智能光纖測(cè)試儀設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　光纖通信、衛(wèi)星通信以及微波通信構(gòu)成了現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的三大支柱。由于光纖通信</p><p>　　所具有的突出優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)越的帶寬、低的傳輸損耗、抗電磁干擾、保密性好以及體積小</p><p>　　重量輕等特性，使光纖通信已成為業(yè)務(wù)承載的主體，被廣泛地應(yīng)用于電信、網(wǎng)絡(luò)、CAM</p

2、><p>　　軍事通信等眾多領(lǐng)域。因此，光纖通信的依托載體一一光纜網(wǎng)絡(luò)的安全性和可監(jiān)測(cè)性就</p><p>　　顯得特別重要。而管理和維護(hù)目前高密度分布、大容量、高速的光纜網(wǎng)絡(luò)，除了需要大</p><p>　　型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)維護(hù)以外，更需要靈活、輕便、智能的便攜式光纖測(cè)試設(shè)備。</p><p>　　本文主要涉及光纖測(cè)試和智能儀器研究領(lǐng)域。

3、本文結(jié)合光纖衰減特性的測(cè)試技術(shù)，</p><p>　　應(yīng)用模擬電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電源技術(shù)、數(shù)字編碼解碼技術(shù)，給出</p><p>　　了便攜式智能光纖測(cè)試儀(SOFTM)的設(shè)計(jì)。通過(guò)硬件對(duì)數(shù)運(yùn)算處理和軟件曲線擬合的</p><p>　　方法解決了在InA～1mA范圍內(nèi)光電流測(cè)量精度問(wèn)題;通過(guò)有源濾波、降低電源噪聲和</p><p

4、>　　地電阻等方法，解決了語(yǔ)音信號(hào)的傳輸噪聲問(wèn)題:通過(guò)單片機(jī)編I碼的方法，增強(qiáng)容錯(cuò)</p><p>　　能力保證數(shù)字傳輸?shù)目煽啃?，解決了數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題;通過(guò)電路的微功耗設(shè)計(jì)</p><p>　　和軟件智能關(guān)機(jī)的方案解決了電池供電系統(tǒng)的功耗問(wèn)題。</p><p>　　該便攜式智能光纖測(cè)試儀集光功率計(jì)和光話機(jī)雙重功能于一身，既可以測(cè)量光纜網(wǎng)</p&g

5、t;<p>　　絡(luò)通路中的光衰減清況，也可以通過(guò)發(fā)射和接收數(shù)字信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)來(lái)檢測(cè)光纖的信號(hào)</p><p>　　傳輸情況，測(cè)量精度較高。在光話機(jī)狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通話。并具有攜帶方便、電池使</p><p>　　用壽命長(zhǎng)、全中文界面、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。而且，該測(cè)試儀對(duì)夕卜部使用環(huán)境的適應(yīng)性能</p><p>　　以及抗干擾性能極強(qiáng)，不僅適合于民用，而且能

6、適用于軍事上的野戰(zhàn)光纖測(cè)試。</p><p>　　本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，給光纖通信網(wǎng)絡(luò)特別是軍事上的野戰(zhàn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)又</p><p>　　增加了一種可靠的手段。</p><p>　　關(guān)鍵詞:智能光纖測(cè)試儀:光功率;單片機(jī)</p><p>　　Design of Smart Optical Fiber Test Meter</p&g

7、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In information society nowadays, there are there key parts of modern communication</p><p>　　systems,O ptical Fi ber C ommunication,Sa telilte

8、C ommunication and Microwave</p><p>　　Communication.And the Optical Fiber Communication has become the most principle part due to its extremely attractive features,which are enormous potentialb and width, lo

9、w transmission loss,electrical isolation and signal security. It has been used in many different fields, such as</p><p>　　telecommunicaiton,ne twork,CATV and military.So it be come smoer and more important

10、to</p><p>　　ensuer the optical fiber network working well.To manage optical fiber network,we not only</p><p>　　needa large monitor system,but also the portable smart optical fiber test meter.<

11、;/p><p>　　This paper maily relates to the study field of optical fiber test and smart instrumentation.</p><p>　　The Smart Optical Fiber Test Meter (abbr. SOFTM) system covered technologies of optic

12、al</p><p>　　fiber test,analogue circuit, digital circuit,MCU,power ersource and digital codei/decode.The</p><p>　　methods of logairthmic ampilfier and curvefitting，adopted to obtain high measure

13、 precision</p><p>　　of photocurrent within the range of 1nA-1mA. To decrease the noise in transferring voice</p><p>　　signal,the methods of active filter and decreasing the noise of power are a

14、dopted.To solve the</p><p>　　problem of long distant transmission,the code/decode technology is adopted and the power</p><p>　　consumption is very low due to the software design of low-consumpti

15、on and automaticshutdown.</p><p>　　The SOFTM is a portable smart meter integrated with two mainfunctions,optical power</p><p>　　meter and optical telephone.The SOFTM can test optical attenuation

16、 with high precision within</p><p>　　the optical networks and diagnose the transmission through sending and receiving the digital</p><p>　　signals and voice signal.It is very convenient to carry

17、 the SOFTM f or its small size and weight.</p><p>　　With total Chinese interface,it can be operated easily.Furthermore since it has the weatherproof</p><p>　　feature, it can be applied to not on

18、ly business purposes, but also military field optical fiber</p><p>　　communication test.</p><p>　　The erailzation of the SOFTM system added one more reliable means to the management</p>&

19、lt;p>　　and maintenance of the Optical Fiber Communication.</p><p>　　KeyWords:TheSmartOpticalFiberTestMeter;Opticalpower;MCU</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)

20、信息的需求與日俱增。全球范圍內(nèi)IP業(yè)務(wù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在給傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)帶來(lái)巨大沖擊和挑戰(zhàn)的同時(shí)，也為電信網(wǎng)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。從當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展的潮流來(lái)看，數(shù)據(jù)化、寬帶化、綜合化己成趨勢(shì)，傳輸與交換的融合、電路交換向分組交換演進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)向更加寬帶化、智能化、集成化、兼容性、靈活性和高可靠性的方向發(fā)展已成必然。</p><p>　　光通信是以光纖為傳輸媒質(zhì)的通信方式，由于光纖與傳統(tǒng)的電子線路相比，具有巨大的帶寬優(yōu)勢(shì)

21、、傳輸速率高、兼容多種傳輸體制等特性，近30年來(lái)已得到迅猛發(fā)展。引起了整個(gè)通信系統(tǒng)發(fā)生了革命性變化。電信網(wǎng)上各種新業(yè)務(wù)的開(kāi)展，將成為推動(dòng)光通信領(lǐng)域發(fā)展的持久動(dòng)力。</p><p>　　隨著光纖在通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，隨著電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，光纜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模迅速擴(kuò)大。對(duì)光纜網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商而言，如何提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效益就顯得尤為重要。一方面需要及時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)狀況，在發(fā)生劣化或故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確定位，縮短障礙歷時(shí);另一方面，一條

22、光纜從設(shè)計(jì)、施工到維護(hù)，積累了大量的文檔資料，需要先進(jìn)的手段對(duì)這些收據(jù)進(jìn)行保存和處理;此外，隨著維護(hù)體制的改革和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)水平的提高，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程管理的自動(dòng)化，己成為網(wǎng)絡(luò)管理更高層次的要求和趨勢(shì)。因此，對(duì)光纖測(cè)試產(chǎn)品的要求也正趨于微機(jī)化、智能化。</p><p>　　光纖通信有著無(wú)比的優(yōu)越性，發(fā)展速度己經(jīng)超出了人們以前的想象。隨著光纖在通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，必須面對(duì)的問(wèn)題就是光纖設(shè)備和線路技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試和故障的測(cè)試，

23、其中關(guān)鍵是光功率衰減值和語(yǔ)音或數(shù)字信息傳輸?shù)那闆r測(cè)試。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)能見(jiàn)到的國(guó)外生產(chǎn)的光纖測(cè)試設(shè)備中，主要有美國(guó)的EXTECH光纖測(cè)試儀、FIBERTEK和TRACETEK高級(jí)光纖測(cè)試儀;羅意斯公司生產(chǎn)的光纖測(cè)試儀、福祿克(Fluke)光纖測(cè)試儀、美國(guó)理想(IDEAL)光纖測(cè)試儀等，另外也有日本生產(chǎn)的光纖測(cè)試儀。其共同特點(diǎn)是價(jià)格昂貴，每套價(jià)格均在十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)以上。</p>

24、<p>　　與光纖通信事業(yè)迅猛發(fā)展形成鮮明對(duì)比的是，國(guó)內(nèi)光纖測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)廠家卻不多。能生產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光纖測(cè)試產(chǎn)品的廠家很少，大多都是代理國(guó)外廠家的產(chǎn)品。</p><p>　　在網(wǎng)上可查到的有上海嘉慧、深圳興星、珠海華普、上海科旭、南京吉隆等幾家公司。其產(chǎn)品多數(shù)是功能單一，即只能測(cè)光功率或只具備光話機(jī)功能。只有南京吉隆光纖通信有限公司生產(chǎn)的光線測(cè)試儀具備測(cè)試光功率和數(shù)字、語(yǔ)音雙重功能，但技術(shù)指標(biāo)又較低

25、，數(shù)字信息可靠傳輸?shù)墓夤β史秶?-30dBm。一般單模光纖(尤其是野戰(zhàn)光纖)智能光纖測(cè)試儀的設(shè)計(jì)要求測(cè)試距離范圍是100km，功率衰減要超過(guò)-40dBm,因此現(xiàn)有的產(chǎn)品滿足不了使用要求。針對(duì)以上情況開(kāi)發(fā)一種多功能、低價(jià)位、高技術(shù)指標(biāo)的光纖測(cè)試產(chǎn)品是十分必要的。</p><p>　　目前光纖測(cè)試儀主要用于兩種場(chǎng)合，一是民用通信光纖工程施工和故障檢測(cè)，二是野戰(zhàn)光纖鋪設(shè)檢測(cè)和戰(zhàn)爭(zhēng)狀態(tài)下的故障檢測(cè)。二者的測(cè)試原理和電路

26、構(gòu)成完全相同，只是使用環(huán)境不同，野戰(zhàn)光纖測(cè)試儀要求耐氏溫、防水、抗震，民用光纖測(cè)試儀環(huán)境要求相對(duì)要低一些。本研究課題是針對(duì)上軍用的智能光纖測(cè)試儀。</p><p>　　本課題的思想是設(shè)計(jì)出一個(gè)能測(cè)試光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)功率值并能發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的測(cè)試儀器。</p><p>　　該儀器能夠精確測(cè)量出光信號(hào)的強(qiáng)度并能夠以數(shù)字的形式將測(cè)得的光功率值傳給發(fā)送方，能夠產(chǎn)生語(yǔ)音呼叫信號(hào)并傳輸

27、呼叫方的語(yǔ)音和接收對(duì)方傳來(lái)的數(shù)字和語(yǔ)音信號(hào)。</p><p>　　采用最新的對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)光功率測(cè)量，使得光功率測(cè)量值絕對(duì)誤差小于0.3dBm;獨(dú)特的數(shù)字編碼和解碼技術(shù)，使得在-45～0dBm的光功率動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)正常的數(shù)字通信;高階帶通濾波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高清晰的語(yǔ)音傳輸效果。參考國(guó)外光話機(jī)和光功率計(jì)產(chǎn)品，通過(guò)電路設(shè)計(jì)，使得光話機(jī)和光功率計(jì)功能一體化，實(shí)現(xiàn)智能光纖測(cè)試儀功能。</p><p

28、>　　論文的主要工作內(nèi)容如下:首先查閱大量科技文獻(xiàn)和著作了解光纖測(cè)試這一領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)。其次進(jìn)行了大量的市場(chǎng)調(diào)研工作，對(duì)光纖測(cè)試產(chǎn)品的應(yīng)用以及市場(chǎng)前景做了詳細(xì)了解。參考國(guó)外光話機(jī)和光功率計(jì)產(chǎn)品，確定本課題的研究定位為智能型便攜式光纖測(cè)試儀。最后結(jié)合光學(xué)和電子學(xué)的經(jīng)典理論基礎(chǔ)，運(yùn)用了現(xiàn)代微處理器技術(shù)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究和設(shè)計(jì)，使得光話機(jī)和光功率計(jì)功能一體化，實(shí)現(xiàn)了智能光纖測(cè)試儀的功能。具體涉及硬件原理設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和

29、調(diào)試，以及最后的整機(jī)調(diào)試。</p><p><b>　　1光纖的發(fā)展及應(yīng)用</b></p><p>　　1.1光纖通信的發(fā)展</p><p>　　任何通信系統(tǒng)追求的最終技術(shù)目標(biāo)都是要可靠地實(shí)現(xiàn)最大可能的信息傳輸容量和輸距離。通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對(duì)載波調(diào)制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。通信技術(shù)發(fā)展的歷史，實(shí)際上是一個(gè)不斷提高載波和增

30、加傳輸容量的歷史。20世紀(jì)60年代，微波通信技術(shù)已經(jīng)成熟，因此開(kāi)拓頻率更高的光波應(yīng)用，就成為通信技術(shù)發(fā)展的必然</p><p>　　1966年,英藉華裔學(xué)者高餛和霍克哈姆發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信一光纖通信的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里碑。1970年

31、，光纖研制取得了重大突破。美國(guó)康寧公司就研制成功損耗20dB/km的英光纖。它的意義在于:使光纖通信可以和同軸電纜通信競(jìng)爭(zhēng)，從而展現(xiàn)了光纖通信美好的前景，促進(jìn)了世界各國(guó)相繼投入大量人力物力，把光纖通信的研究發(fā)推向一個(gè)新階段。</p><p>　　1976年,美國(guó)在亞特蘭大進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，系統(tǒng)采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質(zhì)，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約l0km。

32、1980年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用，系統(tǒng)采用漸變型多模光纖，速率為44.7Mb/s。隨后，美國(guó)很快敷設(shè)了東西干線和南北干線，穿越22個(gè)洲，光纜的總長(zhǎng)達(dá)5X 104km。1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s，傳輸距離為64km的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速度為100Mb/s的漸變型多模光纖通信的試驗(yàn)。1983年敷設(shè)以貫穿日本南北的光纜長(zhǎng)途干線，全長(zhǎng)3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來(lái)擴(kuò)容到

33、1.6Gb/s。隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成，全長(zhǎng)13200km。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開(kāi)，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展</p><p>　　可見(jiàn),自1966年高餛提出光纖作為傳輸介質(zhì)的概念以來(lái)，光纖通信從研究到應(yīng)用，發(fā)展非常迅速，技術(shù)上不斷更新?lián)Q代，通信能力(傳輸速率和中繼距離)不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。目前，正在開(kāi)研究的光纖新技

34、術(shù)，例如，超大容量的波分復(fù)用(Wavelength D ivision Mulitplexing,WDM)光纖通信系統(tǒng)和超長(zhǎng)距離的光孤子通信系統(tǒng)等，使光纖通信技術(shù)邁向了一個(gè)更新的臺(tái)階</p><p>　　光纖通信在我國(guó)始于上世紀(jì)70年代初。80年代末，光纖通信技術(shù)出現(xiàn)飛速發(fā)展局面，首先在武漢建成35千米單模光纖和140MB/S的PDH通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)工程;90年代初又建成合肥至蕪湖的單模光纜線路?，F(xiàn)在，我國(guó)己鋪設(shè)約2

35、00萬(wàn)千米光纜，全國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)基本光纖化。2.4Gb/s和l0G b/s的SDH傳輸系統(tǒng)已廣泛通過(guò)試運(yùn)行，在光纜單纖上傳送的容量越來(lái)越大。通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和投入研究，我國(guó)的光纖通信技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距也日漸縮小。</p><p><b>　　1.2光纖的應(yīng)用</b></p><p>　　光纖傳輸系統(tǒng)首先在公用電信網(wǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)SDH技術(shù)和DWDM技術(shù)的飛速

36、發(fā)展，光纖傳輸系統(tǒng)不但應(yīng)用于信息產(chǎn)業(yè)部的一級(jí)國(guó)家干線網(wǎng)絡(luò)，二級(jí)省千線網(wǎng)絡(luò)，地區(qū)本地網(wǎng)和市話網(wǎng)絡(luò)，也迅速推廣到城域網(wǎng)的寬帶用戶接入網(wǎng)系統(tǒng)。</p><p>　　我國(guó)于1987年開(kāi)始再運(yùn)行長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)的建設(shè)，到目前為止已經(jīng)建成分布于全國(guó)的“十縱八橫”的骨干光纖傳輸網(wǎng)。其中，一級(jí)光纜連接首都至省直轄市、自治區(qū)及相互之間的通信線路，二級(jí)光纜線路是連接各省、直轄市、自治區(qū)首府與地區(qū)、市間的主要通信線路。長(zhǎng)途線路和局間中

37、繼，城域網(wǎng)已普遍使用光纜，并承擔(dān)著整個(gè)通信網(wǎng)95%以上的長(zhǎng)途傳輸業(yè)務(wù)，成為通信網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。</p><p>　　光纖傳輸系統(tǒng)在鐵路、交通、電力、軍事等部門也有廣泛的應(yīng)用，成為集通信,監(jiān)控、指揮等方面的專用通信系統(tǒng)，其中鐵道的本地網(wǎng)光纜(鐵通)是僅次于電信網(wǎng)。</p><p>　　有線電視技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了光纖傳輸系統(tǒng)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，目前有線電視系統(tǒng)模擬傳輸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字的光纖傳輸

38、。FTTC,FTTR,FTTH已經(jīng)在一些大城市開(kāi)始實(shí)施，綜合布線也開(kāi)始光纖化。</p><p>　　光纖通信技術(shù)之所以發(fā)展得這樣迅速，除了人們傳遞和交換的信息日益增長(zhǎng)外，主要是由光纖通信本身所具有的優(yōu)點(diǎn)所決定的。這些優(yōu)點(diǎn)可以概括為以下幾個(gè)方面:</p><p>　　(1)光纖帶寬極大,可利用的帶寬為50000GHz。理論上，一對(duì)單模光纖可傳2.5億條話路。</p><p

39、>　　(2)中繼距離長(zhǎng)。一般可達(dá)50km-80km，甚至上百千米。</p><p>　　(3)傳輸損 耗低。1.3µm 單模光纖的損耗為0.4dB/km;1.55µm 單模光纖的損耗為0.2dB/km;波長(zhǎng)更長(zhǎng)時(shí)，損耗還要低。</p><p>　　(4)光纖重量輕,可以彎曲，容易鋪設(shè)。</p><p>　　(5)抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量好。&l

40、t;/p><p>　　(6)不用或少用金屬，能節(jié)省大量貴重金屬(如銅、鉛等)，同時(shí)還具有抗腐蝕性能。</p><p>　　(7)可以采用多種復(fù)用技術(shù)，特別是光的波分復(fù)用(WDM)、頻分復(fù)用(FDM) 、時(shí)分復(fù)用(TDM)等，能達(dá)到資源共享、節(jié)省投資和充分利用光纖帶寬的目的。</p><p>　　(8)傳輸信號(hào)不向外輻射，保密性能好。</p><p&g

41、t;　　(9)原材料(Si02)豐富，整個(gè)通信系統(tǒng)成本低。</p><p>　　(10)不受氣候變化影響。這是與大氣激光通信顯著不同的地方。</p><p>　　1.3光纖衰減損耗的測(cè)量技術(shù)</p><p>　　光纖由于具有低損失、高傳真、質(zhì)輕、高頻寬、低干擾等特性，故被廣泛運(yùn)用在電信、網(wǎng)絡(luò)、CATV、軍事通信等，為了確保線路及傳輸品質(zhì)，所以必須使用光纖測(cè)試儀器測(cè)試

42、。</p><p>　　光纖光纜是光信號(hào)傳輸?shù)拿劫|(zhì)，它是光通信的基礎(chǔ)。在這個(gè)領(lǐng)域國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們有G.650, G.651, G.652, G.653, G.655等。除G.650是有關(guān)測(cè)試方法以外，其它標(biāo)準(zhǔn)都是按光纖種類分類的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了該種光纖及由其組成光纜的具體性能指標(biāo)。光纖的特性參數(shù)分幾何特性參數(shù)、光學(xué)特性參數(shù)、傳輸特性。此外，對(duì)于高速、多信道、長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)

43、，規(guī)范中未給出的光纖非線性也是光通信需要考慮的重要指標(biāo)。光纖和光纜的測(cè)試儀表大多建立在光學(xué)和電子學(xué)原理之上的，因此系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備昂貴。</p><p>　　通信光纖的衰減指標(biāo)是評(píng)判光纖傳輸特性的最重要指標(biāo)之一。它表示了光纖對(duì)光能的傳輸損耗，對(duì)光纖的質(zhì)量評(píng)定和在通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中起著十分重要的作用。</p><p>　　光纖衰減損耗的測(cè)量有兩種基本方法:一種是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率，稱剪

44、斷法和插入法;另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率，稱后向散射法。</p><p><b>　　(1)剪斷法</b></p><p>　　光纖損耗系數(shù)由下式確定,即</p><p>　　(dB/km) (1-1)</p><p>　　式中 ，L為被測(cè)光纖長(zhǎng)度

45、(km),，和分別為輸入和輸出光功率(mw或W)</p><p>　　只要測(cè)量長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的長(zhǎng)光纖輸出光功率，保持注入條件不變，在注入裝置附近剪斷光纖，保留長(zhǎng)度為L(zhǎng)1(一般為2-3m)的短光纖，測(cè)量其輸出光功率 (即長(zhǎng)度為L(zhǎng)=L2-L1，這段光纖的輸入光功率)，根據(jù)式(1-1)就可以計(jì)算出α值。</p><p>　　問(wèn)題是由于高階模式的損耗比低階模式的更大，在光纖中傳輸?shù)?對(duì)數(shù))光功率lgP

46、與光纖長(zhǎng)度L的關(guān)系不是線性關(guān)系。測(cè)得的α值與注入條件和光纖長(zhǎng)度有關(guān)，但不能惟一代表光纖的本征特性。只有在穩(wěn)態(tài)模式分布(注入光束數(shù)值孔徑NAb和被測(cè)光纖數(shù)值孔徑NAf相匹配)的注入條件下，lgP與L才是線性關(guān)系。</p><p>　　在滿注入或欠注入的條件下，被測(cè)短光纖的長(zhǎng)度要等于或大于光纖禍合長(zhǎng)度，才能獲得穩(wěn)態(tài)模式分布。只有在穩(wěn)態(tài)模式分布的條件下，才能得到惟一代表光纖本征特性的α值。</p><

47、;p>　　獲得穩(wěn)態(tài)模式分布有三種方法:</p><p>　　① 建立NAB=NAF的光學(xué)系統(tǒng);</p><p>　?、?建立穩(wěn)態(tài)模式模擬器，一般包括擾模器和包層模消除器;</p><p>　?、?用一根性能和被測(cè)光纖相同或相似的輔助光纖，代替光纖禍合長(zhǎng)度的作用，這種方法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用得非常方便。</p><p>　　光源一般采用譜線寬度足夠

48、窄的激光器。在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，光源位置、強(qiáng)度和波長(zhǎng)應(yīng)保持穩(wěn)定。注入裝置的功能是保證多模光纖在短距離內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)模式分布。對(duì)于單模光纖，應(yīng)保證全長(zhǎng)為單模傳輸。接收一般包括光敏面積足夠大的光檢測(cè)器、放大器和電平測(cè)量或數(shù)據(jù)顯示，通常用光功率計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　根據(jù)測(cè)得的和計(jì)算α值</p><p>　　對(duì)于損耗譜的測(cè)量要求采用譜線寬度很寬的光源(例如鹵燈或發(fā)光管)和波長(zhǎng)選擇器（例如單色儀

49、或?yàn)V光片)，測(cè)出不同波長(zhǎng)的光功率(λ)和(λ)的，然后計(jì)算。α(λ)值。</p><p>　　剪斷法是根據(jù)損耗系數(shù)的定義，直接測(cè)量傳輸光功率而實(shí)現(xiàn)的，所用儀器簡(jiǎn)單，R量結(jié)果準(zhǔn)確，因而被確定為基準(zhǔn)方法。但這種方法是破壞性的，不利于多次重復(fù)測(cè)量。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用插入法作為替代方法。插入法是在注入裝置的輸出和光檢測(cè)器的輸入之間直接連接，測(cè)出光功率，然后在兩者之間插入被

50、測(cè)光纖，再測(cè)出光功率，據(jù)此計(jì)算α值。這種方法可以根據(jù)工作環(huán)境，靈活運(yùn)用，但應(yīng)對(duì)連接損耗作合理的修正。</p><p><b>　　(2)后向散射法</b></p><p>　　瑞利散射光功率與傳輸光功率成比例。利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來(lái)確定光纖損耗系數(shù)的方法，稱為后向散射法。</p><p>　　設(shè)在光纖中正向傳輸光功率為P，經(jīng)過(guò)L

51、1，和L2點(diǎn)(L1<L2)時(shí)分別為,和 (>),從這兩點(diǎn)返回輸入端(L=0)。光檢測(cè)器的后向散身d光功率分別為Pd(L1)和Pd(L2)，經(jīng)分析推導(dǎo)得到，正向和反向平均損耗系數(shù)</p><p>　　用后向散射法的原理設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器稱為光時(shí)域反射儀(OTDR)。這種儀器采用單端輸入和輸出，不破壞光纖，使用非常方便。OTDR不僅可以測(cè)量光纖損耗系數(shù)和光纖長(zhǎng)度，還可以測(cè)量連接器和接頭的損耗，觀察光纖沿線的均

52、勻性和確定故障點(diǎn)的位置，確實(shí)是光纖通信系統(tǒng)工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不可缺少的工具</p><p>　　1.4光纖的檢測(cè)和維護(hù)</p><p>　　隨著光纖在通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，隨著電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，光纜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模迅速擴(kuò)大。對(duì)光纜網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商而言，如何提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效益就顯得尤為重要。一方面需要及時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)狀況，在發(fā)生劣化或故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確定位，縮短障礙歷時(shí);另一方面，一條光纜從設(shè)計(jì)、施工到維護(hù)，積

53、累了大量的文檔資料，需要先進(jìn)的手段對(duì)這些收據(jù)進(jìn)行保存和處理;此外，隨著維護(hù)體制的改革和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)水平的提高，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程管理的自動(dòng)化，已成為網(wǎng)絡(luò)管理更高層次的要求和趨勢(shì)。</p><p>　　在光纖通信工程的施工過(guò)程和光纖通信中必須面對(duì)的問(wèn)題就是光纖設(shè)備和線路技術(shù)指標(biāo)測(cè)試和故障測(cè)試，其中關(guān)鍵是光功率衰減值和語(yǔ)音或數(shù)字信息傳輸?shù)那闆r測(cè)試。</p><p>　　1.4.1光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)<

54、/p><p>　　光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集測(cè)試、告警、信息處理、業(yè)務(wù)管理于一體的光纖網(wǎng)絡(luò)綜合維護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)光纜系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和管理及維護(hù)是一個(gè)有力的支持，使他們隨時(shí)掌握光纜線路的狀態(tài)及性能，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障，提前采取措施，防患于未然。在光纜發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、分析故障原因并對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，縮短障礙歷時(shí)。另外，可為運(yùn)營(yíng)商和管/維護(hù)者提供各種光纜的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)，滿足似門運(yùn)行、管理、維護(hù)的需要</p>

55、;<p>　　這種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般可通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中光纖的原始數(shù)據(jù)對(duì)比分析光纖測(cè)試結(jié)果的變化，可判斷出光纖品質(zhì)的劣化以及估計(jì)光纜的壽命等，從而便于及早制定出光纖網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)、更換及維護(hù)計(jì)劃。光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可自身組成局域網(wǎng)，也可以通過(guò)通信等方式遠(yuǎn)程登錄到上一級(jí)監(jiān)控或網(wǎng)管中心，建立一套相互級(jí)聯(lián)的光纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特征主要表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)化、綜合化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。&l

56、t;/p><p>　　1.4.2便攜式光纖測(cè)試儀器</p><p>　　除了光纖網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以外，便攜式的光纖測(cè)試儀也是執(zhí)行光纖測(cè)試不可缺少的設(shè)備。而光纖和光纜的測(cè)試儀表大多建立在光學(xué)和電子學(xué)原理之上的，是多學(xué)科技術(shù)的綜合，因此系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備昂貴。</p><p>　　光時(shí)域反射儀(OTDR)也是主要的光纖側(cè)試儀器。OTDR測(cè)試是通過(guò)發(fā)射光脈沖</p>

57、<p>　　到光纖內(nèi)，然后在OTDR端口接收返回的信息來(lái)進(jìn)行。當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，會(huì)由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接合點(diǎn)、彎曲或其它類似的事件而產(chǎn)生散射、反射。其中一部分的散身司和反射就會(huì)返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測(cè)器來(lái)測(cè)量，它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或曲線片斷。</p><p>　　OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來(lái)表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號(hào)沿著光纖產(chǎn)生無(wú)規(guī)律

58、的散射而形成。OTDR就測(cè)量回到OTDR端口的一部分散射光。這些背向散射信號(hào)就表明了由光纖而導(dǎo)致的衰減(損粉距離)程度。形成的軌跡是一條向下的曲線，它說(shuō)明了背向散射的功率不斷減小，這是由于經(jīng)過(guò)一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號(hào)都有所損耗。</p><p>　　給定了光纖參數(shù)后，瑞利散射的功率就可以標(biāo)明出來(lái)，如果波長(zhǎng)已知，它就與信號(hào)的脈沖寬度成比例:脈沖寬度越長(zhǎng)，背向散射功率就越強(qiáng)。瑞利散射的功率還與發(fā)射信號(hào)的波

59、長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)較短則功率較強(qiáng)。也就是說(shuō)用1310nm信號(hào)產(chǎn)生的軌跡會(huì)比1550nm信號(hào)所產(chǎn)生的軌跡的瑞利背向散射要高。</p><p>　　在高波長(zhǎng)區(qū)(超過(guò)1500nm) ，瑞利散射會(huì)持續(xù)減小，但另外一個(gè)叫紅外線衰減(或吸收)的現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)，增加并導(dǎo)致了全部衰減值的增大。因此，1550nm是最低的衰減波長(zhǎng);這也說(shuō)明了為什么它是作為長(zhǎng)距離通信的波長(zhǎng)。很自然，這些現(xiàn)象也會(huì)影響到OTDR.作為1550m 波長(zhǎng)的OTDR，它

60、也具有低的衰減性能，因此可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的測(cè)試。而作為高衰減的1310nm或1625nm波長(zhǎng)，OTDR的測(cè)試距離就必然受到限制，因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備需要在OTDR軌跡中測(cè)出一個(gè)尖鋒，而且這個(gè)尖鋒的尾端會(huì)快速地落入到噪音中。</p><p>　　另一方面 ,菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個(gè)別點(diǎn)而引起的，這些點(diǎn)是由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點(diǎn)上，會(huì)有很強(qiáng)的背向散射光被反射回來(lái)。因此，O

61、TDR就是利用菲涅爾反射的信息來(lái)定位連接點(diǎn)，光纖終端或斷點(diǎn)。</p><p>　　換句話說(shuō) ，OTDR的工作原理就類似于一個(gè)雷達(dá)。它先對(duì)光纖發(fā)出一個(gè)信號(hào)，然后觀察從某一點(diǎn)上返回來(lái)的是什么信息。這個(gè)過(guò)程會(huì)重復(fù)地進(jìn)行，然后將這些結(jié)果進(jìn)行平均并以軌跡的形式來(lái)顯示，這個(gè)軌跡就描繪了在整段光纖內(nèi)信號(hào)的強(qiáng)弱(或光纖的狀態(tài))。</p><p>　　光纖在架設(shè)，熔接完工后就是測(cè)試工作，例如用加拿大EXFO

62、公司的FTB-100B便攜式中文彩色觸摸屏OTDR測(cè)試儀(動(dòng)態(tài)范圍有32/31, 37.5/35, 40/38, 45/43db)，可以測(cè)試，光纖斷點(diǎn)的位置;光纖鏈路的全程損耗:了解沿光纖長(zhǎng)度的損耗分布;光纖接續(xù)點(diǎn)的接頭損耗。為了測(cè)試準(zhǔn)確，OTDR測(cè)試儀的脈沖大小和寬度要適當(dāng)選擇，按照廠方給出的折射率。值的指標(biāo)設(shè)定。在判斷故障點(diǎn)時(shí)，如果光纜長(zhǎng)度預(yù)先不知道，可先放在自動(dòng)OTDR，找出故障點(diǎn)的大體地點(diǎn)，然后放在高級(jí)OTDR。將脈沖大小和寬度

63、選擇小一點(diǎn)，但要與光纜長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)，盲區(qū)減小直至與坐標(biāo)線重合，脈寬越小越精確，當(dāng)然脈沖太小后曲線顯示出現(xiàn)噪波，要恰到好處。再就是加接探纖盤(pán)，目的是為了防止近處有盲區(qū)不易發(fā)覺(jué)。關(guān)于判斷斷點(diǎn)時(shí)，如果斷點(diǎn)不在接續(xù)盒處，將就近處接續(xù)盒打開(kāi)，接上OTDR測(cè)試儀，測(cè)試故障點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)的準(zhǔn)確距離，利用光纜上的米標(biāo)就很容易找出故障點(diǎn)。利用米標(biāo)查找故障時(shí)，對(duì)層絞式光纜還有一個(gè)絞合率問(wèn)題，那就是光纜的長(zhǎng)度和光纖的長(zhǎng)度并不相等，光纖的長(zhǎng)度大約是光纜長(zhǎng)度的1.0

64、05倍，利用上述方法可成功排除多處斷點(diǎn)和高損耗點(diǎn)。</p><p>　　光功率計(jì)是用于局域網(wǎng)和前提測(cè)試的理想工具，可以對(duì)單模、多模光纖進(jìn)行衰減的測(cè)試。</p><p>　　1.5光纖測(cè)試技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)</p><p>　　光纖通信領(lǐng)域涉及范圍很廣，如各種寬窄帶通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)業(yè)務(wù)、廣播電視網(wǎng)、移動(dòng)和固定無(wú)線通信業(yè)務(wù)、接入網(wǎng)業(yè)務(wù)及各種設(shè)備制造業(yè)等。目前隨著各種

65、通信新技術(shù)的發(fā)展及新興通信設(shè)備的出現(xiàn)，用于光纖通信測(cè)試的測(cè)試手段及各種專用、通用測(cè)試設(shè)備也大量地得到應(yīng)用。</p><p><b>　　1.5.1國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)</b></p><p>　　國(guó)家“十五”863計(jì)劃在通信技術(shù)主題設(shè)立光纖通信分項(xiàng)研究計(jì)劃，稱之為“光時(shí)代”(O-TIME,Optical Technology for Internet with Multi-wav

66、elength Environment)計(jì)劃。在國(guó)家863計(jì)劃和其他計(jì)劃及部門的大力支持下，經(jīng)過(guò)我國(guó)科技人員長(zhǎng)期不懈的艱苦努力，我國(guó)的光通信技術(shù)的研究近年來(lái)也己取得了很大的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從小到大、從弱到強(qiáng)的歷史性跨越，綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)。</p><p>　　隨著數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，無(wú)論是數(shù)字移動(dòng)通信測(cè)試還是光通信測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，都面臨著一些與傳統(tǒng)測(cè)試有著不同意義的變化，需要測(cè)試的參數(shù)越來(lái)越多，精度要

67、求越來(lái)越高，測(cè)試速度越來(lái)越快，頻率范圍越來(lái)越寬?，F(xiàn)代通信領(lǐng)域的測(cè)試越來(lái)越多地應(yīng)用到了基于軟件的測(cè)試解決方案，軟件測(cè)試是硬件測(cè)試之后的新發(fā)展方向。在將來(lái)，測(cè)試過(guò)程軟件化程度還將越來(lái)越高，向著全自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　通信測(cè)試儀表作為尖端的高技術(shù)產(chǎn)品，在很大程度上反映了一個(gè)國(guó)家的通信技術(shù)水平。我國(guó)生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)光纖測(cè)試儀器的廠家并不多，其中多數(shù)是代理國(guó)外廠家的產(chǎn)品，其共同特點(diǎn)是價(jià)格貴，每套價(jià)格均在

68、十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)以上。</p><p>　　國(guó)內(nèi)的上海嘉慧光電子技術(shù)有限公司日前推出一款專用于CWDM 系統(tǒng)的手持式光功率計(jì)。該款光功率計(jì)的特別之處在于其具有針對(duì)CWDM 系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)波長(zhǎng):1470nm, 1490nm, 1510nm, 1530nm, 1550nm, 1570nm, 1590nm, 1610nm，同時(shí)它還可實(shí)現(xiàn)CWDM波段絕對(duì)功率和衰減值的測(cè)量，其對(duì)1470nm到1610nm范圍內(nèi)CWDM波長(zhǎng)

69、的校準(zhǔn)精度可達(dá)到2%。該款產(chǎn)品操作簡(jiǎn)捷，能有效改善測(cè)量效率和測(cè)量準(zhǔn)確性，可廣泛應(yīng)用于CWDM系統(tǒng)的測(cè)試及維護(hù)工作。</p><p><b>　　1.5.2軍事應(yīng)用</b></p><p>　　由于本課題研究的光纖測(cè)試儀適合于軍事上的野戰(zhàn)光纖測(cè)試，所以有必要介紹光纖在軍事上的應(yīng)用。</p><p>　　光纖技術(shù)不僅在電信等民用領(lǐng)域取得了飛速的發(fā)展

70、，而且因其抗電磁干擾、保密性好、抗核輻射等能力，以及重量輕、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，使它也得到了各發(fā)達(dá)國(guó)家政府和軍方的重視與青睞。特別是在美國(guó)，早在80年代中期，先后計(jì)劃的光纖軍事應(yīng)用項(xiàng)目就達(dá)400項(xiàng)左右，這些項(xiàng)目包括固定設(shè)施通信網(wǎng)、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)、遙控偵察車輛和飛行器、光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、航空電子數(shù)據(jù)總線和控制鏈路、艦載光纖數(shù)據(jù)總線、反潛戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)、水聲拖曳陣列、遙控深潛器、傳感器和核試驗(yàn)。這些項(xiàng)目陸續(xù)有報(bào)道取得了不同的進(jìn)展。進(jìn)入90年代以來(lái)，光纖技術(shù)的軍

71、事應(yīng)用繼續(xù)受到美、歐等國(guó)軍方的重視。在美國(guó)，智能光纖測(cè)試儀的設(shè)計(jì)三軍光纖技術(shù)開(kāi)發(fā)活動(dòng)的計(jì)劃項(xiàng)目分成五大部分:有源和無(wú)源光元件、傳感器、輻射效應(yīng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由三軍光纖協(xié)調(diào)委員會(huì)進(jìn)行組織，每年投資為5千萬(wàn)美元。</p><p>　　在面向21世紀(jì)的今天，美國(guó)國(guó)防部已把“光子學(xué)、光電子學(xué)”和“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信”列為2010年十大國(guó)防技術(shù)中的兩項(xiàng)。其中光纖技術(shù)占據(jù)著舉足輕重的地位。這預(yù)示著美國(guó)等西方國(guó)家對(duì)光纖技術(shù)軍

72、事應(yīng)用的研究將全面展開(kāi)并加速進(jìn)行。而各項(xiàng)先期應(yīng)用及演示、驗(yàn)證表明，21世紀(jì)的軍事通信和武器裝備離開(kāi)了光纖技術(shù)將無(wú)“現(xiàn)代化”或“先進(jìn)”可言，在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中將處于被動(dòng)挨打的局面。</p><p><b>　　1.5.3市場(chǎng)前景</b></p><p>　　隨著光纖通信、移動(dòng)通信和以IP為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的飛速發(fā)展，其相應(yīng)的測(cè)試技術(shù)也呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，光纖通信儀表、移動(dòng)

73、通信儀表和網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀表成為當(dāng)今通信測(cè)試儀表研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用熱點(diǎn)</p><p>　　光纖測(cè)試儀表與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、集成技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，是多學(xué)科技術(shù)的綜合。近些年來(lái)，光纖測(cè)試儀表的技術(shù)走向主要表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)化、綜合化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。</p><p>　　全球著名的IT及電信行業(yè)市場(chǎng)咨詢和顧問(wèn)機(jī)構(gòu)IDC公司曾指出，今年以及今后幾年中國(guó)通信測(cè)試產(chǎn)品市場(chǎng)將會(huì)保持持續(xù)的增長(zhǎng)

74、，3G的即將商用、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜以及日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，都給通信測(cè)試市場(chǎng)帶來(lái)了難得的商機(jī)，通信測(cè)試市場(chǎng)正逐漸成為又一淘金重地。</p><p><b>　　2系統(tǒng)的組成及功能</b></p><p>　　2.1光纖測(cè)試儀的組成及其技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　該光纖測(cè)試儀整機(jī)以AT89C52單片機(jī)為核心(系統(tǒng)原理框

75、圖參見(jiàn)圖3.1)，管理整機(jī)工作方式和操作過(guò)程。鍵盤(pán)電路用來(lái)輸入控制單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)操作的指令，如工作狀態(tài)切換、校準(zhǔn)、記錄、查詢等。RT12232中文液晶顯示屏用以配合CPU和鍵盤(pán)顯示測(cè)試儀的工作狀態(tài)、操作菜單、測(cè)量結(jié)果、查詢內(nèi)容等。非易失性存儲(chǔ)器(X25045)一方面作為記錄數(shù)據(jù)的載體，同時(shí)還兼有看門狗的功能，監(jiān)控單片機(jī)工作。</p><p>　　接收電路將接收光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，一方面送信號(hào)放大電路、功率放大電路

76、、最后送到耳機(jī)產(chǎn)生語(yǔ)音輸出，同時(shí)，還要將放大后的信號(hào)傳送到解調(diào)電路產(chǎn)生CPU需要的數(shù)據(jù)信號(hào);另一方面，送到功率測(cè)量電路、A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量最后送到單片機(jī)換算出對(duì)應(yīng)的光功率數(shù)值;發(fā)送電路將調(diào)制后的CPU要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)或麥克經(jīng)放大的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)發(fā)送到光纖中。</p><p>　　電源電路包括定時(shí)關(guān)機(jī)電路、+4.8V穩(wěn)壓輸出，用來(lái)為整機(jī)供電。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要實(shí)

77、現(xiàn)由十個(gè)模塊構(gòu)成，即電源供電電路、激光接收電路、對(duì)數(shù)放大電路、前置放大電路、語(yǔ)音放大電路、數(shù)字信號(hào)的放大與編解碼電路、信號(hào)發(fā)送電路、麥克放大電路、單片機(jī)及外圍電路、自動(dòng)關(guān)機(jī)和啟動(dòng)電路。</p><p>　　此智能光纖測(cè)試儀成對(duì)使用，其中一個(gè)用來(lái)發(fā)射，另一個(gè)用來(lái)接受。一方面可以雙方進(jìn)行全雙工語(yǔ)音通話來(lái)直觀的檢測(cè)光纖線路的通斷;另一方面可以通過(guò)發(fā)射數(shù)字信號(hào)來(lái)具體的測(cè)量光纖線路。其各項(xiàng)指標(biāo)如下:</p>

78、<p>　　光功率測(cè)量精度：絕對(duì)誤差<0.5dBm。</p><p>　　光功率測(cè)量范圍：0～ -60dBm。</p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)傳輸動(dòng)態(tài)范圍：0～ -50 dBm。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)傳輸動(dòng)態(tài)范圍：0～ -45 dBm。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)傳輸速率： 240bit/s。</p>&

79、lt;p>　　手持六節(jié)充電電池供電，供電時(shí)間（1300Ah）>10h</p><p>　　2.2光纖測(cè)試儀的功能</p><p>　　本設(shè)計(jì)的智能光纖測(cè)試儀可民用和商民，同時(shí)也可應(yīng)用于野戰(zhàn)光纖測(cè)試，具有光話機(jī)和光功率計(jì)雙重功能。以全中文界面操作，使用簡(jiǎn)單。具體功能如下:</p><p><b>　　(1)光話機(jī)功能</b></

80、p><p>　　光話機(jī)狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通話、傳遞呼叫信息并顯示“被呼叫”信息?？赏ㄔ?語(yǔ)音)的最小光功率不高于-50dBm，此時(shí)能產(chǎn)生呼叫提示音。可靠傳遞呼叫信息(數(shù)據(jù))的最小光功率不高于-OdBm，接收方能以中文方式顯示“被呼叫”。</p><p><b>　　(2)光功率計(jì)功能</b></p><p>　　光功率狀態(tài)能夠?qū)邮盏降墓庑盘?hào)強(qiáng)度進(jìn)行

81、測(cè)量，測(cè)量顯示范圍為0～ -60dBm，并以口口.口口dB形式顯示，測(cè)量誤差-<0.5dB。在光功率計(jì)狀態(tài)按“呼叫”鍵，能把本機(jī)測(cè)得的光功率值傳給對(duì)方，同時(shí)也能顯示對(duì)方傳來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　(3)數(shù)字通信功能</b></p><p>　　GXJC型光纖測(cè)試儀之間能夠傳輸數(shù)字信號(hào)，具體來(lái)講:</p><p>　　①在

82、光話機(jī)狀態(tài)按“呼叫”鍵，在產(chǎn)生呼叫音的同時(shí)，也能向?qū)Ψ桨l(fā)出“呼叫碼”，接收方CPU接到“呼叫碼”后在屏幕上顯示“被呼叫”以提示測(cè)試人員，同時(shí)也說(shuō)明光路傳輸正常。</p><p>　　②在光功率計(jì)狀態(tài)按“呼叫”鍵，能把本機(jī)測(cè)得的光功率值傳給對(duì)方。</p><p><b>　　(4)記錄功能</b></p><p>　　在光功率計(jì)狀態(tài)，正確測(cè)量之后

83、，若需要保留結(jié)果，按“記錄”鍵，便可以保存當(dāng)前測(cè)量結(jié)果(R)和對(duì)方發(fā)送過(guò)來(lái)的測(cè)量結(jié)果(T)，每次按下“記錄”鍵均保一組數(shù)據(jù)(一個(gè)本機(jī)測(cè)量光功率(R)和一個(gè)對(duì)方傳送來(lái)的光功率(T))。最多可記錄50條記錄。</p><p><b>　　(5)查詢功能</b></p><p>　　在光話機(jī)或光功率計(jì)狀態(tài)，按下“查詢”鍵，可以查看記錄數(shù)據(jù)，通過(guò)“▲”鍵和“”鍵可以實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)，

84、翻到開(kāi)始或結(jié)尾自動(dòng)循環(huán)。</p><p><b>　　2.3技術(shù)難點(diǎn)</b></p><p>　　(1)光功率在-40dBm以下信號(hào)放大電路的噪聲處理</p><p>　　光功率在-0dBm時(shí)，激光接收管接收到的平均光電流只有0.0385µA，是0dBm時(shí)</p><p>　　信號(hào)的1%o ;光功率在-50dB

85、m時(shí)，激光接收管接收到的平均光電流只有0.0038µA?？上?lt;/p><p>　　而知，若想實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)字信號(hào)接收功能，放大電路的動(dòng)態(tài)增益將高達(dá)l00dB (10000</p><p>　　倍)以上。在這樣寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，電路的信噪比和噪聲的抑制處理將是十分突出的難</p><p><b>　　點(diǎn)。</b></p>&l

86、t;p>　　(2) 光功率測(cè)量精度</p><p>　　光功率在0～-60dBm的范圍內(nèi)，激光接收管產(chǎn)生的光電流為0.35mA～0.35nA，跨越6</p><p>　　個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)放大電路的原理設(shè)計(jì)和器件選擇都提出了很高的要求。尤其是在低光功率</p><p>　　時(shí)，器件的溫度漂移會(huì)造成測(cè)量及過(guò)的溫漂誤差，運(yùn)放的失調(diào)電流還會(huì)造成測(cè)量一曲線畸</p&g

87、t;<p>　　變，產(chǎn)生較嚴(yán)重的非線性誤差。因此，在保證光功率測(cè)量精度問(wèn)題上，既要從器件選擇</p><p>　　和原理設(shè)計(jì)上采取措施，還要通過(guò)軟件的方法，校正測(cè)量曲線畸變，補(bǔ)償測(cè)量電路的非</p><p>　　線性誤差。因此，保證光功率測(cè)量精度是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。</p><p>　　(3)電池供電電路的微功耗設(shè)計(jì)</p><p&g

88、t;　　由于光纖測(cè)試儀是手持設(shè)備，采用電池供電，因此節(jié)電設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　節(jié)電設(shè)計(jì)既包含硬件電路微功耗技術(shù)，又包含軟件節(jié)電技術(shù)。因此，電池供電電路的微</p><p>　　功耗設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中的另一個(gè)難點(diǎn)。</p><p>　　(4)遠(yuǎn)距離數(shù)字通信</p><p>　　在遠(yuǎn)距離的情況下，信號(hào)很弱，噪聲相對(duì)增大，要實(shí)現(xiàn)

89、可靠的數(shù)字傳輸，普通的編/</p><p>　　解碼電路和方案根本行不通。因此，如何從硬件和軟件方面考慮數(shù)字信號(hào)的傳輸問(wèn)題是</p><p>　　設(shè)計(jì)中的又一個(gè)難點(diǎn)。</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1設(shè)計(jì)的原理框圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按

90、以下功能電路來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng):電源電路、激光接收電路、對(duì)數(shù)放大</p><p>　　電路、前置放大電路、語(yǔ)音放大電路、數(shù)字信號(hào)的放大與編解碼電路、信號(hào)發(fā)送電路、</p><p>　　麥克放大電路、單片機(jī)及外圍電路、自動(dòng)關(guān)機(jī)和啟動(dòng)電路。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。</p><p><b>　　圖3.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>

91、;　　Fig.3.1Blockd iagram of the SOFTM system</p><p>　　3.2 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由于是手持設(shè)備，整機(jī)功耗越低越好。激光發(fā)射管的靜態(tài)工作電流為25mA.整機(jī)</p><p>　　工作電流不育創(chuàng)氏于25mA。選用1300mAh的鎳氫充電電池給整機(jī)供電，每節(jié)充電電池滿</p><p&

92、gt;　　電時(shí)為1.4V，空電時(shí)的電壓約為1V，六節(jié)充電電池供電滿電時(shí)的總電壓為8.4V，空電</p><p>　　壓時(shí)的總電壓為6V。電池供電只能提供單正電源，如果設(shè)計(jì)中有需要正負(fù)電源供電的器</p><p>　　件就要使用開(kāi)關(guān)電源電路來(lái)產(chǎn)生多組電壓輸出，這就會(huì)降低供電電源的質(zhì)量，使得電源</p><p>　　噪聲增加很多。而光電轉(zhuǎn)換放大電路對(duì)電源噪聲指標(biāo)的要求極

93、高，因此為了避免負(fù)電</p><p>　　源供電，設(shè)計(jì)中選用的所有器件都是單電源供電器件，采用線性穩(wěn)壓的方式來(lái)得到穩(wěn)定</p><p>　　的供電電壓，所選器件為TPS7348。</p><p>　　低壓差線性穩(wěn)壓電路(LDO)多應(yīng)用在電池供電設(shè)備中，其特點(diǎn)是低壓差、低功耗、</p><p>　　紋波小、穩(wěn)定性高。目前市場(chǎng)上有很多相關(guān)產(chǎn)品出售

94、。典型的有TPS7IXX, TPS72XX,</p><p>　　TPS73XX, AAT3XXX等等。</p><p>　　TPS73XX是低壓差微功耗穩(wěn)壓器件系列產(chǎn)品，與TPS71XX 和TPS72XXL DO不同之處在于它們具有延遲微處理器復(fù)位功能。如果不需要精密延遲復(fù)位，那么設(shè)計(jì)時(shí)也可以考慮使用TPS71XX與TPS72XX。</p><p>　　TPS73

95、XX的RESET輸出設(shè)計(jì)成當(dāng)出現(xiàn)欠壓情況時(shí)在微計(jì)算機(jī)和微處理器系統(tǒng)中能啟動(dòng)復(fù)位，TPS73XX內(nèi)部比較器監(jiān)視穩(wěn)壓器的輸出電壓以便檢測(cè)穩(wěn)壓的輸出電壓的欠壓狀態(tài)，如果出現(xiàn)該狀態(tài)，那么RESET輸出(漏極開(kāi)路NMOS)接通，使RESET信號(hào)為低電平，在出現(xiàn)欠壓情況的期間內(nèi)，RESET信號(hào)保持在低電平。一旦欠壓情況消失，便開(kāi)始200ms(典型值)的超時(shí)周期(time-out)，200ms延遲完成之后，RESET變?yōu)楦唠娖健Ｓ捎谟肞MOS器件代替

96、常規(guī)PNP晶體管可以在常規(guī)LDO性能上進(jìn)一步減小壓差與靜態(tài)電流的幅度。因?yàn)镻MOS器件具有低電阻值的特性，所以降落電壓非常低(對(duì)于TPS7348，當(dāng)輸出電流為100mA時(shí)，降落電壓的最大值為35mV)而且直接正比于輸出電流。另外，因?yàn)镻MOS通路元件是電壓驅(qū)動(dòng)的器件，所以靜態(tài)電流很低且保持不變，它與輸出負(fù)載無(wú)關(guān)(在整個(gè)輸出電流范圍0mA至500mA之內(nèi)典型值為340)。這兩項(xiàng)關(guān)鍵的指標(biāo)使電池供電系統(tǒng)的工作壽命能得到顯著的改進(jìn)。</

97、p><p>　　LDO系列的特點(diǎn)還包括它具有睡眠方式〔sleepm ode)，EN (enable)端加邏輯高信號(hào)將關(guān)斷穩(wěn)壓器，使靜態(tài)電流降至0.5(TJ=25℃時(shí)的最大旬。TPS73XX有3.3V.4.85V以及5V固定電壓類型以及可調(diào)電壓類型(在1.2V～9.75V可調(diào))。</p><p>　　3.3激光接收電路設(shè)計(jì)</p><p>　　激光接收電路的功能是將激光接

98、收管輸出的光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換并放大成電壓信號(hào)輸出，以供電后續(xù)電路處理。激光接收電路原理如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2激光接收電路</p><p>　　Fig.3.2Laserre ceiving circui</p><p>　　在圖中，激光接收管處于零偏壓狀態(tài)（零偏壓狀態(tài)能夠降低激光接收管的噪聲電流），此時(shí)，流過(guò)激光接收管的光電流正比于光纖中的光強(qiáng)度。

99、 S1、S2為繼電器開(kāi)關(guān)，由單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的光功率值對(duì)其控制，用來(lái)切換放大電路中反饋電阻大小（選擇、、的連接情況），調(diào)整輸出電壓對(duì)光電流的增益關(guān)系，以適應(yīng)于遠(yuǎn)、近程不同的信號(hào)范圍。S1、S2能夠似接收電路在光功率為</p><p>　　0～ -20 dBm、-20～ -40 dBm、-40～ -60 dBm的不同范圍內(nèi)具有三種不同的增益。電路中的所有電阻都應(yīng)選溫漂小的金屬膜電阻，電容要選擇漏電小的薄膜電容，運(yùn)算放

100、大器選用OPA2335，該器件是TI公司生產(chǎn)的新型低噪音、低溫漂。低失調(diào)精密運(yùn)算放大器。OPA2335的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是：加入的極限電源電壓7V，信號(hào)輸入電壓范圍為-0.5V～VCC+5V，失調(diào)電壓最大值5 µV,溫漂最大值0.05µV/℃,靜態(tài)電流285µA,使用溫度范圍為-40～ +150℃。</p><p>　　3.4對(duì)數(shù)放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　

101、光纖測(cè)試包括兩方面內(nèi)容：一是測(cè)量光信號(hào)的功率即光功率：二是測(cè)試語(yǔ)音或數(shù)字信號(hào)傳輸情況。</p><p>　　測(cè)量光信號(hào)的光功率數(shù)值，首先要了解光功率的定義，光功率是一個(gè)相對(duì)數(shù)值，一般定義強(qiáng)度為(1mW)的光功率值為0dBm，光強(qiáng)度為 pmW時(shí)的光功率P(單位為dBm)為</p><p>　　P=-20 ㏒

102、（3-1）</p><p>　　由于光功率與光電流存在平方關(guān)系，則</p><p>　　P=-20 ㏒-101㏒ （3-2） </p><p>　　式中：P為光功率；I為激光接收管在強(qiáng)度為pmW的光信號(hào)照射下產(chǎn)生的光電流；為激光接收管在強(qiáng)度為(1mW)的光信號(hào)照射下產(chǎn)生的

103、光電流。</p><p>　　從式（3-2）中可以看出，只要測(cè)得光電流I就能計(jì)算出光功率P，由式中關(guān)系考慮到使用對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器。</p><p>　　要進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)字傳輸，必須對(duì)信號(hào)放大處理。從式（3-2）中可以看出，如果光功率變化范圍為0～ -60 dBm,激光接收管上接收到的光電流將跨越6個(gè)數(shù)量（），動(dòng)態(tài)范圍這樣寬的信號(hào)，用普通線性放大電路無(wú)論如何也是實(shí)現(xiàn)不了的。即使經(jīng)激光接收電路的遠(yuǎn)

104、、近切換開(kāi)關(guān)S1、S2分為0～ -20 dBm、-20～ -40 dBm、-40～ -60 dBm三檔，每擋內(nèi)光電流的最大值與最小值之比也將達(dá)到100倍，用線性放大電路勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大處理，該電路的信噪比也會(huì)很低。因此考慮使用對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器。</p><p>　　MAX4206是新型對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器，該器件可工作于+2.7～ +11V的單電源或2.7～ 5.5V的雙電源。輸入電流動(dòng)態(tài)范圍可以在10nA～1mA的范圍

105、。MAX4206能夠計(jì)算輸入電流與基準(zhǔn)電流（外部或內(nèi)部生成的）之比的對(duì)數(shù)，并以電壓形式輸出，輸出電壓與輸入電流及基準(zhǔn)電流之間的關(guān)系為</p><p>　　U=0.25㏒ （3-3）</p><p>　　式中：U為對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器輸入電流；I為對(duì)數(shù)運(yùn)算放大輸入電流；為對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器參比電流（基準(zhǔn)電流）。</

106、p><p>　　MAX4206對(duì)數(shù)運(yùn)算放大器也采用了運(yùn)算放大器輸入結(jié)構(gòu)、BJT反饋、差分放大器和溫度補(bǔ)償電路等。為省去射極的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，重新布置了BJT晶體管電路的連接，以便于實(shí)現(xiàn)單電源工作。內(nèi)置通用運(yùn)算放大器，可用于實(shí)現(xiàn)后面的增益、失調(diào)調(diào)整甚至PID控制電路。MAX4206集成了微調(diào)電位器和輸出放大器等元件，因此只需極少的外部元件即可正帶工作。與以前放大器不同的是，現(xiàn)在的對(duì)數(shù)放大器在微小的封裝（MAX4206采用4

107、mmx 4mm、16引腳TQFN封裝）內(nèi)集成了所有的電子電路。單電源工作是一些現(xiàn)代直流對(duì)數(shù)放大器的一項(xiàng)新革新，非常適合單電源工作的ADC/系統(tǒng)。MAX4206即可采用+2.7～ +11V的單電源或2.7～ 5.5V的雙電源。采用單電源供電會(huì)產(chǎn)生一個(gè)后果，既這些對(duì)數(shù)放大器通常在其輸入端保持一個(gè)典型為0.5V的共模電壓，以正確偏置求對(duì)數(shù)BJT。由于這些對(duì)數(shù)放大器是電流輸入器件，對(duì)于大多數(shù)電流測(cè)量應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)由內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)模電壓通常不會(huì)產(chǎn)生