一種新型智能光衰耗器的研制與應(yīng)用

羅彬 楊軍 管委玲 徐佳奇

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司臺(tái)州市路橋區(qū)供電公司 浙江省臺(tái)州市 318050）

光纖通信技術(shù)的問(wèn)世與發(fā)展給世界通信業(yè)帶來(lái)了革命性的變革。光纖通信系統(tǒng)是現(xiàn)代化互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的核心支撐系統(tǒng)之一。我國(guó)于20 世紀(jì)70年代初就開(kāi)始了光纖通信的基礎(chǔ)研究，隨著科技的進(jìn)步，市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信的依賴(lài)越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)的生存性顯得至關(guān)重要，通信發(fā)展和運(yùn)行環(huán)境的變化對(duì)光纖通信提出了更高的要求。尤其是智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，使得光纖通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性在電力行業(yè)有著舉足輕重的地位。

1 傳統(tǒng)光衰耗器的原理、種類(lèi)及不足

1.1 傳統(tǒng)光衰耗器的原理

光衰耗器是一種插入光路中可使光信號(hào)功率按設(shè)定的固定數(shù)值衰減的光器件。它主要用于調(diào)節(jié)光通信系統(tǒng)或測(cè)試系統(tǒng)所傳輸?shù)墓庑盘?hào)的功率，使系統(tǒng)達(dá)到良好的匹配狀態(tài),也常用以檢測(cè)光接收機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。

1.2 傳統(tǒng)光衰耗器種類(lèi)及不足

常規(guī)的光衰耗器主要分為固定型光衰耗器、分級(jí)可調(diào)型光衰耗器、連續(xù)可調(diào)型光衰耗器、連續(xù)與分級(jí)組合型光衰耗器等。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)站內(nèi)光纖通信系統(tǒng)中普遍采用的是固定型光衰耗器。目前市場(chǎng)上的固定型光衰耗器衰減功率在1dB 到30dB 之間，其具有體積小，價(jià)格低廉，使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)光功率過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致誤碼率高，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)斷時(shí)通，甚至?xí)p壞光板或光模塊；當(dāng)光功率過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致誤碼率高，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)斷時(shí)通，通道時(shí)常發(fā)生保護(hù)倒換。由于光衰耗器無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)光衰耗器出現(xiàn)衰耗變化時(shí)，需工作人員前往現(xiàn)場(chǎng)調(diào)換光衰耗器使光功率滿(mǎn)足收光要求，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低下。

2 新型的智能光衰耗器的原理、構(gòu)造

2.1 新型的智能光衰耗器的原理

該新型智能光衰耗器使用帶光電二極管的半導(dǎo)體光探測(cè)器將光能轉(zhuǎn)換為電能，放大后將電信號(hào)通過(guò)已設(shè)定好預(yù)先值的特性曲線調(diào)整模塊控制處理后，再輸出到微電機(jī)光衰耗器整合電路部分生成控制信號(hào)，然后通過(guò)基于 MOMES 芯片技術(shù)制造的光衰耗器來(lái)準(zhǔn)確控制光衰耗器的衰耗量。也就是說(shuō)可以根據(jù)需求將光功率設(shè)定在一個(gè)我們想要的值，即使光衰耗量變化最后也能通過(guò)智能光衰耗器保持穩(wěn)定輸出這個(gè)值，從而保證了光纖通信設(shè)備的正常運(yùn)行。

與傳統(tǒng)的固定型光衰耗器相比，智能光衰耗器的穩(wěn)定性和可控性有效保證了光纖通信設(shè)備的正常運(yùn)行，大大降低了由于光功率過(guò)高或過(guò)低造成的系統(tǒng)誤碼率高、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)通訊中斷、光板及光模塊損壞、通信通道保護(hù)倒換等一系列故障。

2.2 新型的智能光衰耗器的構(gòu)造

智能光衰耗器的結(jié)構(gòu)：1-信號(hào)采集裝置、2-測(cè)量裝置、3-數(shù)據(jù)傳輸處理裝置、4-控制執(zhí)行裝置、5-遠(yuǎn)程控制裝置、6-電控光衰耗模塊、7-分光器、8-光探測(cè)器、9-放大器、10-模數(shù)轉(zhuǎn)換器 、11-數(shù)據(jù)處理比較模塊、12-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、13-基準(zhǔn)頻率發(fā)生器、14-倍頻器、15-基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、16-數(shù)字倍壓器一、17-數(shù)字倍壓器二、18-計(jì)數(shù)器、19-限壓器、20-通信接口模塊、21-鍵控和顯示模塊。具體實(shí)物圖如圖1。

該新型智能光衰耗器的構(gòu)造簡(jiǎn)述如下：

（1）主要分為信號(hào)采集裝置1、測(cè)量裝置2、數(shù)據(jù)傳輸處理裝置3、控制執(zhí)行裝置4 和遠(yuǎn)程控制裝置5 五個(gè)部分。

（2）信號(hào)采集裝置1 包括電控光衰耗模塊6 和分光器7，電控光衰耗模塊6 的光輸入口與輸入光連接，電控光衰耗模塊6 的光輸出口與分光器7 連接，分光器7 與測(cè)量裝置2 連接，測(cè)量裝置2與數(shù)據(jù)傳輸處理裝置3 連接，數(shù)據(jù)傳輸處理裝置3 與控制執(zhí)行裝置4 連接，控制執(zhí)行裝置4 與電控光衰耗模塊6 連接，數(shù)據(jù)傳輸處理裝置3 還與遠(yuǎn)程控制裝置5 連接，電控光衰耗模塊6 是一個(gè)以電壓（0-5V）控制光衰耗量模塊，電壓越高，光衰耗量越大，電壓越低，光衰耗量越小，每個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)一個(gè)光衰耗值。

（3）分光器7 設(shè)置為熔融拉錐型分光器，分光路數(shù)為1 分2，分配精度為90:10-99:1 可調(diào)，這樣分光比可任選，附加損耗低，偏振相關(guān)損耗低，穩(wěn)定性好，體積小。這樣可以穩(wěn)定控制光功率，將輸出的光功率保持在固定數(shù)值，裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)施較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，不存在信息安全問(wèn)題，兼容性好。

（4）測(cè)量裝置2 包括光探測(cè)器8、放大器9 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器10，光探測(cè)器8 可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器10 可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。光探測(cè)器8 的光輸入口與分光器7 連接，光探測(cè)器8 的光輸出口與放大器9 連接，放大器9 與模數(shù)轉(zhuǎn)換器10 連接。放大器9 為高精度自校準(zhǔn)放大器，高精度自校準(zhǔn)放大器具有放大倍數(shù)可設(shè)，放大精度高的放大電路，具備自校準(zhǔn)功能。這樣，分光器7 可以將輸入的1%的光用于測(cè)量，由光探測(cè)器8 將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高精度自校準(zhǔn)放大器放大99 倍，這樣可以把信號(hào)強(qiáng)度放大到相當(dāng)于輸入光的光信號(hào)強(qiáng)度。

（5）數(shù)據(jù)傳輸處理裝置3 包括數(shù)據(jù)處理比較模塊11 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12，數(shù)據(jù)處理比較模塊11 與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12 連接。新型智能光衰耗器的數(shù)據(jù)傳輸處理裝置3 還設(shè)置有基準(zhǔn)頻率發(fā)生器13 和倍頻器14，基準(zhǔn)頻率發(fā)生器13 可以產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)頻率，倍頻器14 可以把控制數(shù)字和基準(zhǔn)頻率相乘的積進(jìn)行升頻輸出，基準(zhǔn)頻率發(fā)生器13 和倍頻器14 連接，倍頻器14 分別與數(shù)據(jù)處理比較模塊11 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12 連接。限壓器19 的限壓電路設(shè)置為4.2V，這樣有利于保護(hù)電控光衰耗模塊6。

（6）遠(yuǎn)程控制裝置5 包括通信接口模塊20 和鍵控和顯示模塊21，通信接口模塊20 與鍵控和顯示模塊21 連接，鍵控和顯示模塊21 與數(shù)據(jù)處理比較模塊11 連接。這樣，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信，經(jīng)過(guò)通信接口模塊20 與鍵控和顯示模塊21 進(jìn)行通信，再和數(shù)據(jù)處理比較模塊11 進(jìn)行通信，通過(guò)鍵控和顯示模塊21，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。同時(shí)，可以將設(shè)定的值如光功率設(shè)定值、控制響應(yīng)速度設(shè)定值、控制光功率精度設(shè)定值等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12 內(nèi)，可以設(shè)定多組數(shù)據(jù)，也可以即時(shí)調(diào)節(jié)使用，這樣就可以對(duì)智能光衰耗器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并查看運(yùn)行時(shí)光功率輸入量的大小。從而提高光衰耗器精確度和穩(wěn)定性，保證通信站現(xiàn)場(chǎng)光設(shè)備的正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 新型的智能光衰耗器的優(yōu)勢(shì)

3.1 新型的智能光衰耗器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

這種新型智能光衰耗器應(yīng)用一種帶有光功率輸出自調(diào)整功能的程控式衰減器，其電路結(jié)構(gòu)中包括帶有光源輸入端及輸出端的可調(diào)衰減模塊及配套驅(qū)動(dòng)電路、以及程控接口電路，在可調(diào)衰減模塊的輸出端增設(shè)由光功率檢測(cè)及處理模塊、以及存儲(chǔ)有預(yù)設(shè)光功率值及配套比較及計(jì)算程序的MCU 組成的光功率調(diào)整模塊，光功率檢測(cè)及處理模塊的輸出端與MCU 的信號(hào)輸入端連接，MCU 的受控端與程控接口電路連接、控制輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的受控端連接。

上述技術(shù)通過(guò)采用閉環(huán)控制的方法，應(yīng)用到光模塊的自動(dòng)化生產(chǎn)線上時(shí)，能夠大大提高光模塊的生產(chǎn)效率，并且其制造成本低，為光模塊的生產(chǎn)廠家節(jié)約了大量生產(chǎn)成本，同時(shí)技術(shù)上具有以下五個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：

（1）在一定范圍內(nèi)有效保證光功率的穩(wěn)定輸出，其范圍可調(diào)，靈活度高。

（2）具備遠(yuǎn)程控制光衰耗器衰耗量的功能，工作人員可通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)定光功率參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)光衰耗器的光信號(hào)衰減量，減少了工作人員處理由于收光功率改變引起故障的消缺時(shí)間，降低了消缺成本，有效提高了工作效率，節(jié)約了工作時(shí)間和人力物力成本。

（3）安裝功率計(jì)可查看運(yùn)行時(shí)光功率輸入量大小，為實(shí)時(shí)監(jiān)控光纖設(shè)備的運(yùn)行工況提供數(shù)據(jù)支持，為光纖設(shè)備的健康狀況生成一份可靠的“體檢報(bào)告”。

（4）采用首先由帶光電二極管的半導(dǎo)體光探測(cè)器將光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過(guò)放大后將電信號(hào)通過(guò)已設(shè)定好預(yù)先值的特性曲線調(diào)整模塊控制處理后，再輸出到微電機(jī)光衰耗器整合電路部分的生成控制信號(hào)的方式，最后通過(guò)基于 MOMES 芯片技術(shù)制造的光衰耗器來(lái)準(zhǔn)確控制光衰耗器的衰耗量，這樣的方法能夠最大程度上減少其他干擾信號(hào)造成的影響，保證衰耗量的精確度和可靠性。

3.2 新型的智能光衰耗器的實(shí)用性?xún)?yōu)勢(shì)

這種新型智能光衰耗器在電力光纖通信系統(tǒng)使用過(guò)程中為公司運(yùn)營(yíng)節(jié)約了大量的人力物力資源，在為公司提高經(jīng)濟(jì)效益方面有著積極作用。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）這種新型智能光衰耗器可以通過(guò)設(shè)定一個(gè)有效值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)收光功率在該值范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)保證光功率的穩(wěn)定輸出，其范圍可調(diào)。解決了當(dāng)收光功率發(fā)生改變時(shí)需要更換光衰耗器這一問(wèn)題，有效降低了因光功率過(guò)高或過(guò)低造成光纖通信設(shè)備如光模塊等的損壞頻率，保證了設(shè)備的運(yùn)行安全，實(shí)用場(chǎng)景見(jiàn)圖四。

（2）本裝置具有遠(yuǎn)程控制衰耗量的功能，工作人員可遠(yuǎn)程修改裝置參數(shù)，無(wú)需人員奔赴現(xiàn)場(chǎng)，減少了人力和交通成本的浪費(fèi)。

（3）可查看運(yùn)行時(shí)光功率輸入量大小，幫助通信運(yùn)維人員實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。

（4）其卓越的穩(wěn)定性和精確度也為光纖通信系統(tǒng)的運(yùn)行提供有力支撐，有效保證光功率在設(shè)定范圍內(nèi)，大大降低了系統(tǒng)誤碼率的風(fēng)險(xiǎn)，減少了由于收光功率偏差造成的光板及光模塊等光元件的損壞，保證了以太網(wǎng)通信通道的暢通，避免了通信通道保護(hù)倒換的故障等。

綜上所述，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這種新型智能光衰耗器的有益效果在于：避免了由于電控光衰耗模塊的非線性控制帶來(lái)的曲線調(diào)整，以及不同光波長(zhǎng)帶來(lái)的控制特性曲線不同，從而造成控制精度不高的問(wèn)題，可以準(zhǔn)確調(diào)整光衰耗器的衰耗量，因些精度更高，更能滿(mǎn)足當(dāng)前通信環(huán)境下對(duì)光纖傳輸精確度的要求；穩(wěn)定性高，裝置運(yùn)行可靠，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；通過(guò)安裝鍵控和顯示模塊，可查看運(yùn)行時(shí)光功率輸入量大小；通過(guò)遠(yuǎn)程控制裝置，可以控制光功率輸出范圍，保證光功率輸出穩(wěn)定，保證通信站現(xiàn)場(chǎng)光設(shè)備的正常穩(wěn)定的運(yùn)行，可以提高工作效率。

4 總結(jié)

光纖通信信號(hào)串?dāng)_小、保密性能好、抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳、尺寸小、重量輕、難于竊聽(tīng)、光纜適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)，備受業(yè)內(nèi)人士青睞，發(fā)展非常迅速，光衰耗器作為光通信必不可少的元件之一在光纖通信發(fā)展過(guò)程中起到了不可替代的作用。隨著“三網(wǎng)融合”、“智能電網(wǎng)”、“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”等一系列發(fā)展戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，無(wú)論是電力通信網(wǎng)絡(luò)，還是在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，保證光通信的穩(wěn)定和精確都尤為重要。

該新型智能光衰耗器穩(wěn)定性高，裝置運(yùn)行可靠，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；通過(guò)安裝鍵控和顯示模塊，可查看運(yùn)行時(shí)光功率輸入量大小；通過(guò)遠(yuǎn)程控制裝置，可以控制光功率輸出范圍，保證光功率輸出穩(wěn)定，保證通信站現(xiàn)場(chǎng)光設(shè)備的正常穩(wěn)定的運(yùn)行，可以提高工作效率。未來(lái)不止適用于電力通信系統(tǒng)，還可推廣至移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)通信、軍工通信等任何使用光纖通信的場(chǎng)所。