基于電力通信維護的光纖識別儀

萬 琪，趙 晨，李夢婷，萬 軍

（云南電網有限責任公司紅河供電局，蒙自 661100）

該線纜識別裝置通過3G無線網絡在機房與測試人員進行通信，鑒別器輸出的出線纜的聲音信號實時傳輸到測試人員的手機上，僅需一名維修人員。能達到光纖識別的目的。光纖識別儀器的開發和應用將成為維修人員非常方便的檢測工具，為光纖維修提供方便的手段。目前，基于無線通信光纖識別設備在整個生產過程中是第一次，并密切結合實際使用，可以大大減少光纖的維護和維修時間，降低工程造價的建設和管理，極大地提高工作效率。該系統具有廣闊的發展空間和技術推廣。

1 光纖識別儀的工作原理

光纖鑒別器的目的是確定是否檢測到光信號通過光纖光纖在不影響正常通信，和區分的光信號傳輸方向光信號和調制頻率（如果調制光信號），以便區分光纖。不管光纖是否正常工作，都會檢測到斷裂的光纖。它是維護光纖通信網絡、保證正常通信的重要工具。

光纖識別器的工作原理如圖1所示。In1和In2是兩個光學傳感器，以一定角度放置在兩個平面上。通過機械裝置將檢測到的光纖放置在In 1和In 2的兩個平面上。根據理論分析和實驗結果，當光信號的方向如圖所示時，In 2中檢測到的漏光信號比1強，光敏傳感器檢測到的光信號被放大，被嵌入。系統的AD轉換器轉換為數字信號，CPU識別兩個數字信號的大小，判斷信號是否通過光纖。信號傳輸方向在嵌入式系統中有一個鑒別器，用于分辨光纖中信號的調制頻率。

圖1 檢測示意圖

2 光纖識別儀的應用

光通信測量技術作為一種電磁波，給人們的生活帶來了極大的便利。光通信光波是短波。波長為微米，頻率為1014。頻率是普通微波范圍的100倍以上，通信能力是微波通信的100倍以上。事實上，許多研究人員長期以來一直試圖利用光信號來傳輸聲音。

2.1 光纖識別儀的測試原理

光學鑒頻器的原理非常簡單。它將兩個光學探測器封裝在一個固定的傳感器底座中。這兩個傳感器之間有一定的角度。以3M9000系列光纖識別器為例，角度為169度。當光來自光時，探測到的光纖被光電探測器以某種方式固定。在傳輸光纖側，兩個光電探測器檢測光電信號，放大信號并將其發送到嵌入式系統的轉換器。光電信號被轉換成數字信號。兩個數字信號之間的差異可以通過內置的CPU和相應的程序來確定。傳輸方向是否有信號傳輸。絕對光功率或相對光功率損耗由一段光纖測量。在光纖系統中，光功率的測量是最基本的。像電子測功機一樣，光功率計通常用于光纖中的重載測量。光纖技術人員需要幫助。通過測量發射機或光網絡的絕對功率，光功率計可以用來測量光終端設備的性能。光功率計和穩定光源的結合可以用來測量鏈路損耗、檢查連續性以及幫助估計光鏈路的傳輸質量。已知的功率和波被傳輸到光學系統。光纖系統的光損耗可以通過將穩定的光源與光功率計結合起來進行測量。對于現有的光纖系統，發射機可以用作穩定的光源。如果終端不工作或沒有終端，則需要單獨的穩定光源。穩定器的波長應與系統終端的波長相同。通常在系統安裝后測量端到端損耗，以確定連接損耗是否滿足設計要求，如連接器損耗、結損耗和光纖損耗。技術人員可以在兩端成功地使用經濟的組合光度計，一端是穩定的光源，另一端是光功率計。

2.2 光纖彎曲損耗的基本原理

光纖本身就是一條通信線路。通信線路靈活靈活，是理想的通信選擇。由于這種特性，光的傳播路徑發生了很大的變化，允許光從芯部穿透到包層。光纖軸向傳輸常數P滿足n2k0＜β＜n1ko。當光纖彎曲時，光在光纖的彎曲部分中傳播。如果將相同相位的電場和磁場保持在同一平面上，則外側的傳輸速度將快于內側的傳輸速度。在一些彎曲點，速度將超過光速，這意味著光纖的傳輸模式將改變。輻射模式。光纖傳輸功率是光束損耗的一部分，光纖損耗是光纖彎曲損耗的主要原因。

3 設計要求及實現方法

為了快速準確地識別光纖線路而不中斷通信，為了確定是否存在通過光纖的光信號和光信號的方向，以及識別模塊，我們提出了以下設計要求信號。在1550 nm處的靈敏度大于-50 dBm。它由9V堿性電池供電長達8小時。它將自動關閉，而不運行5分鐘。系統采用嵌入式系統，體積小，處理速度快。響應時間短，功耗低。兩個光電探測器將光信號轉換為電流信號，通過放大電路放大并轉換為電壓，然后發送給ADC，并將ADC的輸出信號發送給MCU進行比較。頻率采集電路用于檢測頻率，然后由顯示輸出單元輸出。系統結構圖如圖2所示：

圖2 系統結構圖

CPU微控制器是系統的核心。主要負責整個系統的模式選擇、數據采集、處理、輸出等工作。采用PHILIPS P87LPC764單片機，節省外部資源，低功耗。高可靠性單片機采用80C51加速處理器結構，指令速度是80C51標準CPU的兩倍。P87LPC764是一個20引腳封裝的微控制器，提供內部EPROM、內部復位電路、內部電源故障檢測、內部看門狗、內部比較器和鍵盤中斷。高低速晶體振蕩器和RC模式，可編程，寬工作電壓范圍，可編程I/O線輸出模式選擇，可選施密特觸發器輸入，LED輸出，全雙工通用異步收發器和I2C通信接口。它適用于許多需要高集成度和低成本的應用。由于EPROM的功耗檢測，看門狗和比較器以及功耗都很大。錯誤處理增加了電路的功耗，而P87LPC764通過設置EIVM寄存器來減少微控制器時鐘，從而允許微控制器降低頻率以節省功率。添加一些中斷源以喚醒芯片到適當的斷電模式光纖標識符主語句。P8LPC764引腳配置：

P 0：解碼器解碼信號輸出；

P 0.1：DAC芯片選擇信號；

P 0.2：DAC和ADC時鐘信號；

P 0.3：ADC芯片選擇信號；

P 0.4：ADC輸出和DAC輸入；

P 0.5，IT1：電源管理信號；

P 0.6、P 1.6：CD4051通道選擇；

T1：電池報警；

SCL，SDA：PCF857控制；

P1.6，P1.7：揚聲器控制。

系統的輸入由光電探測器轉換為電流信號，光的檢測由光電子量子轉換完成。光電探測器的平均電流和入射光的平均值由給定波長的光照射。這個比率稱為響應性或響應性。它是由輸入光功率以A/W或uA/uW為單位產生的平均輸出電流。由不同材料制成的光電探測器對不同波長有不同的響應。用硅（Si）材料制成的光電探測器適合于探測短波長光，而用鍺和銦鎵砷（InGaAs）材料制成的光電探測器對長波光有很好的響應。目前，用于通信的光的波長是1550nm和1330nm，系統使用InGaAs PIN光電二極管。

由于光纖的泄漏非常微弱，只有nA電平，必須采用高性能運算放大器來形成負反饋微信號放大器。該系統采用三級放大電路。在第一級I/V轉換器的放大器電路之后，信號被放大到mV電平，然后被電路的最后兩個級放大，輸入信號被轉換到0到5V的標準電平，然后AD執行轉換。為了防止設備在強光下因光電流過大而燒壞。該系統采取多種措施。首先，在第一級放大器電路的反饋電阻上與反饋電阻并聯形成二極管。另外，整個放大器電路的輸出信號被用作負反饋電壓。整個放大器電路的開環截止頻率約為2.5kHz，低于2kHz的信號增益范圍可以從十分之一英里到超過一英里的百分之一。另外，為了減小噪聲干擾和溫度漂移的影響，偏置放大器電路采用D/A輸出。

高精度小信號測量，模數轉換電路ADC，選用LT公司的高精度12位順序快速AD轉換器LT1293。LT1293使用LTCMOS開關電容技術來執行12位單極轉換和11位符號轉換。芯片的模數轉換時間不超過12μg。ADC將放大電路的放大信號轉換成單片機進行處理，為單片機提供內部參考電壓。LT1293可以工作在節電模式，是電池供電系統應用的理想選擇。采用高性能鎖相技術形成微弱信號頻率檢測器，檢測調制信號。頻率采集電路由解碼芯片和模擬通道CD4051組成。單片機控制頻率采集電路選擇頻率，與輸入信號進行比較，并將比較結果發送給單片機進行處理。

DAC電路的主要功能是將兩個模擬輸出發送到兩組放大器電路，以消除噪聲和減少噪聲干擾。電源管理尤其重要，因為該系統是電池供電的手持系統。這是一個專門設計的電源管理電路和電源監控電路，用于管理電力，節約用電，監控供電。該電路包括D觸發器電路、MAXIM穩壓器芯片和P溝道MOSFET IRFD9120等芯片。該穩壓芯片可以產生標準的5V電壓并監測電路的電壓。當電壓低于期望值時，產生警報。電源在運行過程中由單片機控制。不操作，請關掉電源，省電。

4 光纖識別系統在實際應用中的性能

設計了一種250 mm的ODSMF光纖。光纖識別器工作在1550nm，最大彎曲損耗為1.5db，光纖波長為1310nm，最大彎曲損耗為0.5db。對于位移m 900的ODSMF光纖，最大彎曲損耗在1550nm處為2.5dB，在1310nm處為0.8dB。對于3 mm ODSMF光纖，1550 nm處的最大彎曲損耗為3.5。在dB，最大彎曲損耗為1 dB，在1310 nm。光纖工作溫度在0～40℃之間的在線測量不會影響正常的光纖通信。實際檢測靈敏度如表1所示。損耗值完全滿足設計要求。同時，330Hz、270Hz、1kHz和2kHz調制頻率的檢測靈敏度在-24dbm以上。

表1 光纖識別儀檢測靈敏度表

5 結束語

本文在總結現有光纖識別研究成果的基礎上，基于光干擾理論和光纖傳感技術，建立了一套完整可行的基于效果的光纖識別儀設計方案，并對整個系統的模塊進行了比較。綜合的理論分析和實驗研究，為光纖識別設備的開發提供了簡單、方便、低功耗、高可靠性、經濟、實用等方面的理論和實踐參考。識別放在遠端光纖通信光纖，通過光纖環遠程操作員手動方法用于檢測和識別目標光纖，操作簡單，價格低廉，光纖沒有損傷，良好的應用前景。