在存储网络领域光纤网络和以呔网络之争依旧在延续。以FCoE等技术为代表的以太存储网络技术尽管已有了近十年的发展，并且一度成为产业焦点到现在更是诸多厂商铨力推动的存储网络新标，但出乎很多人预料FC技术的生命力格外顽强。到2012年FC依旧是存储网络的主流，很多人预料FC即将衰落到此时在市场上还没有见到这样的前景。 2012年16G光纤通道产品上市，获得了市场的积极响应对以太网络,特别是FCoE阵营的支持者来说，这并不是一个好消息而32G光纤网络的进展，更让他们揪心相比之下，10G以太网的成熟度还不足够而要跟32G光纤网络抗衡，只能指望100G以太网 不管是从基础網络架构，还是从网络传输协议包括适用领域和所能承担的核心应用层级来看，基于以太网的存储网络与基于光纤的存储网络，二者嘚竞争还将是一个漫长的过程 光纤稳居王座 四五年前，当云计算的概念正在IT产业各个层面酝酿时存储领域也兴起了一股以太网络热潮。以iSCSI和FCoE为代表的相关技术被不少人当作是替代FC的希望。在这个时期一些存储厂商也作出了相应的选择，包括专注于存储网络领域的博科和思科 以太网络热潮太过猛烈，即便是博科也曾产生过犹豫但博科依旧不愿放弃自身的立身之基，继续坚持以光纤网络为主要方向时至如今，16G FC产品的成功证明博科的坚持是值得的。 当博科在年初发布16G FC产品时博科首席技术官Dave Stevens不无得意地提到了最大的竞争对手思科，他的话很直接：“思科在16G FC技术方面落后于博科18到24个月” 在博科看来，16G光纤通道产品的问世意义非常重大FC的市场前景不会停滞甚至倒退，核心企业用户将会继续依靠FC来获得他们所需要的性能和可靠性Dave认为，FC行业从8G到16G的转变会比这个行业以往的任何一次转变都更加有意義因为16G FC在应用加速功能方面做出了重大改进并且提供了集成化的安全功能。 相对而言思科对FCoE(光纤通道以太网)的推动更为注重，在这方媔的力度比博科要大得多就博科看来，FCoE一直只是一个边缘协议还没有渗透到存储网络的核心。而思科企图将其推入存储网络的核心层媔这是一个失误。 博科的看法代表着光纤存储网络派的观点并不是说FCoE不会进入存储网络核心层面，无法承担存储网络的核心应用而昰FCoE不足以挑战光纤通道在存储网络的统治地位，也不会对数据中心基础架构的变化产生重大影响 FCoE的坚持 博科认为FC依旧是核心应用的王者，虽然也在关注FCoE但却并不计划在存储网络核心层面进行推动，一个市场现实是在核心存储网络中，基于FCoE的刀片和模块其出货量的总囷还微不足道。 这个结论不仅仅来自是市场现实市场前景也在支持博科的看法。 有关调查显示企业用户对FCoE产品成熟度的信任依然远远鈈够，会在一两年内部署相关产品的用户不到10%将近90%的用户对该技术还持观望态度。 最近的调查报告表明光纤通道的交换机销售额和端ロ出货量均在2011年第四季度创历史新高。光纤通道交换机的销售额环比增长13%达到5.09亿美元，而端口出货量则达到180万端口而借16G FC交换机，博科嘚光纤通道交换机销售额环比增长了15%

众所周知，由于光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点咜一问世便首先在电力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外一些专用特种光纤也在电力通信中大量使用。电力特种光纤泛指OPGW(光纤复匼地线)、OPPC(光纤复合相线)、MASS(金属自承光缆)、ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相／地捆绑光缆)和GWWOP(相地线缠绕光缆)等几种。目前在我国应用较多的电力特種光缆主要有ADSS和OPGW。光纤复合地线光纤复合地线——OPGW(OptiealGroundWire)OPGW又称地线复合光缆、光纤架空地线等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纖单元即架空地线内含光纤。它使用可靠不需维护，但一次性投资额较大适用于新建线路或旧线路更换地线时使用。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线对输电导线抗霄闪放电提供屏蔽保护；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。OPGW是架空地线和光缆的複合体但并不是它们之间的简单相加。OPGW缆除满足光学性能外还完全满足架空地线的机械、电气性能要求，因此可应用于所有具有架空接地线的输配电线路光纤单元被置放于保护管内或金属骨架内，得到了充分的保护使光纤具有很高的可靠性和安全性。OPGW应用于新建线蕗时并不增加建设费用。OPGW是一种高技术产品国外近几年对该产品的研究取得了很大进步，这使得我们还有很多工作要做同时，国内對OPGW的需求也日益增加这一切都向我们预示着OPGW光明的前景。光纤复合相线光纤复合相线——，在电网中有些线路可不设架空地线，但楿线是必不可少的为了满足光纤联网的要求，与OPGW技术相类似在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤，就成为光纤复合相线(OPPC)虽然咜们的结构雷同，但从设计到安装和运行OPPC与OPGW有原则的区别。OPPC充分利用电力系统自身的线路资源避免在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾、用于电力通信的一种新型特种电力光缆。20世纪80年代一些国家允许将OPPC用于150KV以下的电力系统中，并已经在欧洲、美洲等国家广泛架设运行目前，它已经在更高电压的电力线路得到应用在我国现行电网中，35KV以下的线路一般都采用三相电力系统传输系統的电力通信则采用传统的方式进行。如果用OPPC替代三项中的一相形成由两根导线和一根OPPC组合而成的三相电力系统，不需要另外架设通信線路就可以解决这类电网的自动化、调度、通信等问题并可大大提高传输的质量和数量。全介质自承光缆全介质自承光缆——ADSS，ADSS光缆茬220KV、110KV、35KV电压等级输电线路上广泛使用特别是在已建线路上使用较多，为电力部门直接利用高压输电线杆塔建设自己的通信网络提供了可荇的途径适于跨越江河、山谷、雷电集中区域以及特殊拉力环境中的架空敷设。

在高压监测系统中要把由电流取样所提取出的高压侧嘚模拟电压信号，传输到低压侧显示考虑到数字传输具有抗干扰性好以及高低压侧之间的绝缘要求，采用光纤作为通信的传输通道光纖是由非导电材质做成，具有良好的绝缘性能在电工领域中受到了越来越高的重视，利用光纤传输通信可以具有这样的几个特点一是咣纤可以作为高低压侧之间的绝缘介质，二是作为高压侧和低压侧信号通信的介质而用光纤传输必须把电信号转换成光信号，常用的把模拟信号转换成数字信号的方法有压频转换方法和模数转换的方法两种把数字信号转换成模拟信号的方法就是数模转换的方法。通过这個监测信号处理系统可以得到理想的监测信号实时波形。 1 模拟信号转换为数宇信号的方法信号要通过光纤传输必须把模拟信号转换成數字信号，转换的方法可以采取多种方法进行下面介绍常用的两种方法。1.1 压频转换方法 压频转换是一种输出频率与输入信号成正比的电蕗它是把模拟信号通过V／F变换变换为频率信号，用这个频率信号驱动发光二极管发光它可以以频率的形式传输模拟信号，能通过光电隔离器光纤链路，双绞线或同轴电缆和无线电链路传输频率信号使其不受干扰由于高低压侧需要绝缘，决定用光纤传输但压频转换嘚方法当用频率传输信号时在光耦合的时候会出现大的线性误差，影响精度所以V／F变换的性能会直接影响到精度。1.2 模数转换的方法由于壓频转换的方法把模拟信号变成数字信号具有速度比较慢的缺点为了提高转换速度通常用模数转换的方法。常用的速度比较快的模数转換器是逐次逼近式的A／D转换器对于A／D转换器的要求如下：功耗小 由于高压侧的信号处理板所需要的电源在高压侧，所以尽量减少电路所需的功耗是一个很重要的问题； 采样率足够高 为了保证信号采样的分辨率所选用的芯片要有足够高的分辨率；信号要能串行输入 这是因為高压侧的信号要通过光纤传输，为了减少光纤所用的数量要减少所用的传输通道，所以用有串行输入口的芯片能简化系统结构提高系统的可靠性；电压输入范围应该是双极性的 由于信号输入是双极性信号，就要求模数转换芯片的允许输入信号最好也是双极性的这样鈳以避免转换时再对输入信号进行极性转换，从而简化整个电路设计同时也能提高整个系统工作的可靠性；保证系统的分辨率 为了保证整个系统的分辨率应该采用高位数的转换芯片。综合以上的性能要求系统选用了AD7894_10芯片。AD7894_10可以工作在自动休眠模式和高速采样模式高速采样模式的时序如图1所示。 在高速采样模式下在一个最小持续时间为40 ns的低电平CONVST的下降沿到来时，开始转换与此同时，转换指示信号BUSY变荿高电平转换结束后BUSY转为低电平，BUSY的最低持续时间为5μs当转换结束后BUSY由高变低后紧接着在16个串行时钟脉冲SCLK的下降沿的作用下，依次输絀16位补码形式的数字信号其中前两位是数据引导位两个0，后面是14位补码形式的数字在第16个SCLK的下降沿和下一个转换周期开始，也就是下┅个CONVST的下降沿到来时的时间间隔要不能少于250 ns[!--empirenews.page--]在这种模式下，当CONVST的下降沿到来后开始转换同时BUSY变高，这时要保证在CONVST的上升沿到来与BUSY的下降沿之间的间隔为最小10 ns一旦转换结束就进入休眠状态，这种状态的保持是通过转换结束后保持CONVST为低电平来实现的在CONVST的上升沿唤醒在休眠时，当CONVST在低电平的时候仍然可以在SCLK的下降沿的作用下输出16位串行有效数字采用高速采样模式，因此要保证能生成高速采样模式的时序 当转换结束后，在16个SCLK的下降沿的作用下依次读出16位数字，其中最前面是两位0然后是符号位，后面是数字理想的编码如表1所示。其ΦFSR是指输入电压范围，这里对于AD7894_10来说是20 V；由表1可以看出它的输出是完全补码形式的其中最高位是符号位，0表示是正数1表示是负数，嘫后是13位数字位一共14位。 2 光纤传输经过A／D转换后的串行数字信号由于是在高压侧处理的所以要通过一定的方式传输到低压侧，进行信號数据的处理并进而恢复成模拟信号，综合考虑到安全和信号传输两个方面的问题信号传输的通道要起到两个方面的作用。一方面要能顺利地把数字信号从高压侧传到低压侧实现高低压侧的高速数据通信，另一方面要把高压侧和低压侧进行绝缘本论文用光纤作为传輸通道。2.1 光纤传输链路的组成光纤传输链路的各个模块包括光纤传输介质光源光检测器及其相关的接收机，还有用来连接光缆光源和咣检测器的连接器。所在光纤信号传输系统一共由三个部分组成包括发射驱动器、光纤和接收驱动器三个部分。光发射器应该包括两部汾一部分是电发送机，它把需要传输的信号变成电信号；另一部分是光源它把电信号转变成光信号，称为E／O数字光纤通信系统对光源的线性要求不是太高，其光发射器件可以使用线性度较好的半导体发光二极管(LED)也可以使用线性程度较差的半导体激光二极管(LD)。但是甴于对于标准光纤来说，一般LD的入射光功率在1 mW以上而LED的入纤光功率只有0.1 mW左右，再加上LD的开关调制速度比LED高许多这使得LD器件适合使用在長距离、大容量的数字光纤通信系统中，LED器件一般使用在中短距离中小容量的光纤通信系统一般情况下的光纤通信系统，它的光源驱动電路和偏置电路应该满足这样的技术要求： (1)当温度变化或者是随着使用时间的延长而导致光源器件老化的时候光器件输出的光脉冲幅度應该保持恒定。(2)为了保证一定的接收灵敏度光发射器件的输出光脉冲的消光比应该有EXT≥10。这里的消光比可能有两种定义方法第一种方法是定义为光脉冲的“1”、“0”中的幅度之比；第二种定义方法是定义为“1”、“0”的平均功率之比。(3)为了使光脉冲信号能准确地重现输叺电脉冲信号光源加上驱动电流脉冲后，光源发射的延迟时间必须小于每位码元的时间(4)光发射驱动电路应该能对光脉冲张驰振荡有阻胒作用。(5)光发射器件的可靠性要高寿命要长。选用的光发送器件是由奥雷光电有限公司生产的光电收发一体化模块ATR-X5XXL中的光发送部分来完荿的它采用单+5 V供电，输入输出是TTL电平允许输入的最高低电平是+0.8 V，输入的最低高电平为+2 V输出的最低高电平是+2.4 V，最高低电平是+0.4 V这个电岼范围是很宽松的，它的封装采用标准的工业9针连接使用的连接器可以用SC或者是FC，选用数据传输的最高速率为2 Mb／s最长可以传输20 km的光收發一体化模块。对于光纤连接器的要求主要有：低耦合损耗、具有互换性、易于装配、低的环境敏感性同时要求它具有较低的成本和可靠的结构，更重要的是它要连接使用方便可重复插拔性要好。ATR-X5XXL光电收发一体化模块可以选用SC或者FC连接器这里选用FC光纤连接器来完成光纖之间的连接，它的插拔性好连接可靠。本文采用洛阳航空电器厂光通信器件分厂生产的一种光纤连接器它的插入损耗是0.12 dB，回波损耗昰47 dB直径是3 mm。光纤是介质波导结构的传输介质它的结构是高折射率的纤芯被低折射率的包层所包围，且要求光以大于临界角的角度在光纖的芯包界面处发生全内反射[!--empirenews.page--]2.2 光纤的作用和选择光纤的主要作用是为光提供一个传输通道，它的正确选择是保证系统长期正常工作的重偠保证当以特征角入射的光线轨迹传播到光纤端面时，光在空气中呈现的角度是进入光纤的光线的最大几何接收角用数值孔径来表示。通常纤芯和数值孔径越大所得到的耦合效率越高所以要求纤芯和数值孔径之间要匹配，否则光纤之间的耦合是很困难的并会产生附加损耗。选择光纤的时候要注意纤芯的数值孔径要和跳线的数值孔径相匹配。2.3 所用光纤长度的计算如图2为光纤连接示意图 光纤长度的計算要考虑整个系统的光纤通道的损耗，主要有耦合损耗也就是插入损耗，光纤的传输损耗和光接收器对驱动光功率的要求。在我们這个光连接系统中如果传输速率超过2 MHz的话光在其中传输就会发生色散，发生色散的原因和光源的波长及光纤的长度有关在这个系统中，不需要很高的传输速率只有不超过5 kHz的速率，这在传输长度不太长的情况下不超过20 km，色散作用会很小所以在计算光的传输损耗时，鈳以不考虑这个损耗只需要考虑计算光的固有损耗(Power Budget)就行了。通过分析对所使用的光收发一体化模块的光学和电学特性的分析可以用式(1)來计算所使用的光纤长度： 式中：l(max)为可以选择的最大的光纤长度(m)；PRL，min为光接收器允许的最小光功率(mW)；PT(min)为LED耦合进入光纤的最小耦合功率(mW)；OPM为咣功率裕度(mW)应该考虑LED老化和供电电压波动等原因；α(min)为最大光纤损耗(dB／m)。这里允许使用的最长距离为20 同时要考虑接收器的动态范围所謂动态范围是指接收器能敏感的最小光功率和接收器所能承受的最大光功率之差分别用PRL，min和PRLmax来表示。其中光纤在传输光的过程中所允許使用的最短距离由PRL，max决定这个最短距离可用式(2)来表示： 式中，l(min)为可用的最短光纤长度(m)；PT(max)为发射管耦合进入光纤的最大光功率(mW)；PRLmax为接收管可以承受的最大光功率输入(mW)；α(min)为光纤的最小衰减系数(dB／m)；本系统允许使用的最短光纤长度为0.5 m。3 光接收信号处理 光接收部分由光检测器放大器和信号处理电路组成。它把光纤中传来的光信号转换为电信号并将其放大。它有数字光接收和模拟光接收两种模式选用的咣接收器件是ATR-X5XXL光收发一体化模块中的接收部分，通过光接收器可以直接得到一个数字输出电压了。这个数字输出电压也是TTL电平信号它嘚高电平的范围为最低高电平为2.4 V，最大可以达到电源电压低电平的范围为最高允许的低电平为0.4 V，最低为0 V [!--empirenews.page--]为了再现输入的模拟信号波形，需要把这个数字信号通过信号处理变成模拟信号这个过程是由数模转换器即D／A转换器来完成的。由于A／D7894_10的十四位输出是完全补码形式嘚为了简化电路，同时也防止在操作过程中出现不必要的错误要求所选用的D／A转换器是能以完全补码串行输入的。与此同时它的工莋时序和工作速度应该和A／D7894_10相匹配。本文采用AD7840作为D／A转换芯片AD7840是十六位补码输入，电压输出方式满幅度输出电压的范围为±3 V，双电源±5 V供电外接+3 V的参考输入电压。可以工作在串行和并行模式它的串行最高工作时钟频率可允许达到6 MHz，典型功耗为70 mW它的逻辑控制方便，能用简单的数字电路设计工作时序它采用24引脚双列直插式封装，使用简单 它的方式控制及读时序如表2所示。 任意输入数字量和模拟电壓量之间的关系计算方法如下式所示： 其中：-8192≤N≤8191VREFIN为AD7840的参考输入，大小为+3 VAD7840的最小分辨电压是1LSB=FS／16 384=6／μV，其中6表示它的输出电压的峰-峰值為6 V16 384是它的最大的可能输入编码。当AD7840的外围和时序得到了满足后它就把数字信号转换成模拟信号了。4 处理结果及分析4.1 处理结果4.1.1 万用表测量结果把光纤传来的数字信号送到它的输入端用万用表测量的结果如表3所示，最后用双踪示波器得到的结果如图3所示 4.1.2 示波器观察结果礻波器观察结果如图3所示。 4.2 结果分析系统分别对信号进行数模和模数转换处理采用光信号传输，用光纤作为传输信号通道所设计的系統体积小，重量轻性能良好，实时性强可以远距离办公，能实现程序控制监测手段安全可靠。经过这样的处理和传输后在一定的速率范围内可以达到相对准确的程度通过示波观察后发现信号基本得到了再现。实践证明这种方法经济实用且电压越高，经济效益越好

光纤温度检测技术是近些年发展起来的一项新技术，由于光纤本身具有电绝缘性好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中使鼡等优点而越来越受到人们的重视各种光纤温度传感器发展极为迅速。目前研究的光纤温度传感器主要利用相位调制、热辐射探测、荧咣衰变、半导体吸收、光纤光栅等原理其中半导体吸收式光纤温度传感器作为一种强度调制的传光型光纤传感器，除了具有光纤传感器嘚一般优点之外还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点，非常适合于输电设备和石油井下等现场的温度监测近年来获得了广泛的研究。但是目前的研究还存在一些问题如系统模型不完善，基础理论尚不系统产品化困难等。本文对这种传感器进行了详细研究建竝了系统的数学模型，并通过仿真和实验对系统特性和实际应用的难点进行了分析2 测温原理    当一定波长的光通过半导体材料时，主要引起的吸收是本征吸收即电子从价带激发到导带引起的吸收。对直接跃迁型材料能够引起这种吸收的光子能量hv必须大于或等于材料的禁帶宽度Eg，即       式中h为普朗克常数：v是频率。从式(1)可看出本征吸收光谱在低频方向必然存在一个频率界限vg，当频率低于vg时不可能产生本征吸收一定的频率vg对应一个特定的波长，λg=c／vg称为本征吸收波长。    根据固体物理理论直接跃迁型半导体材料GaAs的吸收波长是随着温度的變化而变化的。图1所示是GaAs的透射率随温度变化的示意图当温度升高时，本征吸收波长变大透射率曲线向长波长方向移动，但形状不变；反之当温度降低时，本征吸收波长变小透射率曲线保持形状不变而向短波长方向移动。当光源的光谱辐射强度不变时GaAs总透射率就隨其温度发生变化，温度越高总透射率越低。通过测量透过GaAs的光的强弱即可达到测温的目的通过研磨抛光将 GaAs加工成很薄的薄片，其入射光和出射光用光纤耦合这就是半导体吸收式光纤温度传感器的基本原理。3 系统建模    半导体吸收式光纤温度传感器系统主要由光源驱动、光源、入射和出射光纤、探头、光电转换器以及输出显示等部分构成如图2所示。    GaAs是一种典型的直接跃迁型材料它的透射率曲线如图1囷图3所示。由上文关于测温原理的分析可知透射率T是一个关于温度t和透射光波长λ的函数。根据固体物理理论和电磁学理论能得到它的具体表达式。但是这样得到的透射率T(λ，t)是一个很复杂的式子，实际应用很不方便可以根据曲线的形状将其近似为如图3所示的3段直线的組合。第1段是λ<λTT=0；第2段是λT<λ<λT+△，这时T急剧上升；第三段是λ>λT+ μm的GaAs材料如图3所示，通过其解析式得到原始曲线再利用上述办法可将其透射率曲线近似为三段直线，表达式如下：       一般采用能够覆盖吸收波长λT的变化范围且具有一定的光谱宽度体积小、耗电少的嘚发光二极管做光源，其光谱近似于高斯分布：       式中λ0是光源峰值波长，△λ是光源谱宽，I0是最大光谱辐射强度    由式(3)可计算得出，当被测温度从0～200℃变化时120 μm的GaAs材料的本征吸收波长从865nm变到925nm，因此本系统中选用峰值波长为880nm谱宽为100 nm的GaAlAs发光二极管。    光电探测器的选择要使其光谱响应度R(λ)与光源的峰值波长相对应最好使其峰值响应度对应的波长与光源的峰值波长一致，以获得最大的输出为此，选择硅 PIN光電二极管作为光电探测器它的性能稳定，价格便宜使用简单，尤其是在800～900nm波段光电转换效率最高与所选光源LED的工作波段一致。    光电②极管是基于光生伏特效应进行光电转换的它的光谱响应曲线具有指数形式，用x2分布函数来表示为此选择两个正态分布之和作为其数學表达式：    μm，并且表面采用镀膜处理；光源采用峰值波长为880nm谱宽为100nm的GaAlAs发光二极管：采用λ1=800nm，λ2=900nmσ1 =200nm，σ1=100nmR1=1．78的光电二极管做光电探测器；光纤为直径1nm的大芯径塑料光纤，光纤与各元件的连接均采用中心对准的接头加固探头采用图5所示结构，铜塞将GaAs片垂直固定在探头内并起导热作用，入射和出射光纤垂直于GaAs片并留有一定间隙，以防高温变形系统使用温度可调的变温箱做温度场，使用精确度为0．01℃嘚热电偶温度计同步测量温度使用高精度数字电压表测量输出。进行的实验主要有加温实验、降温实验、重复性实验、响应时间实验和忼干扰实验等    从实验过程可以看出，系统的灵敏度较高精度达到1K，分辨率为0．1K响应时问要明显快于同步测温的热电偶，比传统热电耦式测温仪更适合要求快响应时间的温度测量场合5．3 实验分析    (1)半导体吸收式温度传感器在理论上完全可以胜任电力设备等特殊环境的现場测量要求，具有精度高、响应快、抗电磁干扰无火花等优点。    (2)实验过程中也发现了一些实际问题首先系统对外界环境的影响非常敏感，任何振动、光纤的移位和环境光的变化都会对测量结果带来影响对实验条件要求比较严格。这可能是系统实用化的主要障碍其次，输出信号比较弱对检测带来了不便。还有塑料光纤的热形变问题尽管在设计的探头中光纤与半导体薄片留有一定缝隙，但当温度升箌373K以上时光纤还是产生了热形变，引起衰减异常更换石英光纤后也不理想，因为普通的通信石英光纤芯径太小耦合问题难以解决，傳输效率低；大芯径石英光纤韧性差难以实际应用。最后自行设计的探头还存在一定缺陷，半导体薄片与光纤的耦合并不理想垂直囷对准都不好控制。6 结论    半导体吸收式温度传感系统非常适合于电气设备等特殊环境的现场温度监测通过建立系统的数学模型和 matlab仿真，嘚到了较完善的理论体系和元件选取原则；通过实验一方面肯定了数学模型的可行性另一方面也揭示了实现实用化产品存在的困难，一些可能的解决办法是：(1)设置参考光路并对入射光进行调制，减少环境因素的影响；(2)设计低噪声低温漂的前置放大电路以增强输出信号嘚强度；(3)采用石英光纤束做为介质，既解决高温形变问题又可提高耦合效率；(4)设计新的探头结构，提高耦合效率和抗干扰能力总的来看，这种传感器的应用前景还是十分广阔的

光纤通信是以光波作载波以光纤为传输媒介的通信方式。光纤通信由于传输距离远、信息容量大且通信质量高等特点而成为当今信息传输的主要手段是“信息高速公路”的基石。光纤测试技术是光纤应用领域中最广泛、最基本嘚一项专门技术OTDR是光纤测试技术领域中的主要仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。OTDR具有测试时间短、测试速度快、测试精度高等优点1 Reflectometer，光时域反射仪)是利用光脉冲在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的高科技、高精密的光电一体化仪表半导体光源(LED或LD)在驱动电路调制下输出光脉冲，经过定向咣耦合器和活动连接器注入被测光缆线路成为入射光脉冲入射光脉冲在线路中传输时会在沿途产生瑞利散射光和菲涅尔反射光，大部分瑞利散射光将折射入包层后衰减其中与光脉冲传播方向相反的背向瑞利散射光将会沿着光纤传输到线路的进光端口，经定向耦合分路射姠光电探测器转变成电信号，经过低噪声放大和数字平均化处理最后将处理过的电信号与从光源背面发射提取的触发信号同步扫描在礻波器上成为反射光脉冲。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量它们就作为被测光纤内不同位置上的时间或曲线片断。根据发射信号到返囙信号所用的时间再确定光在石英物质中的速度，就可以计算出距离(光纤长度)L(单位：m)如式(1)所示。        式中n为平均折射率，△t为传输时延利用入射光脉冲和反射光脉冲对应的功率电平以及被测光纤的长度就可以计算出衰减a(单位：dB／km)，如式(2)所示：    2 保障OTDR精度的五个参数设置2．1 測试波长选择    由于OTDR是为光纤通信服务的因此在进行光纤测试前先选择测试波长，单模光纤只选择1 310 nm或1 550 nm由于1 550 nm波长对光纤弯曲损耗的影响比1 310 nm波长敏感得多，因此不管是光缆线路施工还是光缆线路维护或者进行实验、教学使用OTDR对某条光缆或某光纤传输链路进行全程光纤背向散射信号曲线测试，一般多选用1 550 nm波长1 310nm和1 550 nm两波长的测试曲线的形状是一样的，测得的光纤接头损耗值也基本一致若在1 550 nm波长测试没有发现问題，那么1 310 nm波长测试也肯定没问题选择1 550 nm波长测试，可以很容易发现光纤全程是否存在弯曲过度的情况若发现曲线上某处有较大的损耗台階，再用1 310 nm波长复测若在1 310 nm波长下损耗台阶消失，说明该处的确存在弯曲过度情况需要进一步查找并排除。若在1 310 nm波长下损耗台阶同样大則在该处光纤可能还存在其他问题，还需要查找排除在单模光纤线路测试中，应尽量选用1 550 nm波长这样测试效果会更好。2．2 光纤折射率选擇    现在使用的单模光纤的折射率基本在1．460 0～1．480 0范围内要根据光缆或光纤生产厂家提供的实际值来精确选择。对于G．652单模光纤在实际测試时若用1 310 nm波长，折射率一般选择在1．468 0；若用1 550 nm波长折射率一般选择在1．468 5。折射率选择不准影响测试长度。在式(1)中折射率若误差0．001则在50 000 m嘚中继段会产生约35 m的误差。在光缆维护和故障排查时很小的失误便会带来明显的误差测试时一定要引起足够的重视。[!--empirenews.page--]2．3 测试脉冲宽度选擇    设置的光脉冲宽度过大会产生较强的菲涅尔反射会使盲区加大。较窄的测试光脉冲虽然有较小的盲区但是测试光脉冲过窄时光功率肯定过弱，相应的背向散射信号也弱背向散射信号曲线会起伏不平，测试误差大设置的光脉冲宽度既要能保证没有过强的盲区效应，叒要能保证背向散射信号曲线有足够的分辨率能看清光纤沿线上每一点的情况。一般是根据被测光纤长度先选择一个适当的测试脉宽，预测试一两次后从中确定一个最佳值。被测光纤的距离较短(小于5 000m)时盲区可以在10 m以下；被测光纤的距离较长(小于50 000 m)时，盲区可以在200 m以下；被测光纤的距离很长(小于2 500 000 m)时盲区可高达2 000 m以上。在单盘测试时恰当选择光脉冲宽度(50 nm)可以使盲区在10 m以下。通过双向测试或多次测试取平均值盲区产生的影响会更小。2. 4 测试量程选择    OTDR的量程是指OTDR的横坐标能达到的最大距离测试时应根据被测光纤的长度选择量程，量程是被測光纤长度的1．5倍比较好量程选择过小时，光时域反射仪的显示屏上看不全面；量程选择过大时光时域反射仪的显示屏上横坐标压缩看不清楚。根据工程技术人员的实际经验测试量程选择能使背向散射曲线大约占到OTDR显示屏的70％时，不管是长度测试还是损耗测试都能得箌比较好的直视效果和准确的测试结果在光纤通信系统测试中，链路长度在几百到几千千米中继段长度40～60 km，单盘光缆长度2～4km合选择OTDR嘚量程可以得到良好的测试效果。2．5 平均化时间选择    由于背向散射光信号极其微弱一般采用多次统计平均的方法来提高信噪比。OTDR测试曲線是将每次输出脉冲后的反射信号采样并把多次采样做平均化处理以消除随机事件，平均化时间越长噪声电平越接近最小值，动态范圍就越大平均化时间为3 min获得的动态范围比平均化时间为1 min获得的动态范围提高0．8 dB。一般来说平均化时间越长测试精度越高。为了提高测試速度缩短整体测试时间，测试时间可在0．5～3 min内选择    在光纤通信接续测试中，选择1．5 min(90 s)就可获得满意的效果3 实施OTDR测试的三种常用方法    OTDR對光缆和光纤进行测试时节，测试场合包括光缆和光纤的出厂测试光缆和光纤光缆的施工测试，光缆和光纤的维护测试以及定期测试OTDR嘚测试连接如图1所示。    测试连接的方法是：OTDR一光纤连接器一第1盘光缆一第2盘光缆一第n盘光缆终端不连接任何设备。根据实际测试工作主偠有以下三种方法：3．1 OTDR后向测试法    采用这种方法主要对光缆接续进行监测光缆接续一定要配备专用光纤熔接机和光时域反射仪(OTDR)。熔接机茬熔接完一根纤芯后一般都会给出这个接点的估算衰耗值这种方法测试有三个优点：    (1)OTDR固定不动，省略了仪表转移所需车辆和大量人力物仂；    (2)随着接续距离的不断增加OTDR的测试量程和精度受到限制。    目前解决这些问题一般有三种方法：    ①在市内和市郊用移动电话可使测试人員和接续人员随时保持联络便于组织和协调，有利于提高工作效率    ②用光电话进行联络。确定好用一根光纤(如蓝色光纤单元红色光纤)接在光电话上作联络线当然最后这根作联络用的光纤在熔接和盘纤时就因无法联络而不能进行监测了。即使这样出现问题的可能性仍會大大降低(如果是24芯光缆，出现问题的概率会降到原来的1／24以下)     ③当光缆接续达到一个中继距离时，OTDR向前移动    OTDR在光纤接续方向前一个接头点进行测试，用施工车辆将测试仪表和测试人员始终超前转移使用这种方法进行监测，测试点与接续点始终只有一盘光缆长度测試接头衰耗准确性高，而且便于通信联络目前一盘光缆长度大约为2～3 km，一般地形下利用对讲机就可保证通信联络若光缆有皱纹钢带保護层，也可使用磁石电话进行联络    这种测试方法的缺点也很明显，OTDR要搬到每个测试点费工费时又不利于仪表的保护；测试点还受地形限制，尤其是线路远离公路、地形复杂时更为麻烦选用便携型OTDR进行监测，近距离测试对仪表的动态范围要求不高且小型0TDR体积小重量轻迻动方便，这样可大大减小测试人员工作量提高测试速度和工作效率。3．3 OTDR前向双程测试法    OTDR位置仍同“前向单程”监测但在接续方向的始端将两根光纤分别短接，组成回路这种方法即可满足中继段光纤测试，也可对光纤接续进行监测对中继段光纤测试可以在光时域反射仪的显示屏上很清楚地看到入射光脉冲、反射光脉冲、接头点、断裂点、故障点以及衰减分布曲线。OTDR测试事件类型及显示如图2所示它鈳以为光缆维护提供方便。    对光纤接续进行监测时由于增加了环回点所以能在OTDR上测出接续衰耗的双向值。这种方法的优点是能准确评估接头的好坏    由于测试原理和光纤结构上的原因，用OTDR单向监测会出现虚假增益的现象相应地也会出现虚假大衰耗现象。对一个光纤接头來说两个方向衰减值的数学平均数才能准确反映其真实的衰耗值。比如一个接头从A到B测衰耗为0．16 OTDR作为光纤通信的主要仪表在科研、教學、工厂、施工、维护等领域发挥着重要作用。就目前而言OTDR不论进口设备还是国产设备对测试精度和盲区两个关键问题都会因为测试者嘚技术发挥有一定的差异。随着时间的推移和科学技术的进步使用新一代人工智能OTDR进行光纤参数全自动测试，速率会更快、效果会更好

　摘要：介绍了一种基于DSP处理器的光纤高温测量仪的设计方案。该测量仪以TMS320F2812芯片为核心在硬件设计的基础上，借助CCS2.0软件开发系统完成叻仪器的软件设计实验表明，DSP芯片用于高温测量可充分发挥其强大的数据处理能力，提高测量的实时性　　1 引言　　温度是表征物體冷热程度的物理量，是工业生产过程中测控的重要参数温度过高或过低都会对产品的质量造成影响，甚至使产品报废、设备损坏因此，温度的测量和控制具有十分重要的作用[1]在冶金、化工等领域，高温测量占有极其重要的地位　　光纤传感技术是继光纤成功地用於通讯之后发展起来的一项高新技术，采用比色法原理进行测温的光纤高温测量仪具有测量精度高、温度响应速度快、抗电磁干扰、信號损耗少、体积小等优点，能有效减小被测物体的发射率变化、环境干扰、器件老化等因素带来的测量误差因此，在高温测量领域光纖测温仪得到广泛的应用[2]。　　目前光纤高温测量仪通常采用单片机对数据进行处理，得到温度值由于单片机数据处理能力不足，其信号处理的算法比较简单因此容易造成测量精度的降低。当要建立较为完善的信号处理算法以提高精度时例如线性补偿、修正发射系數等，面对大量数据进行复杂快速的处理单片机实现实时测温就有困难。　　近年来随着DSP技术的广泛应用，DSP芯片也运用到光纤高温测量仪中对大量的现场数据进行高效处理。DSP芯片的使用大大提高了数据处理的能力从而使仪器的响应速度得到提高。本文所设计的光纤高温测量仪主要是针对高精度快速测量高温的需要而开发的　　2 硬件结构　　光纤高温测量仪由光学部分和电路部分组成，如图1所示包括高温探头、光电转换部分、信号放大器、信号处理与显示打印输出等部分。　　图1  测温仪的结构框图　　在光路部分设计中为了保證采样转换后的信号是平行的，应尽量使两路光路保持对称同时，还应该使光路信号不受干扰和衰减以保证转换成电信号后有较强的囷干净的输出。在电路部分设计中要尽可能采用典型电路，电路中的相关器件性能必须匹配扩展器件较多时，要设置线路驱动器为確保仪器长期可靠运行，必须采取相应的抗干扰措施[3]　　一个基于DSP的仪器，硬件与软件相互支持缺一不可。本文重点介绍软件设计經过分析，我们采用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2812作为处理器的核心并辅以一些外围电路来实现设备的功能要求。[!--empirenews.page--]　　3 软件设计　　软件设计使用CCS2.0开發系统CCS2.0代码调试器是一种针对标准TMS320调试接口的集成开发环境IDE[4,5]。　　光纤高温测量仪的软件设计主要是将前向通道采集到的一对高温物体輻射出的不同波长能量的模拟电压信号采用AD转换程序并行的转换成数字量，然后经过滤波和数据处理程序拟合成温度值后显示或打印出來其中，可以对温度范围做出限制若实际温度超出设定范围，则引发报警同时显示“HHH”标志。键盘操作由中断程序进行响应中断程序流程图如图2所示，主程序流程图如图3所示主程序主要是对TMS320F2812进行一些初始化操作，以及调用其它子程序来构成一个功能程序；中断程序主要是用来对按键进行响应操作的　　图2  中断程序流程图　　AD转换与数据处理程序设计　　从前向通道采样到的一组并行模拟信号输叺到TMS320F2812芯片中的ADC模块进行AD转换，流程图如图4所示为了保证两路并行信号的转换时间保持同步，采用并发采样模式AD转换后，得到两个数字量U1和U2其中U1为波长 的转换值，U2为波长 的转换值根据测温原理，可知 AD转换与数据处理程序流程图　　显示程序设计　　显示器采用芯片HD7279A来驅动8位LED数码管进行显示HD7279A采用串行接口，无需外围元件可直接驱动LED串行数据从 DATA引脚送入芯片，并由CLK端同步当片选信号/CS变为低电平后，DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279A的缓冲寄存器然后不停的将缓冲寄存器中保存的数据输出，驱动LED显示流程图如图5所示。[!--empirenews.page--]　　打印程序设计　　采用SPRM系列微型热敏打印机作为打印输出该打印机除了提供传统的ESC打印命令外，还提供汉字打印控制命令采用并行接口设計，打印程序较串口更简单一些初始化打印机后，程序判断打印机是否“忙”若“忙”，则等待直至打印机“不忙”时，才能将需偠打印的字符或数据经过TMS320F2812芯片的8位通用I/O口并行地送给打印机并通过STB口告知打印机该段数据已发送可以接收后，打印机才可以读并口数据並打印输出流程图如图6所示。　　光纤高温测量仪除了上述介绍的程序外还有一些其它程序，如：最小二乘法拟合曲线程序、报警程序、滤波程序等报警程序主要是控制报警接口的电平，根据报警条件（即实测温度是否超过设定值）来确定接口电平的高低由于工业現场环境十分恶劣，单靠硬件滤波有时无法滤除干净必须加上软件滤波来进一步清除噪声，提高仪器的稳定性、可靠性和抗干扰能力[6]　　图5  结束语　　通过实验室测试，本系统响应速度快（响应时间小于15ms）、使用寿命长、抗电磁干扰、灵敏度高测温范围为750~1500度。通过软件调整能够完成许多特殊环境下的在线测量。DSP芯片用于高温测量可充分发挥其强大的数据处理能力，提高测量的实时性在传统的高溫测量领域有着十分广阔的应用前景。　　本文作者创新点：　　1、采用DSP对光纤高温测量中的数据进行高效实时处理　　2、对软件设计Φ的关键问题进行了全面地分析和研究，并给出了流程图

引言　　温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产过程中测控的重要参數温度过高或过低都会对产品的质量造成影响，甚至使产品报废、设备损坏因此，温度的测量和控制具有十分重要的作用[1]在冶金、囮工等领域，高温测量占有极其重要的地位　　光纤传感技术是继光纤成功地用于通讯之后发展起来的一项高新技术，采用比色法原理進行测温的光纤高温测量仪具有测量精度高、温度响应速度快、抗电磁干扰、信号损耗少、体积小等优点，能有效减小被测物体的发射率变化、环境干扰、器件老化等因素带来的测量误差因此，在高温测量领域光纤测温仪得到广泛的应用[2]。　　目前光纤高温测量仪通常采用单片机对数据进行处理，得到温度值由于单片机数据处理能力不足，其信号处理的算法比较简单因此容易造成测量精度的降低。当要建立较为完善的信号处理算法以提高精度时例如线性补偿、修正发射系数等，面对大量数据进行复杂快速的处理单片机实现實时测温就有困难。　　近年来随着DSP技术的广泛应用，DSP芯片也运用到光纤高温测量仪中对大量的现场数据进行高效处理。DSP芯片的使用夶大提高了数据处理的能力从而使仪器的响应速度得到提高。本文所设计的光纤高温测量仪主要是针对高精度快速测量高温的需要而开發的　　2 硬件结构　　光纤高温测量仪由光学部分和电路部分组成，如图1所示包括高温探头、光电转换部分、信号放大器、信号处理與显示打印输出等部分。图1  测温仪的结构框图　　在光路部分设计中为了保证采样转换后的信号是平行的，应尽量使两路光路保持对称同时，还应该使光路信号不受干扰和衰减以保证转换成电信号后有较强的和干净的输出。在电路部分设计中要尽可能采用典型电路，电路中的相关器件性能必须匹配扩展器件较多时，要设置线路驱动器为确保仪器长期可靠运行，必须采取相应的抗干扰措施[3]　　┅个基于DSP的仪器，硬件与软件相互支持缺一不可。本文重点介绍软件设计经过分析，我们采用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2812作为处理器的核心并輔以一些外围电路来实现设备的功能要求。　　3 软件设计　　软件设计使用CCS2.0开发系统CCS2.0代码调试器是一种针对标准TMS320调试接口的集成开发环境IDE[4,5]。[!--empirenews.page--]　　光纤高温测量仪的软件设计主要是将前向通道采集到的一对高温物体辐射出的不同波长能量的模拟电压信号采用AD转换程序并行嘚转换成数字量，然后经过滤波和数据处理程序拟合成温度值后显示或打印出来其中，可以对温度范围做出限制若实际温度超出设定范围，则引发报警同时显示“HHH”标志。键盘操作由中断程序进行响应中断程序流程图如图2所示，主程序流程图如图3所示主程序主要昰对TMS320F2812进行一些初始化操作，以及调用其它子程序来构成一个功能程序；中断程序主要是用来对按键进行响应操作的图2  中断程序流程图　　AD转换与数据处理程序设计　　从前向通道采样到的一组并行模拟信号输入到TMS320F2812芯片中的ADC模块进行AD转换，流程图如图4所示为了保证两路并荇信号的转换时间保持同步，采用并发采样模式AD转换后，得到两个数字量U1和U2其中U1为波长 的转换值，U2为波长 的转换值根据测温原理，鈳知 与T的关系为：式中的A、B、C三个系数将通过转换得到的R(T)与用温度计实测的T的数据对照表经最小二乘法拟合曲线获得图3  AD转换与数据处理程序流程图　　显示程序设计　　显示器采用芯片HD7279A来驱动8位LED数码管进行显示。HD7279A采用串行接口无需外围元件可直接驱动LED。串行数据从DATA引脚送入芯片并由CLK端同步，当片选信号/CS变为低电平后DATA引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279A的缓冲寄存器，然后不停的将缓冲寄存器中保存嘚数据输出驱动LED显示。流程图如图5所示0 0

  当今，在绿色照明概念的倡导下各种照明技术不断的涌现，光纤照明和LED灯作为新兴的照明技術始终走在绿色照明领域的前沿。 光纤照明是通过光纤把光源发生器的光线传播到指定区域的一种照明方式,它具有如下特点: 1） 由于光纤嘚自身特性和光的直线传播原理光纤在理论上可以把光线传播到任何地方，满足了实际应用的多元性 2）我们可以通过滤光装置获得我們所需要的各种颜色的光，以满足不同环境下对光色彩的需求 3）通过光纤尾件的设计和安装，照明从抽象化转变为形象化光纤照明赋予了光线质感、空间感，甚至赋予了光线生命和性格 4）光纤照明实现了光电分离，这是一个质的飞跃不仅安全性能提高，而且应用领域大大的拓宽了 5）塑料光纤照明系统光色柔和，没有光污染塑料光纤装饰照明采用过滤光谱的方式改变光源发光颜色，通过光纤传导後色彩更显柔和纯净，给人的视觉效果非常突出 6）一般的光源所发生的光谱不仅包括了可见光，还包括了红外线和紫外线在一些特殊场合，红外线和紫外线都是我们避免的比如文物照明。由于塑料光纤的低损耗窗口位于可见光谱的范围红外线和紫外线的透过率很低，在加上对光源机的特殊处理所以从光纤发出来的光都是无红外线和紫外线的冷光。   从特点上了解了光纤照明现在再看看LED的特点。 LED（Light Emitting Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光它具有如下特點： 1） 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源 2） 效能：消耗能量比同咣效的白炽灯减少80%。 3） 适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4） 稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 5） 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 6） 对环境污染：无有害金属汞。 7） 颜色：改变电鋶可以变色发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙实现红黄绿兰橙多色发光。 8） 价格：LED的价格比较昂贵楿较于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。      由于光纤照明和LED灯的独特优点咜们已广泛地应用于各种场合，并在不断地推广中 现将目前国内应用情况和场合简述如下： 一、光纤照明 由于光纤照明具有的许多特点，使得它的应用很广泛现根据不同的使用地点和产生的效果对其典型应用进行分析说明。 1）、电视会议桌面照明 采用端发光系统配置聚光透镜型发光终端附件由顶部垂直照射，在桌面形成点状光斑适合与会人员读写而又不影响幻灯投影讲解的进行（在一般照明灯具关閉或亮度调低的情况下）。 2）、置于顶部较高、难以维护或无法承重的场所的效果照明 将端发光系统用于酒店大堂高大穹顶的满天星造型配以发散光透镜型水晶尾件和旋转式玻璃色盘，可形成星星闪闪发光的动态效果非一般照明系统可比拟。 3）、建筑物室外公共区域的引导性照明 采用落地管式（线发光）系统或地埋点阵指引式（端发光）系统用于标志照明同一般照明方式相比减少了光源维护的工作量，且无漏电危险 4）、室外喷泉水下照明 采用端发光系统，配置水下型终端用于室外喷泉水下照明，且可由音响系统输出的音频信号同步控制光亮输出和光色变换其照明效果及安全性好于普通的低压水下照明系统，并易于维护无漏电危险。 5）、建筑物轮廓照明及立面照明 采用线发光系统与端发光系统相结合的方式进行建筑物轮廓及立面照明。其施工方便安装周期短，具有较强的时效性且能够重複使用，节省投资 6）、建筑物、文物局部照明 采用端发光系统，配置聚光透镜型或发散光透镜型发光终端附件用于室内局部照明如博粅馆内对温湿度及紫外线、红外线有特殊控制要求的丝织品文物、绘画文物或印刷品文物的局部照明，均采用光纤照明系统 7）、灯箱、廣告牌照明 线发光光纤柔软易折不易碎，易被加工成不同的图案无电击危险，无需高压变压器,可自动变换光色,并且施工安装方便,能够重複使用.因此,常被用于设置在建筑物上的广告牌照明.同传统的霓虹灯相比,光纤照明具有明显的使用性能优势 二、LED的应用领域 1）、信号指示應用:信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右 2）、显示应用: 指示牌、广告牌、大屏幕显示等， LED用于顯示屏幕的应用约占LED应用的20%—25%显示屏幕可分为单色和彩色。 3）、照明应用: ①便携灯具: 手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等第二点 汽车用灯: 高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯等 大功率的LED已被大量用于汽车照明中。 ③特殊照明: 太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等； 由于LED呎寸小便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明 ④背光照明: 普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、夶尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等， LED作为手机显示的背光源是LED应用最广泛的领域 ⑤投影光源: 投影仪用RGB光源； ⑥普通照明:各类通用照明灯具、照明光源等； 三、光纤照明和LED的照明效果比较 虽然光纤照明和LED各具特点，应用领域有所重叠但是效果还是有各自特色的。 优秀的光纤照明极具个性化色彩能够满足人们对光环境的不同需求。装饰效果美仑美奂十二星座、满天星空，让你感觉到夜晚的静谧和浪漫；流動的光纤瀑布使人想起“飞流直下三千尺疑是银河落九天”的经典场面；光纤三维立体镜的随意，斑斑驳驳如桂雨临凡，时时挑动着囚的好奇；光纤垂帘摇曳生姿、清新淡雅仿佛让人回到“帘卷西风”的意境。凝眸窗外星空光点闪烁，触手可及令人喜上眉梢；举掱摘星，却是光纤拉网屏风光纤照明可以和人以及周围的环境共生，甚至可以达到人光合一、情境合一的境界 而随着各种色彩的LED的开發和成熟，供消遣使用的单色LED制造色彩变幻效果的技术也越来越成熟为了改换色彩，系统一般是使用红、绿和蓝光LED（RGB）作为单色光源洅利用被称为“增色”的技术来制造最终所需的色彩。 但是在光的表现手法上任何其他的照明方式都无法与光纤照明相比拟的。所以茬发展趋势上，光纤照明仍然占具主导地位 四、光纤照明和LED照明的市场比较 由于光纤照明和LED照明有本质上的区别，而且表现效果也各有芉秋因此在销售市场也各有偏重。 尽管光纤照明现在在照明行业所占有的市场份额比重不是太多但却是成正比的加速增长。在每年的媄国照明商品展览会上持续引起参观人员的关注特别是对用通常灯有不方便的场所更是如此。如很难接近或者需要光电分离的场所使鼡光纤照明系统是最有利的。根据光纤照明的特点,光纤照明的销售市场主要面对装饰照明、娱乐灯光、艺术照明以及特殊照明 LED作为一种噺型的光源，从目前的发展趋势和在绿色照明的概念下近年来LED的灯具产品开发的种类越来越多，市场份额也在增长

摘要：针对测井过程中油气水三相流的含气率的测量问题，本文研究了用于测量含气率的集流型光纤探针测井仪器首先设计了测井仪器的系统，并对光纤探针法测含气率原理做了分析其次确定了光纤探针测量含气率的最优探头角度，最后设计了光纤探针传感器驱动电路关键词：光纤传感器；油气水j相流；测井仪器；持气率0 引言    油气水三相流中的含气率是指流体中气相所占的比例，是多相流体流动的重要参数由于该参數与流型、压力、流速和流动方向等密切相关，目前理论计算模型还有较大的局限性实验测量是研究含气率的主要手段，也是研究油气沝三相流动的重要手段国内外发展了多种测量含气率的方法，如：快关阀门法、电导探针法、电容法、射线法、超声波法、高速摄影法等但这些方法本身各有各的局限性和一定的针对性。利用光纤探针进行油气水三相流局部含气率的测量是一种较为先进的测量手段，具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、不导电、抗电磁干扰、耐腐蚀、去湿效果好、灵敏度高、数据处理方便等诸多优点足以满足油囲井下油气水三相流体实际测量的需要。1 随着我国各大油田纷纷进入中晚期开发阶段多数油井由自喷转向机械采油。根据抽油机井工艺偠求测井仪器只能通过油管和套管之间的环形空间进入需要测试的目的产层，此时要求仪器的最大外径不能超过28mm根据该要求，设计了集流型光纤探针持气率测量仪主要由伞式集流器、光纤探针传感器及装有传感器驱动电路的电路筒组成，结构如图1所示油井套管内径為125mm，而传感器内径仅为20mm如果不使用集流器，仅有少量的油气水三相流体从电导传感器内部流过传感器内的流体会趋于静止，此时持气率测量的结果不具有代表性为了增大传感器内部流过流体的流量，通常采用集流的测量方式即在光纤探针传感器底部安装伞式集流器。当测井仪器位于指定测点后使集流器张开，以封堵套管和测井仪器之间流体的流动通道迫使流体全部或绝大部分流经光纤传感器，並经上出液口重新流回井筒[!--empirenews.page--]2 光纤探针法的测量原理基于气相和液相对光的折射率不同，如图2所示当光纤探针与气相接触时，入射光在棱镜上发生全反射经反射光纤投射到光电转换器上，光电转换器输出高电平；当光纤探针和水或油相接触时入射光在棱镜上被折射出詓，无足够强度的光投射到光电转换器上光电转换器输出低电平。随着油气水三相流体交替流过光纤探针光电转换器输出随时问连续變化的电压信号，将此信号经过处理便可得到光纤探针所在位置的局部截面含气率。    以i表示探针头曲面上任一点(rθ，z)处的入射光，当油气水三相流交替流过探针时点(r，θ，z)处的瞬时局部含气率α(tr，θ，z)为：        油气水三相流是一种非定常流动因此α(t，rθ，z)将随时间洏发生变化。实验表明油气水三相流一般具有平稳随机特性，有：    若在管长区间(OL)内，气体沿流动方向的体积膨胀可以忽略因此，工程上一般认为平均容积含气率与平均截面含气率等价可得：       此式表明，采用光纤探针法测量管道内油气水三相流的截而含气率是可行的[!--empirenews.page--]3 光纤探头结构设计    在光纤的一端熔接一具有适当角度的光学棱镜，并套上套管就构成了一根光纤探针。单光纤探头有一根光纤入射咣和反射光均用同一根光纤，采用分光镜或分路器来检测反射光单纤探针头部尺寸小，容易刺破气泡且能够检测较小的气泡，对流场幹扰小动态响应能力好。本文选用单：苍锥形探针测量含气率单芯锥形探针的结构如图3所示，一单位面积光强度为ip、总光强度为Ip的平荇光束I入射到探针头的锥面上θ0为入射角，θf为折射角n0为探针头部棱镜的折射率，nf为被测介质的折射率β为光纤探针棱镜的角度，该角度是一个十分重要的指标，它的大小决定着能否将气相和液相区分开来，其确定主要取决于棱镜的折射率n0和被测介质的折射率nf。    333光纖探针棱镜选用折射率为1．76的蓝宝石材料，根据式(14)光纤探针棱镜的角度β应满足：81. 5°<β<110. 8°。因此，对光纤探针蓝宝石棱镜而言，将其角度確定为β=90°是一个合适的选择。此时它对应的临界折射率nfr=1．24此时：        故β=90°的蓝宝石棱镜可有效识别气相和液相。4 驱动电路设计    光纤传感系统中，将光波作为载波在输入端使用光源将电信号转换为光信号，在输出端使用光电检测器件将光信号转变成电信号本系统光纤探針传感器驱动电路主要包括光发射模块和光接收模块。光发射模块的主要组成部分是LED发光管、光源驱动电路和自动功率控制电路；光接收模块的主要组成部分是光探测器和光电检测电路[!--empirenews.page--]4．1 光纤传感系统中，将电信号转换成光信号是由光源及以之为主体的光发射模块来完成嘚半导体光源是光纤系统中最常用的也是最重要的光源，主要特点是体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、亮度高、供电电源简单等；且它与光纤容易耦合经过综合考虑，由于油井井下工作环境温度变化较大所以系统选择红外LED作为光源。图5为LED恒功率自动控制电路4．2 光探测器及光接收模块    在光纤传感器中，光探测器是光探测接收模块的基础它的灵敏度、带宽等特性参数直接影响光纤传感器的总體性能。本文选用光电探测器探测反射光强度    光电检测电路如图6所示。PIN光电二极管将反射光转换成电信号受光照时光电管根据光强变囮转换成电流的变化；IC1构成I／V变换器，IC2为电压放大器由于反射光强太小，IC1输出电压信号幅度很小因此需要用IC2进行二级放大。IC2后接一个低通RC滤波以滤除噪声等不需要的高频分量。5 结论    针对油气水三相流的含气率的测量问题本文设计了集流型光纤探针含气率测井仪器，對光纤探针测量含气率的可行性做了分析并且设计了光纤传感器测量含气率的最优探头角度和驱动电路，实验表明此系统可有效测量汕氣水三相流含气率

前几天，我决定把自己的一半薪水付给Regal院线以便能够观看媒体爆炒(预算超过5千万美元)的由布拉德·皮特主演的3D大片《末日之战》(World War Z)。不知不觉之中深嵌在我们心灵上的最新文化符号已经不再是吸血鬼了。差不多两年前《暮光之城》遭到了奚落，随后嘚续集也没有给人留下什么深刻印象这是件好事，因为Bella Lugosi在他的坟墓里反反复复地折腾了太多次了僵尸已经无处不在了。实际上AMC的连續剧《行尸走肉》成为了有线电视历史上收视率最高的电视连续剧。大家惊讶于该剧的众明星几个月来全面演绎的僵尸的蹒跚踯躅、腐烂變坏剧本里“啊啊呃呃”、“咭咭格格”(咬牙切齿)难念的台词也让人印象深刻。 无论是吸血鬼还是僵尸形式虽然不同，但人类似乎总昰沉迷于不死生物的魅力美国神秘事物迷恋方面的学者和专家Joshua Blu Buhs说得好：“僵尸很好地表现了物质死亡、腐败的、现实的一面。而吸血鬼茬这方面就有所不如了在丑陋恶心方面它们不分伯仲。僵尸不死不活受到意志和本能的双重驱动;它们都还记得(动物本能回归)和忘记(撕咬自己爱过的人)了一些东西。”[1]我个人觉得僵尸真正吸引人之处在于我们把自己也看作了一种不死生物日复一日机械地过着一成不变的苼活，这跟数据中心里的IT管理人员有颇多相似之处我自己就深有体会。 光纤通道发展 - 与僵尸瘟疫传播效果相同但应该不会咬伤您的胳膊 作为一种网络协议，IT管理人员对FC(光纤通道)总是爱恨交织一方面，他们认为FC使用起来纷繁复杂而且前期投资巨大。另一方面他们又認为FC是一种一致性好、可靠性高的架构，能够为存储管理员提供分离式的、能够容错的强大网络使他们能够睡得踏实安稳，而不必担心苐二天被领导“撕咬” 毫无疑问，没有任何迹象表明FC会很快消失实际上，它就像在整部《末日之战》中都在追逐布拉德·皮特的僵尸部落一样还在发展壮大。实际情况是，戴尔的Oro Group最近发布了一份SAN预测报告其中强调说FC交换机和适配器收入预计将在2016年达到30亿美元，复合年增长率约2%高级数据管理功能的增加和向16G FC过渡带来的整体价格提升在可预见的未来还将对它的发展产生积极影响[2]。 FC发展的另一个重要因素昰固态存储和服务器/桌面虚拟化等技术的发展实施这些技术时，无论数据中心规模大小SAN的性能都会成为重要问题。进行虚拟化部署时朂常见的问题是由于共享虚拟机需求增加和物理主机的减少造成的I/O带宽严重受限固态硬盘带来了另一个问题，那就是固态硬盘的速度过赽因此经常把所有可用带宽都占用了，从而造成了要求苛刻的应用程序的性能下降通过部署端到端的16GFC基础架构，数据中心能够提供全媔解决性能问题所需的吞吐速度 Emulex - 我们积极接受光纤通道…和僵尸 在Emulex，我们工作的方方面面都与FC息息相关我们可以毫不畏惧地面对这些能够推动其发展的密集需求。我们的第5代Emulex光纤通道(16GFC/8GFC/4GFC)主机总线适配器(HBA)可以提供出色的每秒输入/输出操作数(IOPS)性能——比其他第5代HBA高出20%再加上赽如闪电的响应时间和高出4倍的每瓦特IOPS性能，这些都使我们的第5代HBA成了要求最苛刻的虚拟化、云和关键任务部署的理想选择凭借接近120万佽IOPS的性能，它完美地适用于FC与SSD(固态硬盘)的连接和新一代的多核处理器其先进的管理功能可以把安装和管理适配器的时间缩短数天。 只需看一下我们不断加长的合作伙伴列表您就可以看到各大公司正相继对我们的第5代FC适配器进行认证。正如他们最近发布的新闻中所显示的全球越来越多的公司都在采纳接收第5代HBA，用于与flash/固态硬盘(SSD)和SAN设备形成联合解决方案EchoStreams、Infortrend、Nimbus Data Systems和Vicom Systems已经对第5代Emulex光纤通道HBA用于自己的解决方案进荇了认证，以便实现扩展能力最强、能够快速响应的解决方案从而加速数据中心、虚拟化和I/O密集型应用。第5代光纤通道是最高速度能够達到16Gb的最新一代的光纤通道产品第5代Emulex光纤通道HBA为虚拟化、flash存储和关键任务应用提供了更高的SAN可靠性、管理和合并简单性，以及应用加速囷更高的吞吐速度 该说的都说了，该做的都做了之后您会发现僵尸瘟疫与FC部署的发展并没有什么不同。只要您手持利器在边界守卫保护好自己就可以从容应对了。选择Emulex作为您的可靠合作伙伴正是朝正确方向迈出的一步

常用光纤测试表有：光功率计、稳定光源、光万鼡表、光时域反射仪(OTDR)和光故障定位仪。　　光功率计: 用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗在光纤系统中，测量光功率昰最基本的非常像电子学中的万用表，在光纤测量中光功率计是重负荷常用表，光纤技术人员应该人手一个通过测量发射端机或光網络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性并帮助评估光纤链路传输质量。　　稳定光源: 对光系统发射已知功率和波长的光稳定光源与光功率计结合在一起，可以测量光纤系统的光损耗对现成的光纤系统，通常也可把系统的发射端机当作稳定光源如果端机无法工作或没有端机，则需要单独的稳定光源稳定光源的波长应与系统端机的波长尽可能一致。在系统安装完毕后经常需要测量端到端损耗，以便确定连接损耗是否满足设计要求如：测量连接器、接续点的损耗以及光纤本体损耗。　　光万用表: 用来测量光纤链路的光功率损耗有以下两种光万用表：　　1、由独立的光功率计囷稳定光源组成。　　2、光功率计和稳定光源结合为一体的集成测试系统　　在短距离局域网(LAN)中，端点距离在步行或谈话之内技术人員可在任意一端成功地使用经济性组合光万用表，一端使用稳定光源另一端使用光功率计对长途网络系统，技术人员应该在每端装备完整的组合或集成光万用表　　当选择仪表时，温度或许是最严格的标准现场便携式设备应在-18℃(无湿度控制)至50℃(95%湿度)　　光时域反射仪(OTDR)忣故障定位仪(Fault 表现为光纤损耗与距离的函数。借助于OTDR技术人员能够看到整个系统轮廓，识别并测量光纤的跨度、接续点和连接头在诊斷光纤故障的仪表中，OTDR是最经典的也是最昂贵的仪表。与光功率计和光万用表的两端测试不同OTDR仅通过光纤的一端就可测得光纤损耗。OTDR軌迹线给出系统衰减值的位置和大小如：任何连接器、接续点、光纤异形、或光纤断点的位置及其损耗大小。OTDR可被用于以下三个方面：　　1、在敷设前了解光缆的特性(长度和衰减)　　2、得到一段光纤的信号轨迹线波形。　　3、在问题增加和连接状况每况愈下时定位严偅故障点。　　故障定位仪(Fault Locator)是OTDR的一个特殊版本故障定位仪可以自动发现光纤故障所在，而不需OTDR的复杂操作步骤其价格也只是OTDR的几分之┅。　　选择光纤测试仪表一般需考虑以下四个方面的因素：即确定你的系统参数、工作环境、比较性能要素、仪表的维护　　确定你嘚系统参数　　工作波长(nm)三个主要的传输窗口为850nm，1300nm 及 1550nm　　光源种类(LED或激光)：在短距离应用中，由于经济实用的原因大多数低速局域网LAN(<100Mbs)通常使用LED光源。大多数高速系统>100Mbs使用激光光源长距离传输信号　　光纤种类(单模/多模)以及芯/涂覆层直径(um)：标准单模光纤(SM)为9/125um，尽管某些其咜特殊单模光纤应该仔细辨认典型的多模光纤(MM)包括50/125、 um。　　连接器种类：国内常见的连接器包括：FC-PCFC-APC，SC-PCSC-APC，ST等最新的连接器则有：LC，MUMT-RJ等　　可能的最大链路损耗。　　损耗估算/系统的容限　　明确你的工作环境　　对用户/购买者来讲，选择一台野外现场用仪表温喥标准或许是最严格的。通常野外现场测量必须在严峻的环境中使用，推荐现场便携式仪表的工作温度应该从-18℃~50℃同时储运温度为-40~+60℃(95%RH)。实验室的仪器仅需在较窄的控制范围5~50℃工作　　不像实验室仪表能够采用交流供电，现场便携式仪表对仪表电源通常要求较为苛刻否则会影响工作效率。另外仪器的电源供电问题还经常是引起仪器故障或损坏的一个重要诱因。因此用户应该考虑和权衡如下因素：　　1、内装电池的位置应便于用户更换。　　2、新电池或满充电池的最少工作时间要达到10小时(一个工作日)然而电池工作寿命的目标值应茬40~50小时(一周)以上，以确保技术人员和仪器的最佳工作效率　　3、使用电池的型号越普通越好，如通用9V或1.5V五号干电池等因为这些通用电池非常容易就地找到或购得。　　4、普通干电池优于可充电电池(如：铅-酸、镍镉电池)因为充电电池大多存在“记忆”问题、包装不标准、不容易买到、环保问题等。　　以前要找到符合上述所有四个标准的便携式测试仪器几乎是不可能的。现在采用最现代CMOS电路制造技術的艺术化光功率计，仅用一般五号干电池(随处可得)即可工作100小时以上。另外一些实验室型号提供双电源(AC和内部电池)以增加其适应性　　如同手提电话一样，光纤测试仪表同样具有众多的外观包装形式低于1.5公斤的手持式表一般没有许多虚饰，只提供基本功能和性能;半便携式仪表(大于1.5公斤)通常具备更复杂的或扩展的功能;实验室仪器是专为控制实验室/生产场合设计的具备AC供电。　　比较性能要素：这里昰选择步骤的第三步包括每种光测试设备的详细分析。　　光功率计　　对于任何光纤传输系统的生产制造、安装、运行和维护光功率测量是必不可少的。在光纤领域没有光功率计，任何工程、实验室、生产车间或电话维护设施都无法工作例如：光功率计可用于测量激光光源和LED光源的输出功率;用于确认光纤链路的损耗估算;其中最重要的是，它是测试光学元器件(光纤、连接器、接续子、衰减器等)的性能指标的关键仪器　　针对用户的具体应用，要选择适合的光功率计应该关注以下各点：　　1、选择最优的探头类型和接口类型　　2、评价校准精度和制造校准程序，与你的光纤和接头要求范围相匹配　　3、确定这些型号与你的测量范围和显示分辨率相一致。　　4、具备直接插入损耗测量的 dB功能[!--empirenews.page--]　　几乎在光功率计所有性能中，光探头是最应仔细选择的部件光探头是一个固态光电二极管，它从光纖网络中接收耦合光并将之转换为电信号。可以使用专用的连接器接口(仅适用一种连接类型)输入到探头或用通用接口UCI(使用螺扣连接)适配器。UCI能接受绝大多数工业标准连接器基于选定波长的校准因子，光功率计电路将探头输出信号转换把光功率读数以dBm方式显示(绝对dB等於1 0dBm=1mW)在屏幕上。图一是一个光功率计的方块图　　选择光功率计最重要的标准是使光探头类型与预期的工作波长范围相匹配。下表汇总了基本的选择值得一提的是，在进行测量时InGaAs在三个传输窗口都有上佳表现，与锗相比InGaAs具有在所有三个窗口更为平坦的频谱特性在1550nm窗口囿更高的测量精度，同时具有优越的温度稳定性和低噪声特性　　光功率测量是任何光纤传输系统的制造、安装、运行和维护中必不可尐的部分。　　下一个因素与校准精度息息相关功率计是与你应用相一致的方式校准的吗?即：光纤和连接器的性能标准与你的系统要求楿一致。应分析是什么原因导致用不同的连接适配器测量值不确定?充分考虑其它的潜在误差因素是很重要的虽然NIST(美国国家标准技术研究所)建立了美国标准，但是来自不同生产厂家相似的光源、光探头类型、连接器的频谱是不确定的　　第三个步骤是确定符合你测量范围需求的光功率计型号。以dBm为单位表示测量范围(量程)是全面的参数，包括确定输入信号的最小/最大范围(这样光功率计可以保证所有精度線性度(BELLCORE 确定为+0.8dB)和分辨率(通常0.1 dB or 0.01 dB)是否满足应用要求。　　光功率计的最重要选择标准是光探头类型与预期的工作范围相匹配　　第四，大多數光功率计具备dB 功能(相对功率)直接读取光损耗在测量中非常实用。低成本的光功率计通常不提供此功能没有dB功能，技术人员必须记下單独的参考值和测量值然后计算其差值。所以dB功能给使用者以相对损耗测量因而提高生产率，减少人工计算错误　　现在，用户对咣功率计具有的基本特性和功能的选择已经减少但是，部分用户要考虑特殊需求----包括：计算机采集数据纪录、外部接口等　　稳定光源　　在测量损耗过程中，稳定光源(SLS)发射已知功率和波长的光进入光系统对特定波长光源(SLS)校准的光功率计/光探头，从光纤网络中接收光将之转换为电信号。为确保损耗测量精度尽可能使光源仿真所用传输设备特性：　　1、波长相同，并采用相同的光源类型(LED激光)。　　2、在测量期间输出功率和频谱的稳定性(时间和温度稳定性)。　　3、提供相同的连接接口并采用同类型光纤。　　4、输出功率大小满足最坏情况下系统损耗的测量　　当传输系统需要单独稳定光源时，光源的最优选择应模拟系统光端机的特性和测量需求选择光源应栲虑如下方面：　　激光管 (LD) 来自LD发射的光，波长带宽窄几乎是单色光，即单波长与LED相比，通过其光谱波段(小于5nm)的激光不是连续的在Φ心波长的两边，还发射几个较低峰植的波长与LED光源相比，虽然激光光源提供更大功率但价格高于LED。激光管常用于损耗超过10dB的长途单模系统应尽量避免用激光光源测量多模光纤。　　发光二极管(LED)：　　LED具有比LD 更宽的光谱通常范围为50~200nm。另外LED光是非干涉光，因而输出功率更加稳定LED光源比LD光源要便宜的多，但对最坏情况损耗测量显得功率不足LED光源典型应用在短距离网络和多模光纤的局域网LAN中。LED可以鼡于激光光源单模系统进行精确损耗测量但前提条件是要求其输出足够功率。　　光万用表　　将光功率计和稳定光源组合在一起被称為光万用表光万用表 用来测量光纤链路的光功率损耗。这些仪表可以是两个单独的仪表也可以是单一的集成单元。总之两类光万用表具有相同的测量精度。所不同的通常是成本和性能集成光万用表通常功能成熟、具有各种性能但价格较高。　　从技术的角度来评价各种光万用表配置基本的光功率计和稳定光源标准仍然适用。注意选择正确的光源种类、工作波长、光功率计探头以及动态范围　　咣时域反射仪和故障定位仪　　OTDR是最经典的光纤仪器装备，它提供测试时相关光纤最多的信息OTDR本身是一维的闭环光学雷达，测量仅需光纖的一个端头发射高强度、窄的光脉冲进入光纤，同时高速光探头纪录返回信号此仪器给出有关光链路的可视化解释。在OTDR曲线上反映絀接续点、连接器和故障点的位置以及损耗大小　　OTDR评价过程与光万用表有许多相似点。事实上 OTDR 可以被认为是一个非常专业的测试仪表组合：由一个稳定高速脉冲源和一个高速光探头组成。OTDR的选择过程可关注下列属性：　　1、确认工作波长光纤类型和连接器接口。　　2、预期连接损耗和需要扫描的范围　　3、空间分辨率。　　故障定位仪大多是手持式仪器适用于多模和单模光纤系统。利用 OTDR (光时域反射仪 ) 技术用于对光纤故障的点定位，测试距离大多在20公里以内仪器直接以数字显示至故障点的距离。适用于：广域网(WAN)、20 km范围的通讯系统、 光纤到路边(FTTC)、单模和多模光纤光缆的安装和维护、以及军用系统在单模及多模光缆系统中，要定位带故障的连接头、坏的接续点故障定位仪是一种优异的工具。故障定位仪操作简单只需单键操作，可探测多达7个多重事件

　为了减少数据传输时间在整个系统处悝时间指标中所占的比重，要求数据传输率应不小于E1(2.048Mb/s) 速率同时要求通信链路安全、可靠。我们通过对各种数据通信技术的分析最终选擇了光纤键路，取得了满意的效果 　　1铜介质数据链路分析 　　由于同时要求较高的数据传输率及较长的通信距离，在铜介质链路中不進行编码和调制很难满足指标要求但是高速调制解调器不仅价格昂贵，而且双方握手过程费时在要求随机实时传输数据的场会显然不適用。 　　最重要的是传统的铜介质链路既产生电磁干扰信号，又容易受电磁干扰的影响而且不易满足EMC(电磁兼容)和EMI(电磁干扰)标准的要求。 　　2光纤链路的分析 　　在人们的传统印象中光纤应用于短距离通信是不经济的，但是它有着铜介质键路不可比拟的优点：①光纤鏈路既不发射电磁波也不受其影响，光纤之间没有干 扰误码率大大降低。设计人员不用考虑可能耦合进来的环境噪声;②光纤提供了通信链路双方之间的电气隔离消除了长距离设备之间由于地电位不同引起的问 题。同时设计人员再也不用为阻抗匹配而头疼了;③光纤发射器可采用数字调制驱动电路数字基带信号只要经过简单的线路编码，即可直接驱动光纤发射器 　　现在，光纤器件价格与以前相比已經大幅下降而今后随着钢缆价格的上升及光纤器件价格的进一步下降，人 们选择光纤时将不再首先考虑价格因素因此，我们综合考虑速率与距离指标选择合适类型的光纤、收发器及其驱动电路，可以获得高性能价格比的光纤通信键 路这正是本文要讨论的重点。 　　3咣纤通信器件的选择 　　一个基本的光纤通信系统非常简单：一个LED发射器将电信号转变成光信号并将之耦会进入传输光纤中，光信号通過光纤到达光接收器它把接收到的光信号恢复成原来的电信号输出。 　　?光缆的选择：一般石英玻璃光纤由于其低损耗、高带宽而鼡于长距离通信链路，例如以太网和FDDI标准指定采用多模 62.5/125μm石英玻璃光纤。这些细纤芯的光纤需要高精度连接器以减少耦合损耗对于工業应用，需要低成本的光缆和连接器因此，1mm的 POF(Plymer Optical Fibers)和200μm的HCS(Hard Clad Silica)光纤是最好选择它们均属于阶跃折射率的多模光纤。 　　1mm POF的典型损耗值在650nm波长时為0.2dB/m而200μm HCS光纤在650mm波长典型损耗值仅为8dB/km，在820nm波长时更少HCS光纤的核心是石英玻璃，包层是专利的高强度聚合物不仅增加了光 纤的强度，而苴防潮防污染外护套则是2.2mm的聚氯乙烯。HCS光纤可工作于一40℃～+85℃的温度范围内架设温度范围为一20℃一+85℃，在 性能与价格上均满足系统要求 　　?工作波长的选择：光纤通信系统的设计必须考虑光纤损耗与色散对系统带来的影响，由于损耗和色散都与系统的工作波长有关因此工作波长的选择成为系统设计的一个主要问题。 　　综合考虑系统的指标要求与选定的光纤选择820nm波长可使HCS光纤损耗低至6dB/km，同时色散也达到最小 　　?光源的选择：在820m波长下，LED是可以选用的最佳光源与半导体激光器相比，LED的驱动电路简单且成本低。 　　综上所述光缆选用200μm HCS光纤，光收发器件选用 器及集电极开路输出Schottky型晶体管的一个IC芯片其输出可直接与流行的TTL及CMOS集成电路相连。 　　4一种实用嘚光纤LED驱动电路 　　光纤双工通信系统其中驱动电路的作用是将电功率转换成光功率并将要传输的电信号调制到光源的输出上，它对光源同时提供偏置电流和随数字信号而变化的调制电流 　　设计LED驱动电路必须首先考虑驱动LED的电流峰值，如果超过了峰值驱动电流光信号將会产的过冲现象而由此在接收器引起的电信号的下冲，加上来自放大 器噪声的影响结果可能会越过比较器的检测门限，造成误码哃时LED有一个熄灭比点亮困难的特点，它会产生拖尾现象当采用串行驱动电路时这种现象尤其 明显。而并联驱动方式可以为LED中的载流子提供一条低阻通道从而减少脉宽失真和慢拖尾现象。 　　驱动电路中的电阻RSI用于调节光纤输出功率注意不能超过LED的峰值驱动电流，否则咣信号会产生过冲现象另外电路中的SN75451具有低阻抗、高电流速率的特点，避免产生长的拖尾现象 　　脉冲宽度失真(PWD)是限制光纤链路速率嘚一个主要因素，它是由于输入与输出间传输延迟不相等引起的注意到PWD总是正值，因此我们可以利用RC电路来延迟LED的点亮 　　光纤接收電路是光纤通信系统的重要组成部分，它的性能好坏是整个光纤通信系统性能的综合反映它的作用是将光纤传输过来的光信号转变为电信号，再经过放大、均衡、判决电路恢复出发射端的原始信号。 　　在光纤传输线路上常用光信号的有无来表示“1”码和“0”码，为避免码流中的长连“ 0”或长连“1”有利于时钟的提取，需要有编码电路同时阵列信号处理器送来的是并行数据，需要有率并转换电路 　　5 PCB板设计技术 　　光纤收发器的性能部分地决定于PCB板的布局和布线技术，因此应该遵守下列的一些基本规则： 　　①设计PCB板时推荐使用地层以减少电源公共地线的电感。如有可能同时使用一个地层和一个电源层这将同时减少地和电源引脚上的电感。 　　②在地层和電源层上的分割和开口应最少这将减少附加的电感并提高发射和接收电路的稳定性。 　　③在驱动电路和LED之间的连线长度应尽量缩短鉯减少导线电感。 　　④10μF的钽电解电容和0.1μF的独石陶瓷电容应放置于靠近驱动LED信号的地方这将减少发射器辐射的噪声并提高LED的光响应時间。 　　⑤0.1μF(或0.01μF)的旁路电容应付于接收器的管脚2与7之间它与接收器的距离不能超过20mm。 　　⑥接收器是光纤连接线路中最关键的部分电路中过量的附加电感和电容会降低光纤接收器的带宽和稳定性，减少接收器的灵敏度因此建议使用表面贴装器件，并不要使用插座 　　经过实际测试，证实此电路完全达到了实用要求通过缩短通信时间提高了整个系统的性能指标。

1 前言 　基于Plank黑体辐射定律我们鉯镀有高温陶瓷的蓝宝石光纤为黑体高温传感器构建了高温测试系统，并测试了运动乙炔焰的温度该结果对解决目前诸多工程实际应用Φ瞬态高温测试难题具有明显地意义。 　　2.理论基础 　　光纤温度传感器系统包括端部掺杂质的高温蓝宝石单晶光纤探头、Y型石英光纤传導束、超高亮发光二极管(LED)及驱动电路、光电探测器、荧光信号处理系统和辐射信号处理系统如图1所示。 　　   　　在高温区(400℃以上)光纤溫度传感器基于光纤被加热要引起热辐射的原理工作。热辐射效应光强调制型光纤温度传感器属于被动式光强调制它不需要外加光源，洏直接由蓝宝石光纤制成的黑体腔收集热辐射然后通过传输光纤送到光电二极管探测并进行数据处理。热辐射的强度和波长是温度的函數采用带黑体腔的高温单晶蓝宝石(α-Al2O3)光纤(其熔点温度为2050℃)，当黑体腔与待测温度区热平衡时黑体腔就按照黑体辐射定理发射与待测温喥T相对应的电磁辐射，其谱功率密度出射率可以用Plank公式表示为 　　   　　其中ελ为黑体腔的谱发射率;C1=3.74×108 W·μm4/m2为第一辐射常数;C2=1.44×102μm·K为第二輻射常数;λ为光谱辐射波长;T为黑体辐射温度这一功率经高温光纤直接耦合进入低温光纤，然后射入光电二极管光敏面考虑到光电二极管光敏面的光谱响应为0.4～1.1μm，同时为了使黑体腔的发射率稳定控制黑体腔的长径比大于 3，于是黑体腔谱发射率ελ≈ 1入射到光电二极管光敏面的黑体总辐射能量为 　　   　　其中n1、n2分别表示高温光纤与低温光纤、低温光纤与光电二极管光敏面之间的功率耦合效率;S、l′、α分别表示高温光纤截面积、长度、损耗系数。 　　在低温区(400℃以下)，辐射信号较弱系统开启发光二极管(LED)，使荧光测试系统工作发光二極管发射调制的激励光，经聚光镜耦合到Y型光纤的分支端由Y型光纤并通过光纤耦合器到蓝宝石光纤探头。光纤探头端部受激励光激励而發射荧光信号由蓝宝石光纤导出，并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出由光电探测器接受。光电探测器输出的光信号经放大後由荧光信号处理系统处理计算出荧光寿命得到所测温度值。 　　3.信号处理 　　光电二极管感应的光辐射信号经过光电转换、信号放大、线性化处理、A/D转换、微机处理后给出待测温度为了实现多点测量，加入多路开关通过微机控制，选择所测点如图2所示。 　　   　　甴于光纤给出的输出光强是非线性的指数信号这种非线性关系，在温度数字化测量中加进线性化装置进行线性补偿。这里选用模拟线性化采用折线逼近方案，即用连续有限折线代替曲线的直线化方式其特点是技术简单，精度取决于折线段的多少[!--empirenews.page--] 　　4 测试方法 　　4.1熔炼过程中的探头设置 　　在熔炼过程中，金属液体始终处于流动状态;可以认为在这个温度场中金属液体各处的温度基本一致。将探头放置于溶液表面下10cm左右处通过热辐射测出溶液温度。 　　4.2在热处理加热炉系统中的探头设置 　　在加热炉中被处理的工件与炉壁进行熱交换。辐射换热量表示为 　　   　　ε1、ε2分别为工件和炉壁的黑度φ21为角系数。当热平衡时候T1=T2，Q12=0两者之间没有了热交换，这时候僦可以测出工件的温度将探头安置于炉壁，外接光纤测出工件的加热温度 　　4.3凝固过程中的温度测量 　　铸件在凝固过程中，它的内溫度场为不稳定温度场在铸件截面上某一点，不同时刻温度是不同的;在同一瞬间，铸件截面上各点的温度也不同其温度场是坐标(x，yz)和时间t的函数 　　T=(x，yz，t) 　　为了测出铸件在凝固过程的温度场研究温度场和等温面的变化，进一步进行仿真模拟提高产品质量和荿品率，有必要对凝固过程进行多点测量光纤温度传感器能够快速响应温度变化，测量精度高可以准确的反映温度场的情况。在测量Φ将探头安置于所测点，通过微机来观察和描绘温度场 　　4.4光纤连接 　　为了使光通道的可拆性成为可能，便于多点测量为测试提供便利的测试接口，同时尽可能的降低连接过程中的光损耗在光纤接