内含有光开关 (OS) 或光交叉连接器 (OXC) , 以实现复用段保护和调度。同时, DWDM的光通道保护也保证了DWDM系统线路的可靠性。光通道保护即指某一设备的故障保护, 区别于整段线路的故障保护。只有多方向、线路迂回的环状网, 才能保证通信不间断。这里介绍两种光通道保护方式:专用保护环 (DPR, Dedicated Protection Ring) 和分享保护环 (SPR, Shared Protection Ring) 。DRP即1+1保护环, 使用专用的备用资源。SPR分享资源作为备用, 即从其他正在工作的线路通道中调配备用资源。速率较高的保护倒换要采用光开关 (OS) 或光交叉连接器 (OXC) 。

2.2 DWDM系统的特点

2.2.1 DWDM系统的优点

DWDM系统之所以在近些年有很大的发展, 是因为具有其他系统不具备的优点:DWDM系统的传输容量很大, 复用的速率可以是2.5 Gbit/s、10 Gbit/s等, 复用的通路数量可以是4、8、16、32或更多, 因此系统的容量可以达到几百Gbit/s;充分利用光纤的带宽资源, 多波长复用在单模光纤中传输, 使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍;由于同一光纤中传输的信号波长彼此单独, 因而能够传输特性完全不同的信号, 完成各种业务信号的综合和分离, 包括数字信号和模拟信号、PDH信号和SDH信号的综合和分离;波分复用通道对数据格式透明, 即和信号速率及电调制方式无关;利用带宽很宽的掺饵光纤放大器就可以对系统各复用光通路信号同时进行放大, 实现系统的超长距离传输, 避免了每个光传输通路都需要一个光放大器的情况;在DWDM技术下, 系统能够组成全光网络, 各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的, 从而消除了电光转换中电子器件的瓶颈。

2.2.2 DWDM系统面临的问题

DWDM系统采用了较多的光器件, 由此造成了系统成本过高, 这是当前制约DWDM系统大规模应用的主要因素;DWDM技术相关标准的制定还不完善, 国内各运营商相关方面的试验以及应用先于标准的制定, 相信随着技术的成熟, 这个领域的标准工作会更加完善;作为信息的骨干传输平台, DWDM系统还有很多问题需要解决, 比如低成本的波分复用光源阵列问题、提高频谱效率和性能优良的信号调制格式问题、理想性能的光纤设计与制造问题、系统性能的在线监测与评估问题等等, 这些问题的解决给现有的器件生产、设备制造、系统开发都带来了机遇和挑战。

3 波分复用技术的发展趋势

3.1 将广泛采用更先进的技术和器件

目前, DWDM系统的应用在个别方面还面临着很大的技术困难, 例如色散补偿、非线性效应积累、长距离传输以及OADM引入带来的滤波效应累计, 等等, 在相关技术方面还需要进一步研究, 但总的发展趋势是:DWDM系统将广泛采用更先进的技术和器件, 使系统性能不断得到提升。以光放大器为例, 其作用是补偿光纤和其他无源器件对光功率的损耗, 但在提升信号功率的同时也引入了噪声干扰, 降低了信噪比。为解决这一矛盾, 放大器的发展将由集中式放大器向分布式放大器转变, 因此分布式光纤喇曼放大器 (DFRA) 已经逐渐成为DWDM系统必选设备, 作为传统的掺铒光纤放大器 (EDFA) 的前置放大器或者完全选用EDFA放大器以减小放大器引入的噪声功率。

再例如, 新的信号调制与接收处理技术的研究和应用使信号调制向着频谱效率更高的多进制调制和编码调制方向发展, 这提高了DWDM系统线路信噪比, 并且可以增加DWDM系统的传输距离;简单高效的纠错编码方案的研究, 可以提升DWDM系统的传输质量。

3.2 波分复用技术的发展前景

波分复用技术自从九十年代中期进入中国以来, 从骨干网应用的DWDM系统到城域WDM环网技术, 均得到很大发展。随着光网络向面向连接波长交换光网络演进再向无连接光分组交换网络演进, 新的技术将有广阔的发展前景。

波分复用是一种在光域上的复用技术, 形成一个光层的网络既全光网, 将是光通讯的最高阶段。建立一个以WDM和OXC (光交叉连接器) 为基础的光网络层, 实现用户端到端的全光网连接, 建立智能化的网络对等模型, 将是未来的趋势。

IP业务的爆炸式增长以及流量的指数级增加对通信网的承载能力提出了越来越高的要求.因此, 利用波分复用系统承载IP业务的IP over WDM光网络也将成为一种必然选择而获得发展。

4 结束语

DWDM系统的广泛应用提高了通信系统的性能, 增加了系统带宽, 满足了信息社会不断增长的业务需求。从长远来看, 以波分复用技术为基础的光纤通信网络将覆盖整个国家或几个国家, 最终实现一个高速、大容量、能满足未来通信业务需求的全光网络。

摘要：文章介绍了光波分复用 (DWDM) 技术的概念, 探讨了DWDM技术的优缺点, 并对密集波分复用 (DWDM) 技术进行了研究, 提出了波分复用技术的发展趋势及应用前景。

关键词：DWDM,波分复用,趋势

参考文献

[1]樊昌信.通信原理[M].北京:国防工业出版社, 2006, 9.

基于光纤通信技术 第9篇

当前我国在铁路通信自动监测方面的技术水平不高[1],这与我们这个人口超级大国铁路作为主要交通工具的通信及安全需求极不相称。随着我国动车组的不断加入,列车的运行速度也越来越快,目前我国铁路列车运行时速最高已达380km/h,这么高的运行速度带来的必然是高安全性要求,尤其是作为铁路命令传达的通信系统的安全性备受关注,特别是作为通信支撑的主干光纤的可靠性。如果铁路的主干光纤出现问题,则整个铁路通信系统必将陷入瘫痪。这就要求铁路通信监控部门能够及时了解到整个铁路通信的实时状态,及时发现潜在的问题并及时消除。本文就是在这个背景下对目前的铁路通信系统的薄弱环节进行了探讨,重点设计了针对这些环节的通信自动监测系统。

1 自动监测系统的方案设计

铁路的通信系统可以看成两部分:作为节点的列车和车站调度部分与将各个节点进行串联的光纤部分。要设计铁路自动监测系统必须考虑到这两方面的因素,因此本监测系统的方案设计主要包括两个部分,其一是作为通信载体的光纤自动监测系统,其二是光纤通信管理的自动监测。

1.1 铁路光纤系统自动监测方案

光纤系统的自动监测部分的设计是以监测主干网络的光纤状态为主,光纤部分的监测端口主要分为两部分,分别是监测站和接收站。监测站为发出测试光纤安全性的测试光信号的站点,接收站为测试信号通过需要被测试的光纤后被接收处理的站点。在测试中还有阻止光纤测试信号前行的站点,叫做端站。在整个自动监测系统中我们设计了管理站点,这个站点的设立能够对各个监测站及接收站进行实时数据采集,同时控制监测站的信号输出频率和信号类型。在整个铁路的沿线上分布着一系列通信站,在我们所设计的光纤自动监测系统中将监测站直接设置在这些通信站中。我们所采用的监测站在有效监测距离上要求大于10千米,能够同时对光纤的上行通信数据和下行通信数据进行监测。在监测站的测试光信号发出端设置了光分波合波装置,而在接收站部分设置了光滤波器。监测距离的计算公式如下面的式(1)所示[2]。

式中,L为整个铁路通信系统光纤自动测试部分能够监测的光纤的有效长度;P为光纤监测站和系统控制部分的有效指标;Ac为介入损耗,指的是光纤监测控制单元、光路切换,光耦合单元等介入损耗的总和;Mc为光纤监测及控制部分测试设备的动态范围的富余度;A为测试指标与实际测试状态的动态范围的差值;As为光纤平均衰减系数;为光熔接接头平均衰减系数。本公式计算长度为理想距离,考虑到实际情况中的各种损耗因素,该距离在计算完成后需要预留48Km的余量。

本光纤自动监测系统的软件设计将与后面设计的节点监测系统的软件设计集成到一起,因此在本小节中仅对其硬件设计进行相关探讨。我们设计的硬件模块主要包括光开关控制模块、智能控制模块、组网通信模块、电源模块、管理测试模块及光耦合模块等。其中切换光路的任务由光开关模块来完成,智能控制模块的作用是与光开关模块进行连接,其能够提供标准的监测接口。管理测试模块主要包括管理主机、打印机、中心组网通信模块等部分。光耦合单元的作用是使测试光波跨过通信站继续监测下一段光纤,或使测试光波到达某通信站即停止不再前行。跨接站在光纤监测系统中是使测试光波跨过通信基站继续监测下一段光纤[3]。当发现目前的某光纤出现通信阻塞或者其流量突然不正常,如出现流量大增,数据规模急剧升高等现象时,该监测系统能够立即发出告警信息,当这种光纤通信网络受到突然的破坏而控制人员无法及时作出判断时,本自动监测系统能够与自动控制系统直接取得联系,将被破坏部分的光纤通信转到临近的光纤网络中进行传输。

本光纤通信测试部分的测试分为定时测试、连续测试和立即测试三种模式。由于铁路运行的时间延续性特点存在,即每时每刻都有列车在铁路上运行,这就要求我们的监测系统具有较好的实时性。本自动监测系统以数据库为核心,在图形界面方面以Windows NT为主控制界面。系统的用户图形终端采用Windows NT平台,这样就能保证一致性强、易于操作和管理。由于列车具有规定路线行驶的特点,因此一次做成的地图可以有效的对行驶在铁路上的列车实施监控。本系统的监测分为三级,其中一级部分只有一个,两级部分有若干个,三级部分是监测站,具有成千上万个。本系统的监测功能以实现铁路局级通信监测维护为主要目标,设有远程访问端口,能够实现远程访问与控制。系统可以提供告警和作业流程管理工具,能够实现可靠的系统访问安全控制,同时还可以提供线路维护、地理信息、统计报告等详细的报表。

1.2 铁路通信自动监测系统节点部分设计

本系统设计之初确定了系统的设计目的为铁路调度、列车行车及整个铁路通信监测系统服务。设计的原则主要包括高可靠性、可实时扩展、性能稳定、具有升级接口、操作简单、维护方便等。本部分为通信监测系统中的管理系统,该部分对于光纤通信中的自动监测的信息进行管理与调度,完成其监测的最终目的。本节点部分的设计在模块上主要包括通信接口部分、计算机处理部分以及人机界面部分,下面分别对这几部分进行相关探讨。

通信接口的设计在自动监测系统的设计中占有很大的比例,其主要作用是连接系统的各个模块,使各个模块能够合理地进行功能分配。节点部分作为通信方面的主体和系统控制方面的分系统,其主要功能有状态的实时显示、通信的有效完成、人机对话、系统性能参数的测试与控制、后台数据库链接与支持等。要同时完成这些功能,控制核心必须具备较强的多任务处理能力,在这里我们采用多线程动态控制策略。因为在系统运行期间需要将所有的进程进行在线等待,一旦某方面需要能够及时进行处理,这样就会造成多进程争抢CPU和系统内存的状况,因此我们针对这一要求,采用动态监测和实时分配的策略,当某个进程仅仅处于挂起状态而不是有效状态时就将其所占用的资源自动分配给其他正在进行信息处理的进程,对该挂起进程仅仅在间隔一定的时间后重复进行查询,看是否有任务需要其处理,如果有则重新为其分配资源。这样就可以最大限度的利用CPU的处理能力[4]。

1.3 铁路光纤通信自动监测系统软件设计

本部分的软件设计主要包括作为载体-光纤自动监测的软件设计和作为节点的列车控制室和车站调度室的综合管理部分软件设计。在我们的软件的设计平台中采用的是VC++语言,其具体的主程序流程图如图1所示。

从图中可以看出,本系统的软件流程具有一定的反馈功能,首先是程序进行初始化,然后各个监测模块开始运转对系统状况进行实时监测,并将监测的数据通过光纤同时传到近处的控制节点和远处的总控制系统,如果显示一切正常,则系统不断地进行状况数据采集与实时显示,若系统中光纤传输部分或节点通信部分出现问题,则及时启动问题处理模块,这个模块的启动分两种情况,一种是有人控制的较严重问题的处理,另一种是实时的处理,如某光纤的信息传输负荷太高,则系统自动将某些信息转移到别的光纤路径进行传输,如果一切恢复正常则系统继续以在线监测和实时显示为主。

2 铁路通信自动监测系统的仿真实验及分析

在进行完简单的软硬件设计后,我们对其进行了仿真实验,以此来验证系统的有效性。光纤沿铁路铺设,其径路比较明确,由于铁路有准确的里程和明显的里程标,因此对埋设其旁的光纤来说这些设备是天然的坐标轴,能够为定位光纤起到很好的参照作用[5]。我们的系统在测试的过程中并不将这些定位系统加入,而仅仅将这些坐标作为验证我们的系统有效性的依据。

在仿真过程中将系统接入到整个光纤网络中,测试人员通过节点远程显示系统来掌握整个光纤通信监测网络的状态,并根据系统中的严重破坏或网络阻塞状况对系统进行硬件修复或信号转发。我们进行了三组测试,测试的具体设置为:采用五根100m到500m不等的光纤网络连接五个代表列车控制室和车站调度室的节点,在其中某一节点上设置我们所设计的自动监测系统,通过人为的破坏模拟正常情况下的光纤、节点通信问题。以显示设备上的显示结果为依据,使其与实际的操作进行比较。

通过一系列测试,我们得到了相关的测试数据。进行的三次测试中两次为光纤本体的破坏,一次为节点的破坏,通过拟合平均,我们得到的自动监测数据与实际的距离破坏误差为1.2%。

通过分析可知影响测试误差的原因有四个:1)光纤长度与光纤皮长不同。由于光纤制造长度有限,因此在一个增益段内需要接续,而每一个接头需将两端的光纤外护套开剥1m,这样光纤就会比光纤皮长多2m。如果接头多则累计的偏差会更大。考虑到光纤在敷设工程中承受拉力和侧压力应尽量小,生产厂家往往将光纤内的松套光纤及骨架型光纤做成层绞型。这种结构会使得100km的光纤线路中光纤比皮长约长200m;2)直埋光纤的长度与地面长度存在误差。直埋光纤在坡度大于20°、坡高大于30m的山坡上会采用“S”形敷设,再加上光纤的自然弯曲、特殊地段的盘留和光纤接头坑内的预留等,会造成地面长度与直埋光纤的实际皮长存在着较大偏差;3)架空光纤与杆路长度之间存在着偏差。光纤杆路基本上是50m一档的杆档长度,再加上光纤在每根电杆上预留20～30cm以及架空光纤本身自重引起的垂度长度、光纤接头两边电杆上预留的10～12m部分,每一杆档的光纤长度平均要比杆路一档长度多0.8m左右;4)单向测量误差。光纤的模场直径影响后向散射时会遮蔽接头的真实损耗。如果单向测量,则会因具有失配模场直径的光纤引起的误差可能比内在接头损耗自身大得多。所以要想提高监测精度必须在监测的设计中将这些现实问题考虑进去,比如设计成双向监测或网络化监测模式,通过多终端监测的方式来消减这些因素对于监测精度的影响。

3 结论

铁路系统的通信问题对于铁路的安全运行具有至关重要的作用,目前的铁路通信以光纤作为传输介质。通过一根根光纤将各个车站控制室及列车联系在一起,目前的列车通信以无线通信为主,但这种无线通信是以附近的以光纤为基础的基站为基点,因此也可以看成是光纤将列车控制室与车站调度室进行了连接。因此光纤及各个节点的实时状态的监测问题就成了近年来研究的热点,本文在这个背景下对铁路通信监测系统进行了设计与模拟仿真,从仿真结果上看本系统在自动监测的可靠性上还是比较高的,平均达到1.2%的误差率。由于成本等因素,本文所设计的系统并没有进行更多的测试,因此在下一步的研究中,这将成为研究的重点内容。

参考文献

[1]陈玲,李毓才,刑智明.铁路移动信息传输安全平台的设计与实现[J].中国铁道科学,2007,28(3):126-129.

[2]李毅力,李辉,蒋志勇.提高移动信道可靠性的编码方法和数据通信协议[J].中国铁道科学,1998,19(3):82-93.

[3]Wonfor A.Yu S.Penty R Novel Constant Output PowerControl of a Se.miconductor Optical Amplifier BasedSwitch[A].CI EO.Laser and Electoro-Optics TechnicalDigest[C].USA:Institute of Electrical and ElectronicsEngineers Inc,2001:43-44.

[4]郑玉甫,肖强,张春玲,安小景,肖莎.SOA实现光纤通信链路的自动交换设计[J].中国铁道科学,2006,27(3):126-129.

光纤技术及其应用 第10篇

光导纤维是光通信的传输材料,是由香港中文大学前任校长高锟发明的。在玻璃纤维中传导的不是电信号,而是光信号,故称其为光导纤维。光导纤维是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。

1870年,英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验:让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出,以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现,细光束不是穿出这股水流射向空气,而是沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。

光导纤维正是利用光的全反射原理制造的。1966年,高锟发表了“光通讯”基础理论,提出以一条比头发丝还要细的光纤代替体积庞大的千百万条铜线,用以传送容量几近无限的信息,他计算出如何使光在光导纤维中进行远距离传输。这项成果最终促使光纤通信系统问世,为当今互联网的发展铺平了道路。它的基本原料是廉价的石英玻璃,科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝,然后再包上一层折射率比它小的材料。只要入射角满足一定的条件,光束就可以在这样制成的光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端,而不会在中途漏射。科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信。一根光导纤维只能传送一个很小的光点,如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束,并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应,就可做成光缆。用光缆代替电缆通信具有不可比拟的优越性,比如20根光纤组成的像铅笔粗细的光缆,每天可通话7.6万人次,而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆,每天只能通话几千人次。

光纤传导光的能力非常强,利用光缆通讯,能同时传播大量信息。例如一条光缆通路同时可容纳10亿人通话,也可同时传送多套电视节目;光纤的抗干扰性能好,不发生电辐射,通信质量高,能防窃听。光缆的质量小,不怕腐蚀,铺设也很方便,因此是非常好的通信材料。

光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命,与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的三大通信技术。进入21世纪后,由于因特网的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离)光波传输系统和网络有了更为迫切的需求,现在美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路,而致力于发展光纤通信。最新报告数据显示,2009年全球光纤用户数增长率将超过32%,今后几年,光纤用户还将继续以接近30%的速度增长,到2013年,全球光纤连接家庭将达到1.3亿户。我国光纤通信也已进入实用阶段。我国自行研制、生产、建设的世界最长的京汉广(北京、武汉、广州)通信光缆,全长3047公里,已于1993年10月15日开通,标志我国已进入全面应用光通信的时代。2009年上半年,国内光纤需求量首次超越美国,成为全球最大的光纤需求国。

光纤已成为信息社会的基础,正改变着我们的生活。光纤技术除了在通信方面的应用外,在医学检测领域、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、大型建筑物的结构检测、航天航空领域光纤陀螺技术、超高压输电线电流检测、潜艇声呐制造、火炮的激光控制等方面还有广泛应用,因此光导纤维被人们誉为信息时代的神经。

基于光纤通信技术 第11篇

关键词：围岩应力监测,光纤光栅,布拉格光栅

0引言

目前,我国煤矿顶板的安全隐患相对突出。顶板事故是影响煤矿安全生产的重要因素,长期以来一直没有得到有效控制。现有的矿山巷道围岩监测所使用的监测方法多采用机械式监测传感器、液压式监测传感器、电磁式监测传感器或有源在线式监测方法［１］。这些方法存在以下技术问题:监测内容单一,监测数据少;采用人工间断观测和采集;监测结果滞后,不能实时监测;监测数据离散,监测信息不完整;易受电磁干扰和外界环境干扰;不防潮,可靠性低,使用寿命短,无法满足巷道围岩应力的长期监测要求。光纤布拉格光栅传感器具有无源特性, 且传输距离远、精度高,已被广泛应用于土木工程领域。因此,本文将光纤光栅传感技术应用于围岩应力实时监测［２－５］。

1光纤光栅传感特性分析

将布拉格光栅刻入光纤中,即被称作光纤布拉格光栅。由于光纤材料具有能够折射紫外光敏的特殊性质,光纤布拉格光栅能够在光纤上产生一个光波导结构,使其成为光纤波导器件［６－７］。通过光纤布拉格光栅传输的光波就具有了光栅效应,即光波在传输过程中产生的透射光谱与反射光谱均发生了规律性的变化。光纤布拉格光栅的结构与反射特性如图1所示。

光纤工作的基本原理是基于光的全反射现象, 当一束光注入光纤光栅时,只要满足布拉格条件就会产生有效的反射。反射光的峰值波长称为布拉格波长,在单模光纤中,布拉格中心波长λＢ为

式中:nｅｆｆ为有效折射率;Λ 为光栅的周期。

由式(1)可知,布拉格光栅反射后的中心波长 λＢ的值是由nｅｆｆ和Λ 的大小决定的,而nｅｆｆ和Λ 的值容易受到外界温度及外力变化的影响,它们会导致布拉格光栅的栅格距离发生改变,从而使进入光栅后反射回来的中心波长改变。

当作用在光纤布拉格光栅的应力发生变化时, 会导致光栅的间距大小发生变化,其反射光的中心波长λＢ也会相应地发生改变,此时光纤布拉格光栅的中心波长变化式为

式中:ΔλＢ为光纤光栅中心波长变化值;Pｅ为光纤有效弹光系数;Δε为光纤的轴向应变。

当作用在光纤布拉格光栅的温度发生变化时, 会导致光栅间距和纤芯的折射率nｅｆｆ发生变化,光纤布拉格光栅反射光的中心波长λＢ也会相应地发生改变,此时光纤布拉格光栅中心波长的变化式为

式中:α为热膨胀系数;ζ为热光系数;ΔT为光纤温度变化。

在应力应变和温度作用下,受到弹光效应和热光效应的影响,布拉格光栅的中心波长λＢ发生漂移,即

在应力监测过程中,为了防止温度变化对监测结果产生干扰,可采用相同温度条件下的光纤光栅温度,以克服温度所产生的干扰,使得监测的数据可靠性更高［８－９］。

2光纤光栅钻孔应力计结构设计与力学分析

2.1硬件设计

光纤光栅钻孔应力计结构简单,易于安装。其主要包括锥形防退套、光纤光栅应变体、尾部导向杆、光纤出线口、光纤尾纤和光纤接线头等,光纤的一端与光纤光栅传感器相连,另一端连接到光纤光栅静态解调仪上。光纤光栅钻孔应力计实物如图2所示。

2.2软件设计

光纤光栅钻孔应力计软件系统采用C/S(客户机/服务器)模式设计。服务器程序和数据库管理系统(Database Management System,DBMS)部署在服务器计算机上,组成专家系统的服务器部分。服务器通过以太网连接光纤光栅解调仪主机,获得光纤传感网络的传感器监测数据。

客户端监控程序可以在不同的计算机上部署多套,可使多人在不同计算机上同时监测。客户端程序通过TCP/IP协议,从服务器获得实时监控数据和数据库系统中的数据。软件系统总体结构如图3所示。

2.3光纤光栅钻孔应力计测试

为标定光纤光栅钻孔应力计的参数及性能,采用数显式压力试验机对光纤光栅钻孔应力计进行加载和卸载测试。加载设备是1 000kN数显式压力试验机,测试仪器选用光纤光栅解调仪器,将光信号解调为数字信号上传至监控主机。光纤光栅解调仪主要技术指标:对围岩应力与钻孔受力状波长精度为1pm,扫描范围为1 520~1 580nm。测试时从2 MPa开始加载,加载距为1 MPa,加载到30 MPa后停止加载,压力与波长应变变化关系如图4所示。 经线性回归分析可知,压力传感光栅中心波长应变变化x与压力y的关系为y =0.010 3x２- 27.899x-0.053 1。

3基于光纤光栅的围岩应力监测系统

基于光纤光栅的围岩应力监测系统如图5所示,包括地面和井下2个部分。地面部分包括光纤光栅解调仪和计算机数据处理系统;井下部分包括围岩监测装置,通过光纤与矿用传输光缆将监测装置连接至地面光纤光栅解调仪。

利用光纤光栅对围岩应力进行监测的工作原理:钻孔应力计在围岩应力的作用下,由于所承受的应力发生变化,导致光纤光栅的中心波长产生漂移, 通过光纤光栅解调仪及计算机处理,得到围岩应力的相对受力状态。

系统安装步骤:1在煤矿井下巷道围岩中钻孔,钻孔直径比光纤光栅测力装置的直径大3~ 5mm,钻孔长度依据设计要求而定。2将钻孔的顶部装入锚固剂,迅速将钻孔应力计推入钻孔中,在推进钻孔应力计的过程中,应使钻孔应力计与锚固剂充分接触,便于锚固。3将光纤连接头引出钻孔的外部并与光纤连接,将钻孔用水泥砂浆封孔。 4将光纤光栅钻孔应力计的光纤连接头与光纤连接,然后连接光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪连接头与解调仪连接。5通过光纤光栅解调仪探测波长的变化,将波长变化信号解调并传输至计算机,计算机上的数据处理软件计算各个测点的应力状态。

计算机安置在地面控制室,是在线监测系统的控制中心。计算机安装光纤数据处理软件,实时显示监测画面,并保存监测数据,进行应力预警预报。 通过该系统可测出围岩应力状况的实时变化,获得变化规律,实现在线监测,为巷道围岩的稳定性和安全性提供合理依据,针对性地采取措施预防巷道围岩灾害的发生。

4光纤光栅围岩应力监测实例

沙曲矿位于山西吕梁地区柳林县境内,河东煤田中段,吕梁山背斜两翼,矿区大致呈北西-南东向弧形,长约22 km,宽为4.5~8 km,面积为128km２,矿区煤炭资源丰富,煤质优良。沙曲矿主采煤层瓦斯含量较高,矿井瓦斯涌出量较大,属高瓦斯矿井。

按照沙曲矿煤岩层的地质赋存特征布置监测位置,在14301轨道巷设置2个测站,测站1位于距上山350m处,测站2位于距上山600m处。每个测站均安装6个光纤光栅钻孔应力计,左帮、右帮各安装3个光纤光栅钻孔应力计,距煤壁分别为1,3, 5m。

2015年2月3日测站1、测站2的监测数据变化曲线如图6所示,相应数据见表1。由图6可知, 测站1围岩相对应力最大值在左帮,为3.93 MPa; 测站2围岩相对应力最大值在左帮,为5.81 MPa。 由表1可知,煤体应力值随测点深度增加而增大,这是由于巷道空间自由面的产生,使巷道围岩处于卸压状态,越靠近巷道表面,煤体卸压程度越大,应力值就越小。由于测点距离工作面较远,还未受工作面超前应力影响,测值未有较大变化。通过对围岩应力实时监测,掌握了围岩的应力的变化,为研究巷道围岩应力场及其变形破坏机理提供了基础数据。

5结语