信號光纖傳輸系統(tǒng)及其在工業(yè)中的應(yīng)用研究

曾康時?李蛟?鄧琨蕾

摘 要：信號光纖傳輸系統(tǒng)有著良好的抗干擾能力，近年來，隨著信號光纖傳輸系統(tǒng)研究成果的不斷豐富，越來越多的企業(yè)將其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，為工業(yè)生產(chǎn)活動帶來了極大的便利。本文將在對信號光纖系統(tǒng)的內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，就信號光纖傳輸系統(tǒng)在工業(yè)場所中的應(yīng)用提出一些方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：信號光纖傳輸系統(tǒng);工業(yè);應(yīng)用

通信向大容量、長距離的方向發(fā)展已經(jīng)是必然的趨勢，光纖通信以其高帶寬的優(yōu)勢正在逐漸發(fā)展為通信網(wǎng)的主體。特別是近些年來，各種工業(yè)企業(yè)業(yè)務(wù)量迅猛增加，業(yè)務(wù)間的融合不斷加強(qiáng)，光纖通信系統(tǒng)作為信息傳送的載體必須能夠承載不同類型的數(shù)據(jù)信號。在此基礎(chǔ)上，積極了解信號光纖傳輸系統(tǒng)，并將其合理應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)有著極強(qiáng)的必要性。

一、信號光纖傳輸系統(tǒng)概述

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

工業(yè)場所環(huán)境相對復(fù)雜，利用普通電纜進(jìn)行信號傳輸不但實(shí)現(xiàn)難度較大，通常也容易受復(fù)雜的外在環(huán)境的干擾，而信號光纖傳輸系統(tǒng)由于有著良好的抗干擾能力，而在近年來的工業(yè)場所控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

二、信號光纖傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

無論采用何種傳輸方案，信號光纖傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)均是相同的，如圖1所示，信號光纖傳輸系統(tǒng)由視頻、音頻、數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和光纖組成。

圖1 信號光纖傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

三、信號光纖傳輸系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)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(jī)直接傳輸模擬信號傳輸?shù)念l率定為1MHz，通過分析發(fā)現(xiàn)，這個頻率值可以通過光端機(jī)來進(jìn)行傳輸，對該工方案各類設(shè)備、材料用款進(jìn)行計(jì)算，得到總費(fèi)用6000元。通過光端機(jī)直接傳輸模擬信號的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(diǎn)：傳輸?shù)馁|(zhì)量受溫度的影響很大，在進(jìn)行多種信號傳輸?shù)臅r候，發(fā)生相互干擾，影響傳輸效率，還有不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生，這種解決方法較適用于信號較少，溫度變化不大地區(qū)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(jìn)行傳送，不再用模擬信號傳輸，傳輸方式是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸。使用的傳輸設(shè)備主要為數(shù)字光端機(jī)，其他的傳輸設(shè)備與第一種方案相同，傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)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(shè)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(jìn)行多路傳輸，環(huán)境溫度影響小，傳輸穩(wěn)定的脖頸，從價格來看，第二種方案還需要增加逆流轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器等模塊，增加了實(shí)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(zhuǎn)換成數(shù)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(shù)字光端機(jī)，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(huán)境干擾度小、性能穩(wěn)定、使用壽命長、無觸點(diǎn)、保真度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)控制信號傳輸中應(yīng)用最廣泛的光電設(shè)備之一。

信號傳輸網(wǎng)路與第二種方案類似，需要增加逆流轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器等模塊，同時還需要根據(jù)實(shí)際傳輸情況，合理設(shè)計(jì)電路，包括轉(zhuǎn)換與逆轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)原理上更容易和邏輯電路配合使用，實(shí)用性能提高，輸入輸出端的相應(yīng)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(shè)備如6芯多模光纖、逆流轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器等價格參考第一種方案，要增加轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)和安裝，費(fèi)用則根據(jù)實(shí)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(yōu)。

以上三種設(shè)計(jì)方案均有著各自的優(yōu)勢和缺點(diǎn)，在不同的場合下，上述方案具有著不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，總的來說，對于環(huán)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(huán)境相對復(fù)雜的環(huán)境可選擇方案二;對于只是單向傳輸?shù)h(huán)境影響較大的場合可選擇方案三。

四、結(jié)語

綜上所述，模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)對許多復(fù)雜的工業(yè)場所的適用性較高，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的傳輸效果，為工業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)場所的方案，各有優(yōu)勢與缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)按需選擇。

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