基于电力通信维护的光纤识别仪

万 琪，赵 晨，李梦婷，万 军

（云南电网有限责任公司红河供电局，蒙自 661100）

该线缆识别装置通过3G无线网络在机房与测试人员进行通信，鉴别器输出的出线缆的声音信号实时传输到测试人员的手机上，仅需一名维修人员。能达到光纤识别的目的。光纤识别仪器的开发和应用将成为维修人员非常方便的检测工具，为光纤维修提供方便的手段。目前，基于无线通信光纤识别设备在整个生产过程中是第一次，并密切结合实际使用，可以大大减少光纤的维护和维修时间，降低工程造价的建设和管理，极大地提高工作效率。该系统具有广阔的发展空间和技术推广。

1 光纤识别仪的工作原理

光纤鉴别器的目的是确定是否检测到光信号通过光纤光纤在不影响正常通信，和区分的光信号传输方向光信号和调制频率（如果调制光信号），以便区分光纤。不管光纤是否正常工作，都会检测到断裂的光纤。它是维护光纤通信网络、保证正常通信的重要工具。

光纤识别器的工作原理如图1所示。In1和In2是两个光学传感器，以一定角度放置在两个平面上。通过机械装置将检测到的光纤放置在In 1和In 2的两个平面上。根据理论分析和实验结果，当光信号的方向如图所示时，In 2中检测到的漏光信号比1强，光敏传感器检测到的光信号被放大，被嵌入。系统的AD转换器转换为数字信号，CPU识别两个数字信号的大小，判断信号是否通过光纤。信号传输方向在嵌入式系统中有一个鉴别器，用于分辨光纤中信号的调制频率。

图1 检测示意图

2 光纤识别仪的应用

光通信测量技术作为一种电磁波，给人们的生活带来了极大的便利。光通信光波是短波。波长为微米，频率为1014。频率是普通微波范围的100倍以上，通信能力是微波通信的100倍以上。事实上，许多研究人员长期以来一直试图利用光信号来传输声音。

2.1 光纤识别仪的测试原理

光学鉴频器的原理非常简单。它将两个光学探测器封装在一个固定的传感器底座中。这两个传感器之间有一定的角度。以3M9000系列光纤识别器为例，角度为169度。当光来自光时，探测到的光纤被光电探测器以某种方式固定。在传输光纤侧，两个光电探测器检测光电信号，放大信号并将其发送到嵌入式系统的转换器。光电信号被转换成数字信号。两个数字信号之间的差异可以通过内置的CPU和相应的程序来确定。传输方向是否有信号传输。绝对光功率或相对光功率损耗由一段光纤测量。在光纤系统中，光功率的测量是最基本的。像电子测功机一样，光功率计通常用于光纤中的重载测量。光纤技术人员需要帮助。通过测量发射机或光网络的绝对功率，光功率计可以用来测量光终端设备的性能。光功率计和稳定光源的结合可以用来测量链路损耗、检查连续性以及帮助估计光链路的传输质量。已知的功率和波被传输到光学系统。光纤系统的光损耗可以通过将稳定的光源与光功率计结合起来进行测量。对于现有的光纤系统，发射机可以用作稳定的光源。如果终端不工作或没有终端，则需要单独的稳定光源。稳定器的波长应与系统终端的波长相同。通常在系统安装后测量端到端损耗，以确定连接损耗是否满足设计要求，如连接器损耗、结损耗和光纤损耗。技术人员可以在两端成功地使用经济的组合光度计，一端是稳定的光源，另一端是光功率计。

2.2 光纤弯曲损耗的基本原理

光纤本身就是一条通信线路。通信线路灵活灵活，是理想的通信选择。由于这种特性，光的传播路径发生了很大的变化，允许光从芯部穿透到包层。光纤轴向传输常数P满足n2k0＜β＜n1ko。当光纤弯曲时，光在光纤的弯曲部分中传播。如果将相同相位的电场和磁场保持在同一平面上，则外侧的传输速度将快于内侧的传输速度。在一些弯曲点，速度将超过光速，这意味着光纤的传输模式将改变。辐射模式。光纤传输功率是光束损耗的一部分，光纤损耗是光纤弯曲损耗的主要原因。

3 设计要求及实现方法

为了快速准确地识别光纤线路而不中断通信，为了确定是否存在通过光纤的光信号和光信号的方向，以及识别模块，我们提出了以下设计要求信号。在1550 nm处的灵敏度大于-50 dBm。它由9V碱性电池供电长达8小时。它将自动关闭，而不运行5分钟。系统采用嵌入式系统，体积小，处理速度快。响应时间短，功耗低。两个光电探测器将光信号转换为电流信号，通过放大电路放大并转换为电压，然后发送给ADC，并将ADC的输出信号发送给MCU进行比较。频率采集电路用于检测频率，然后由显示输出单元输出。系统结构图如图2所示：

图2 系统结构图

CPU微控制器是系统的核心。主要负责整个系统的模式选择、数据采集、处理、输出等工作。采用PHILIPS P87LPC764单片机，节省外部资源，低功耗。高可靠性单片机采用80C51加速处理器结构，指令速度是80C51标准CPU的两倍。P87LPC764是一个20引脚封装的微控制器，提供内部EPROM、内部复位电路、内部电源故障检测、内部看门狗、内部比较器和键盘中断。高低速晶体振荡器和RC模式，可编程，宽工作电压范围，可编程I/O线输出模式选择，可选施密特触发器输入，LED输出，全双工通用异步收发器和I2C通信接口。它适用于许多需要高集成度和低成本的应用。由于EPROM的功耗检测，看门狗和比较器以及功耗都很大。错误处理增加了电路的功耗，而P87LPC764通过设置EIVM寄存器来减少微控制器时钟，从而允许微控制器降低频率以节省功率。添加一些中断源以唤醒芯片到适当的断电模式光纤标识符主语句。P8LPC764引脚配置：

P 0：解码器解码信号输出；

P 0.1：DAC芯片选择信号；

P 0.2：DAC和ADC时钟信号；

P 0.3：ADC芯片选择信号；

P 0.4：ADC输出和DAC输入；

P 0.5，IT1：电源管理信号；

P 0.6、P 1.6：CD4051通道选择；

T1：电池报警；

SCL，SDA：PCF857控制；

P1.6，P1.7：扬声器控制。

系统的输入由光电探测器转换为电流信号，光的检测由光电子量子转换完成。光电探测器的平均电流和入射光的平均值由给定波长的光照射。这个比率称为响应性或响应性。它是由输入光功率以A/W或uA/uW为单位产生的平均输出电流。由不同材料制成的光电探测器对不同波长有不同的响应。用硅（Si）材料制成的光电探测器适合于探测短波长光，而用锗和铟镓砷（InGaAs）材料制成的光电探测器对长波光有很好的响应。目前，用于通信的光的波长是1550nm和1330nm，系统使用InGaAs PIN光电二极管。

由于光纤的泄漏非常微弱，只有nA电平，必须采用高性能运算放大器来形成负反馈微信号放大器。该系统采用三级放大电路。在第一级I/V转换器的放大器电路之后，信号被放大到mV电平，然后被电路的最后两个级放大，输入信号被转换到0到5V的标准电平，然后AD执行转换。为了防止设备在强光下因光电流过大而烧坏。该系统采取多种措施。首先，在第一级放大器电路的反馈电阻上与反馈电阻并联形成二极管。另外，整个放大器电路的输出信号被用作负反馈电压。整个放大器电路的开环截止频率约为2.5kHz，低于2kHz的信号增益范围可以从十分之一英里到超过一英里的百分之一。另外，为了减小噪声干扰和温度漂移的影响，偏置放大器电路采用D/A输出。

高精度小信号测量，模数转换电路ADC，选用LT公司的高精度12位顺序快速AD转换器LT1293。LT1293使用LTCMOS开关电容技术来执行12位单极转换和11位符号转换。芯片的模数转换时间不超过12μg。ADC将放大电路的放大信号转换成单片机进行处理，为单片机提供内部参考电压。LT1293可以工作在节电模式，是电池供电系统应用的理想选择。采用高性能锁相技术形成微弱信号频率检测器，检测调制信号。频率采集电路由解码芯片和模拟通道CD4051组成。单片机控制频率采集电路选择频率，与输入信号进行比较，并将比较结果发送给单片机进行处理。

DAC电路的主要功能是将两个模拟输出发送到两组放大器电路，以消除噪声和减少噪声干扰。电源管理尤其重要，因为该系统是电池供电的手持系统。这是一个专门设计的电源管理电路和电源监控电路，用于管理电力，节约用电，监控供电。该电路包括D触发器电路、MAXIM稳压器芯片和P沟道MOSFET IRFD9120等芯片。该稳压芯片可以产生标准的5V电压并监测电路的电压。当电压低于期望值时，产生警报。电源在运行过程中由单片机控制。不操作，请关掉电源，省电。

4 光纤识别系统在实际应用中的性能

设计了一种250 mm的ODSMF光纤。光纤识别器工作在1550nm，最大弯曲损耗为1.5db，光纤波长为1310nm，最大弯曲损耗为0.5db。对于位移m 900的ODSMF光纤，最大弯曲损耗在1550nm处为2.5dB，在1310nm处为0.8dB。对于3 mm ODSMF光纤，1550 nm处的最大弯曲损耗为3.5。在dB，最大弯曲损耗为1 dB，在1310 nm。光纤工作温度在0～40℃之间的在线测量不会影响正常的光纤通信。实际检测灵敏度如表1所示。损耗值完全满足设计要求。同时，330Hz、270Hz、1kHz和2kHz调制频率的检测灵敏度在-24dbm以上。

表1 光纤识别仪检测灵敏度表

5 结束语

本文在总结现有光纤识别研究成果的基础上，基于光干扰理论和光纤传感技术，建立了一套完整可行的基于效果的光纤识别仪设计方案，并对整个系统的模块进行了比较。综合的理论分析和实验研究，为光纤识别设备的开发提供了简单、方便、低功耗、高可靠性、经济、实用等方面的理论和实践参考。识别放在远端光纤通信光纤，通过光纤环远程操作员手动方法用于检测和识别目标光纤，操作简单，价格低廉，光纤没有损伤，良好的应用前景。