信號光纖傳輸系統及其在工業中的應用研究

曾康時?李蛟?鄧琨蕾

摘 要：信號光纖傳輸系統有著良好的抗干擾能力，近年來，隨著信號光纖傳輸系統研究成果的不斷豐富，越來越多的企業將其應用于工業生產現場，為工業生產活動帶來了極大的便利。本文將在對信號光纖系統的內涵與結構進行介紹的基礎上，就信號光纖傳輸系統在工業場所中的應用提出一些方案，以供參考。

關鍵詞：信號光纖傳輸系統;工業;應用

通信向大容量、長距離的方向發展已經是必然的趨勢，光纖通信以其高帶寬的優勢正在逐漸發展為通信網的主體。特別是近些年來，各種工業企業業務量迅猛增加，業務間的融合不斷加強，光纖通信系統作為信息傳送的載體必須能夠承載不同類型的數據信號。在此基礎上，積極了解信號光纖傳輸系統，并將其合理應用于工業生產控制系統有著極強的必要性。

一、信號光纖傳輸系統概述

光纖，全名光導纖維，是一種傳輸光能的波導介質，上世界六十年代，美國科學家發明世界第一臺激光器，光纖第一次進入通信領域，隨后對光纖進行不斷的研究，進入了快速發展階段。相對于普通電纜，光纖有著頻率款、損耗低的優勢，因此，信號光纖傳輸系統憑借其良好的傳輸性能和極低的損耗迅速發展起來。

工業場所環境相對復雜，利用普通電纜進行信號傳輸不但實現難度較大，通常也容易受復雜的外在環境的干擾，而信號光纖傳輸系統由于有著良好的抗干擾能力，而在近年來的工業場所控制系統中得到了廣泛的應用。

二、信號光纖傳輸系統的基本結構

無論采用何種傳輸方案，信號光纖傳輸系統的基本結構均是相同的，如圖1所示，信號光纖傳輸系統由視頻、音頻、數據采集與輸出設備，光電轉換設備和光纖組成。

圖1 信號光纖傳輸系統的基本結構

三、信號光纖傳輸系統在工業中的應用方案

1.方案一

以5公里左右的傳輸距離作為本方案的傳輸距離，通過光端機直接傳輸模擬信號傳輸的頻率定為1MHz，通過分析發現，這個頻率值可以通過光端機來進行傳輸，對該工方案各類設備、材料用款進行計算，得到總費用6000元。通過光端機直接傳輸模擬信號的優點是網絡構建較為簡單，成本低，同時，這種傳輸方式有著自身難以克服的缺點：傳輸的質量受溫度的影響很大，在進行多種信號傳輸的時候，發生相互干擾，影響傳輸效率，還有不穩定現象發生，這種解決方法較適用于信號較少，溫度變化不大地區使用。

2.方案二

第二種方案采用電信號——光信號——光纖傳輸——光信號——電信號的原理進行傳送，不再用模擬信號傳輸，傳輸方式是將模擬信號轉換成數字信號傳輸。使用的傳輸設備主要為數字光端機，其他的傳輸設備與第一種方案相同，傳輸網絡系統的架構與第一種方式相同，第二種方案能有效克服第一種方案傳輸信號相互干擾的弊端，可以同時傳輸4路以上的信號，性能良好的傳輸設備，可以同時傳輸幾百路信號。第二種方案與第一種方案從性能來看要明顯更高，傳輸保真度高，同時進行多路傳輸，環境溫度影響小，傳輸穩定的脖頸，從價格來看，第二種方案還需要增加逆流轉換器、AD轉換器等模塊，增加了實際安裝的工作量，成本比第一種方案高出20%左右。

3.方案三

第三種方案與第二種方案的傳輸原理相同，都是不再使用模擬信號傳輸，傳輸方式是將模擬信號轉換成數字信號傳輸。第二種和第三種方案的不同在于第三種方案采用光電隔離器來代替原有的數字光端機，光電隔離器傳輸原理是以光為媒介傳輸，對輸入、輸出信號有很好的隔離作用，同時具備受外界環境干擾度小、性能穩定、使用壽命長、無觸點、保真度高等優點，是目前工業控制信號傳輸中應用最廣泛的光電設備之一。

信號傳輸網路與第二種方案類似，需要增加逆流轉換器、AD轉換器等模塊，同時還需要根據實際傳輸情況，合理設計電路，包括轉換與逆轉換的全過程，加大了工作量。從工作原理看，第三種方案輸出信號不會影響輸入端，設計原理上更容易和邏輯電路配合使用，實用性能提高，輸入輸出端的相應時間縮短，一般只需要微秒甚至毫微秒。第三種方案從成本來看，增加的光電隔離器需要2對，成本約1000元左右，其他的設備如6芯多模光纖、逆流轉換器、AD轉換器等價格參考第一種方案，要增加轉換電路的設計和安裝，費用則根據實際情況而定，總體而言，第三種方案工作量及成本增加，性能最優。

以上三種設計方案均有著各自的優勢和缺點，在不同的場合下，上述方案具有著不同的經濟技術可行性，總的來說，對于環境影響度較低的場合可選擇方案一;對于對信號保真度要求高且環境相對復雜的環境可選擇方案二;對于只是單向傳輸但環境影響較大的場合可選擇方案三。

四、結語

綜上所述，模擬信號光纖傳輸系統對許多復雜的工業場所的適用性較高，能夠實現理想的傳輸效果，為工業生產與管理工作提供相對可靠的控制平臺。本文提出了三種模擬信號光纖傳輸系統應用于工業場所的方案，各有優勢與缺點，實際應用中應按需選擇。

參考文獻：

[1] 肖江南.光纖信號系統中高效信號處理研究[D].湖南大學博士學位論文，2014.

[2] 郭明輝.寬帶射頻信號光纖傳輸技術的研究[D].浙江大學碩士學位論文，2011.

[3] 王鑫.影響OFDM信號光纖無線傳輸系統性能的若干因素研究[D].湖南大學碩士學位論文，2011.

[4] 鄭勇、李言武.雙向混合信號光纖傳輸系統的設計與實現[J].光通信技術.2013（67）：59-61.

[5] 朱亞鵬、李鴻鵬、霍德強，等.基于AD650的模擬信號光纖傳輸系統的設計[J].計算機測量與控制.2012（6）：1662-1664.