公開發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文(2)
公開發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文
公開發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文篇二
基于光纖通信的礦井通信應(yīng)用策略研究
摘 要： 對光纖通信的原理和特點(diǎn)進(jìn)行介紹，結(jié)合礦井通信的特點(diǎn)，分析礦井光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)，最后，在此基礎(chǔ)上結(jié)合目前光纖通信的發(fā)展水平，提出相應(yīng)光纖通信的礦井應(yīng)用策略，并對今后礦井通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展做出預(yù)測。
關(guān)鍵詞： 礦井通信;光纖通信;應(yīng)用策略
中圖分類號：TD655 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597(2011)1010010-02
目前，有一種利用光波承載傳播信息的通信技術(shù)叫做光纖通信技術(shù)，就像如安全監(jiān)控，電信通信，現(xiàn)代化智能大廈等等。部分發(fā)達(dá)國家將光纖到戶的構(gòu)想應(yīng)用到了實(shí)踐。隨著電器件的不斷升級和發(fā)展，礦井通信技術(shù)也得到了升級和發(fā)展。礦井通信技術(shù)通過光纖與各種終端直接連接。雖然光纖通信技術(shù)在地面上已成功應(yīng)用和推廣，但由于地下礦井通信的具體特點(diǎn)，從而鋪設(shè)光纖具有更為復(fù)雜的因素，從而光纖通信技術(shù)在礦井使用較少。要實(shí)現(xiàn)礦井通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展必須建立在對相應(yīng)技術(shù)研究和理論發(fā)展的基礎(chǔ)之上。
1 光纖通信技術(shù)的原理特點(diǎn)及分類
1.1 光纖通信技術(shù)的原理特點(diǎn)
光纖是由纖芯、填充料、加強(qiáng)肋、護(hù)套等部分構(gòu)成，和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15mm-50mm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8mm-10mm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。其中由脆性石英玻璃纖維拉制的纖維其傳輸信號作用。利用光束傳遞信息的這種新技術(shù)是光纖通信，光纖是光的傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)信息由激光發(fā)生器一端傳播到激光接收器一端是利用光波在光纖中全反射來實(shí)現(xiàn)的。光纖通過將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，使轉(zhuǎn)換后的光信號在光纖內(nèi)遠(yuǎn)距離傳輸，到達(dá)目的地后再將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。
光纖通信過程中，并不是任意波長的光信號都能在光纖中傳播，而只有位于1260mm以及1650mm，即光纖截止波長和光纖本征吸收波長之間的波長才能在光纖中用于通信傳輸。由于二氧化硅在1385nm波長附近的羥基的水吸收峰，從而導(dǎo)致該波段的信號衰減很大，無法實(shí)現(xiàn)信息的有效傳輸，從而不能用于光纖通信。但還可采用新技術(shù)，抵消了水吸收峰的衰減，增長了光纖通信能力。光纖通信的技術(shù)指標(biāo)指的是光纖的傳播屬性，包括衰減和色散兩方面。光纖通信中的衰減雖相對較小，但通信過程中各波段都存在衰減現(xiàn)象，從而在光纖通信建設(shè)過程中，可通過限制光信號的傳輸距離減少衰減。使用各種放大器是為了克服衰減對傳輸距離的影響。光信號的損耗也會由光纖的彎曲造成。光纖的曲率半徑應(yīng)大于十毫米是為了避免彎曲帶來的損耗。目前，已實(shí)現(xiàn)了對彎曲損耗的控制。色散的激光光源能通過激光發(fā)生器產(chǎn)生不單一的頻率，激光光源由一定波長范圍的光組成，不同的光源波長決定了不同的信息傳播速度。由此造成傳遞信息的畸變是到達(dá)接受端的不同步的原因，這就稱為光的色散。光纖中的色散能使信號中的光脈沖波段變寬，能實(shí)現(xiàn)同一信號的傳遞，從而造成信息傳輸中的誤碼現(xiàn)象。從而在大長度的高速傳播系統(tǒng)中應(yīng)考慮色散的補(bǔ)償技術(shù)。當(dāng)前開發(fā)的色散位移光纖(DSF)是專門來解決色散補(bǔ)償問題的，它通過加大結(jié)構(gòu)色散，從而抵消材料色散實(shí)現(xiàn)了對色散的補(bǔ)償。
1.2 光纖通信技術(shù)的分類
1)傳輸點(diǎn)模數(shù)類
傳輸點(diǎn)模數(shù)類分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小，在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上，能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能較差。
2)折射率分布類
折射率分布類光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個常數(shù)。在纖芯和保護(hù)層的交界面，折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小，在纖芯與保護(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。
2 在礦井中光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用策略
光纖通信具有頻帶寬、傳輸量大、損耗小、保密性好、受電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)，也因此得到人們的青睞。與地面光纖通信相比，井下的礦井光纖通信環(huán)境惡劣、礦塵重、濕度大、分支多、巷道曲折等具體的環(huán)境特點(diǎn)。但是，由于光纖通信將工作電信號轉(zhuǎn)換為了光信號，從而降低了電氣防爆、井下電磁干擾、不受電源電壓波動的影響。從而，礦井光纖通信技術(shù)的應(yīng)用能在一定程度上對安全監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度和搶險救災(zāi)等造成重要的影響。
2.1 礦井光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)
1)優(yōu)點(diǎn)
?、?較低的耗損率，光纖通信在短距離具有較高的傳輸效率，長距離的光纖通信可通過信號放大設(shè)備保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，具有較高的可靠性。而電纜信息傳輸設(shè)備，在一兩公里內(nèi)就需要設(shè)備裝置放大信號，不利于井下礦井通信系統(tǒng)系統(tǒng)的操作和施工。② 容量大、帶寬較寬。光纖相對電纜而言，具有十分強(qiáng)的通信能力，能充分滿足礦井通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊男枰?。?抗電磁干擾性能高。光纖以及光纖工作中不導(dǎo)電，從而避免了由于使用電纜距離較近而造成的信息干擾現(xiàn)象，并且外界的電磁信號也難以對光信號造成影響，抗干擾的能力高。④ 抗噪聲干擾能力強(qiáng)。礦井中的電機(jī)、照明等設(shè)備發(fā)出的噪聲將不會對光纖信號的傳輸產(chǎn)生影響。井下其他電噪聲源的啟停、開關(guān)的閉合、各種電弧等都不會影響光纖通信。同時，通信光纖也不會輻射射頻(RF)對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。⑤ 安全通信，光纖不導(dǎo)電，從而適用于礦井通信，不會產(chǎn)生接地、共地現(xiàn)象，光纖的安裝、測試等也將不受礦井電流電壓影響。⑥ 適應(yīng)性強(qiáng)。礦井環(huán)境具有潮濕、灰塵大且含有有毒氣體等特點(diǎn)。與電纜相比，光纖受溫度影響小、抗氧化性、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。從而能適應(yīng)礦井井下工作環(huán)境。此外，光纖是使用壽命較長。⑦ 經(jīng)濟(jì)性。光纖具有體積小、重量輕，從而便于安裝和運(yùn)輸。并且光纖的價格相對較低，并且能節(jié)約金屬材料的應(yīng)用，節(jié)約安裝的成本，光纖也具有損耗低的優(yōu)勢，基本不需要中繼器，很大程度上降低了建設(shè)和運(yùn)行的成本。⑧ 防爆性能好。礦井環(huán)境含有大量易燃易爆等有害氣體，從而，礦井設(shè)備應(yīng)具有一定的防爆能力。光纖傳播使用的光信號將引發(fā)爆炸的概率極小，防爆性能很好。
2)缺點(diǎn)
?、?與電纜通信材料相比，光纖的缺陷在于機(jī)械性能差、脆性大、抗拉強(qiáng)度小，對井下的施工作業(yè)帶來了一定的難度。② 光纖通信以光信號為傳輸載體，而當(dāng)前礦井通信終端設(shè)備采用的是電信號，由此需要實(shí)現(xiàn)光信號與電信號的轉(zhuǎn)換，而光電信號轉(zhuǎn)換的接口價格較高，增加了通信系統(tǒng)的建設(shè)成本。③ 光纖的焊接、檢測、維修需要專門的設(shè)備。光纖的維修過程十分復(fù)雜，由此需要專門的設(shè)備維修人員進(jìn)行維修。
2.2 礦井光纖通信應(yīng)用
1)礦井光纖通信的特點(diǎn)
?、?與地面相比，井下礦井巷道的長度基本都屬于短距離傳輸。② 礦井巷道的工作環(huán)境較為惡劣，具有礦塵重、濕度大、空間狹窄、分支多、巷道彎曲大等特點(diǎn)，從而礦井的光纖通信設(shè)備的建設(shè)和維護(hù)提出了較高的要求。③ 井下礦井巷道的彎曲多、傾斜度大，在施工建設(shè)過程中應(yīng)著重避免彎曲損耗。④ 井下通信體系一般集中在巷道的工作面上，井下監(jiān)控書面低于地面，礦井內(nèi)的信息通信量較小。⑤ 光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電信號到光信號的轉(zhuǎn)換，從而避免了電磁干擾、電氣防爆等危險因素。
2)礦井光纖通信的應(yīng)用
礦井光纖通信的應(yīng)用，應(yīng)綜合考慮光纖通信系統(tǒng)中的距離、傳輸容量以及通信質(zhì)量的要求，并在滿足了當(dāng)前通信需要的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)通信需求的長遠(yuǎn)發(fā)展，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)性。以光纖通信在礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用為例。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，這對系統(tǒng)自動化程度的提高有很大作用。通信質(zhì)量對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)影響很大，而通信質(zhì)量與生產(chǎn)安全和效率直接相關(guān)。提升機(jī)機(jī)房的環(huán)境很好，規(guī)范安裝可以以最低的成本收獲較好的效果。北洺河鐵礦在2007年改造了其副井的提升機(jī)操作系統(tǒng)。信號系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP總線，其傳輸速度為12Mbit/s?？偩€連接的各水平信號臺采用S7-300信號模塊，它與PROFIBUS-DP網(wǎng)的連接用西門子ET200M通信模塊，電纜和光纜的轉(zhuǎn)換設(shè)備用西門子光纖鏈路模塊OLM/G12。這個模塊有1個RS485接口，3個接口，還有2個光纖接口。此過程中用屏幕電纜傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換為光信號來為OLM/G12傳輸。信號系統(tǒng)通信電纜、電源電纜以及需要的硬件等安全信號線，用于傳遞數(shù)據(jù)的電纜的連接量小。通信光纜由鎧裝8芯多模玻璃光纜構(gòu)成，其中含有備用的光纖。網(wǎng)絡(luò)連接采用冗余環(huán)網(wǎng)的連接方式，正常通信的質(zhì)量不會因?yàn)槟骋稽c(diǎn)光纜的斷開而受影響。
3 結(jié)語
光纖通信在地面上的應(yīng)用已經(jīng)取得很大成功。雖然目前礦井光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未發(fā)展完善和成熟，但礦井光纖通信體系具有通信容量大、防爆性能好、損耗低、受電磁干擾小等其他通信材料難以比擬的優(yōu)勢。光纖通信技術(shù)不僅能在礦井中得到運(yùn)用，還能在城市通信網(wǎng)、企業(yè)無人監(jiān)控、智能大廈等通信系統(tǒng)的建設(shè)中獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)現(xiàn)代化管理水平。但工業(yè)中所采用的光纖鏈路的接入設(shè)備比較成本較高，隨著光纖通信的發(fā)展，它會給礦井工作帶來更經(jīng)濟(jì)高效的產(chǎn)品。
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