CN102298183A

CN102298183A - 掺铒光纤接续盒

Info

Publication number: CN102298183A
Application number: CN2011102788839A
Authority: CN
Inventors: 李树辰; 熊煌; 张昉熠; 张娜; 孙军强; 金志民; 曾金强; 陈国栋; 胡茜
Original assignee: China Power Engineering Consulting Group Corp
Current assignee: China Power Engineering Consulting Group Corp; Electric Power Planning and Engineering Institute Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN102298183B

Abstract

本发明是一种主要由盒体（1）、铒纤盘、散热器（5）、温控电路板（6）和光纤绕盘（9）组成的掺铒光纤接续盒，其中：盒体（1）由盒盖和与之相连的底座组成，底座中间开槽处装有散热器（5）；铒纤盘由铒纤盘盖（4）与铒纤盘底（7）组成，放置在盒体（1）的内部，位于散热器（5）之上，通过沉孔螺丝固定在盒体（1）的底座上；掺铒光纤（8）缠绕于光纤绕盘（9）上，光纤绕盘（9）固定在饵纤盘底（7）上；温控电路板（6）通过螺丝固定在支撑架侧边，该支撑架与底座相连。本发明结构简单，体积小，成本低廉，节能、环保，可以重复使用，并且具有密封性好、扎实耐用、温度稳定、安装方便等优点。

Description

掺铒光纤接续盒

技术领域

本发明涉及一种掺铒光纤接续盒，具体的说是用于长距离光通信系统中，用于遥泵光放大器所用的掺铒光纤的接续。

背景技术

依托送电线路OPGW（架空地线复合光缆）建设的电力光传输系统在路径上要受一次电网影响，而其传输中继距离主要受衰减、色散等因素限制。以 2.5 Gbit/s 光传输系统为例ITU-U（电信标准化部门）规范的超长站距光接口最大中继距离约为 160 km，但特高压交、直流变电站间 OPGW 光缆长度往往超过300 km。因此，必须在特高压线路中间增设中继站，才能满足中继距离传输要求。新建中继站不仅选址困难，而且建设、维护成本较高，为此，有必要在特高压交、直流工程中研究应用超长中继距离传输技术减少中继站的设置，降低工程造价和运行维护成本。

使用功率放大器（BA）+遥泵放大器（ROPA）+前向纠错技术（FEC）技术，在350km长距离无中继通信中有重要作用。为了达到传输系统的最佳性能，保证掺铒光纤的位置正确选取和正常工作是非常必要的。由于掺铒光纤的增益谱依赖于当前环境的温度，在低温时有增益更大，而掺铒光纤可能被安置在环境温度，湿度多变或者电磁辐射大的位置，因此，我们必须为掺铒光纤制作一个装置，使之能工作在最佳增益状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、可以重复使用的掺铒光纤接续盒。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：主要由盒体、铒纤盘、散热器、温控电路板和光纤绕盘组成。其中：盒体由盒盖和与之相连的底座组成，底座中间开槽处装有散热器；铒纤盘由铒纤盘盖与饵纤盘底组成，放置在盒体的内部，位于散热器之上，通过沉孔螺丝固定在盒体的底座上；掺铒光纤缠绕于光纤绕盘上，光纤绕盘固定在饵纤盘底上；温控电路板通过螺丝固定在支撑架侧边，该支撑架与底座相连。

所述的铒纤盘由保温性能良好的材料制作的铒纤盘盖和铒纤盘底构成，它们通过沉孔螺丝相连组成一个密闭的空间。由紫铜制成的光纤绕盘通过螺丝固定在饵纤盘底上。铒纤盘底上光纤绕盘外的地方用于放置部分无源光器件，该器件包括光纤、焊点、反射镜。

所述的铒纤盘盖是空心的，内部填充熔点低的固体相变材料，该固体相变材料是RXS自控相变节能材料。

所述的盒体由不锈钢制成，为炮筒状，其盒盖和底座由硅胶圈密封；盒盖外部有两层隔热涂覆层，其中内层是由100%丙烯酸聚合物和微泡玻璃球及微孔隔热技术制成的隔热涂料涂覆而成，外层是由陶瓷隔热材料涂覆而成。

所述的散热器的一端是光滑的，其高度比盒体底部高4毫米，另一端是阵列式翅片。在阵列式翅片光滑端贴放半导体制冷片，该半导体制冷片位于盒体的底座中间开槽处，半导体制冷片贴着另一端是饵纤盘；半导体制冷片两端均涂覆导热硅胶。

所述的温控电路板装有温控电路，该温控电路包括：采用ADN8831做主控芯片，用硬件PID网络调节半导体制冷片的电流；采用NTC电阻丝做温度传感器件。

所述的温控电路还设有三级防雷抗干扰电路，其中：第一级为抵御浪涌电压并将大量电荷导入到地的粗防护电路，其由有压敏电阻和陶瓷气体放电管串联而成；第二级为使用TVS对剩余的小能量浪涌进行抑制的防护电路，其由自恢复保险丝和瞬态抑制二极管组成；第三级为使雷击对电源的影响降到最小的防护电路，其是用电感、电容和电阻组成的LRC滤波器网络。

在所述的第二级防护电路后加上一个二极管IN5822，以防止雷击电流倒灌。

在所述的盒体的底座设有两个光缆进出口和一个电缆进出口。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：

1. 基于半导体制冷片制作的光纤恒温接续盒，为掺铒光纤提供一个最佳工作环境。

2. 节能、环保：因为所用的材料与器件对环境都不会产生有害影响，并利用可再生的太阳能资源，是一个绿色的资源节约型和环境友好型的工作系统，符合现代社会的发展需要。

3. 结构简单，体积小，成本低廉，可以重复使用，并且具有密封性好、扎实耐用、温度稳定、安装方便等优点。

附图说明

图1为本发明铒纤接续盒正面结构示意图。

图2为本发明铒纤接续盒底部结构示意图。

图3为本发明铒纤接续盒中铒纤盘的结构示意图。

图4为本发明铒纤接续盒防雷抗干扰电路原理图。

图5为本发明铒纤接续盒半导体制冷片驱动电路原理图。

图6为不同泵浦功率下EDFA的温度-增益曲线。

图7为不同泵浦功率下EDFA的温度-噪声指数曲线。

图8 为本发明铒纤接续盒内的温度。

图中：1.盒体；2.支撑架；3.圆孔；4.铒纤盘盖；5.翅片散热器；6.温控电路板；7.铒纤盘底；8.掺铒光纤；9.光纤绕盘曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的掺铒光纤接续盒，其结构如图1所示，其中，abc标注的是三个参考平面，主要由盒体1、铒纤盘、散热器5、光纤绕盘9和温控电路板6组成，其中：盒体1是一个盒盖与一个底座紧固件相连而成的，底座中间开槽，恰好将散热器5置于其中，它们通过通孔螺丝相连。铒纤盘由铒纤盘盖4与饵纤盘底7组成，放置在盒体1的内部，位于散热器5之上，通过沉孔螺丝固定在盒体1的底座上。掺铒光纤8缠绕于光纤绕盘9上，光纤绕盘9固定在饵纤盘底7上。温控电路板6通过螺丝固定在支撑架侧边，该支撑架与底座相连。

所述的铒纤盘盖4和铒纤盘底7由保温性能良好的材料制成，它们通过沉孔螺丝相连组成一个密闭的空间。由紫铜制成的光纤绕盘9通过螺丝固定在饵纤盘底7上；铒纤盘底7上光纤绕盘9外的地方用于放置部分无源光器件，这些器件包括光纤、焊点、反射镜。

所述的铒纤盘盖4是空心的，内部填充熔点低的固体相变材料，该材料是RXS自控相变节能材料。

所述盒体1为炮筒状的盒体，该盒体由不锈钢制成，其盒盖和底座由硅胶圈密封，能够有效隔断电磁干扰。盒盖外部有两层隔热涂覆层，其中：内层是由100%丙烯酸聚合物和微泡玻璃球及微孔隔热技术制成的隔热涂料涂覆而成，这种涂料具有良好的防水隔热及反照功能，能反射掉85%的太阳光能和热能，高达95%的发射率，能迅速散发掉基材聚集的热量，并拥有较低传导系数（0.058w / m.k）可有效阻断热能传导，一般可以降低表面温度25℃。外层是由陶瓷隔热材料涂覆而成，隔热抑制效率可达90％左右，在露天阳光下可使受辐射表面温度下降30%左右，最大下降幅度可达20℃及以上，可抑制高温物体的热辐射和热量的散失，减少热量损失30％以上，对低温物体可有效保冷并能抑制环境辐射热而引起的冷量损失，可防止冷凝发生。

所述盒体1内部设有支撑架2，该支撑架用来放置光纤焊点和固定电路板6。盒体1的底座开方形槽（图1），用于放置半导体制冷片和阵列式翅片散热器。该盒体的底座并排开有三个圆孔3，外侧的两个圆孔是光缆出入口，中间圆孔是电缆出入口。铒纤、焊点和反射镜等都盘绕在铒纤底盘7上。盒盖内部空心，填充相变材料。这种相变材料熔点为30摄氏度，当盒内温度大于30摄氏度时，材料由固态变为液态，吸收大量热量，达到降温效果。

所述光纤绕盘9由导热性能良好的紫铜制作，其上部有盖子4，盖子由导热系数低的材料（如聚碳酸酯材料）制成，减小制冷量的损失，降低所需功耗。铒纤盘底部涂覆导热硅胶，紧贴在半导体制冷片的冷端，而热端通过导热垫片紧贴在散热器5上。掺铒光纤8光纤绕盘上（图3），由于光纤绕盘高效导热，使半导体制冷片的制冷量能快速传递到铒纤盘，而饵纤盘盖的低导热系数材料保温性能良好，使得掺铒光纤8能在铒纤盘中获得理想的工作温度。

所述散热器5为阵列式翅片散热器，其结构如图2所示，由N乘N个散热片构成，增大了散热面积，N≥2。散热器5一端是光滑的，其高度比盒体底部高4毫米，另一端是阵列式翅片；在阵列式翅片光滑端贴放半导体制冷片。

所述温控电路板6装有温控电路。

所述光纤绕盘9由紫铜制成，其能迅速将半导体制冷片冷端的冷量传导到掺铒光纤8，而饵纤盘盖4是导热系数极低的材料制作而成，保温性能良好，使得传递过来的冷量可以保持在铒纤盒内部，从而为铒纤提供一个理想的工作温度。

所述温控电路由防雷抗干扰电路和半导体制冷片驱动电路组成，其中：防雷抗干扰电路作为半导体制冷电路的前级输入，保护TEC驱动电路不受雷击。该温控电路采用ADN8831做主控芯片，用硬件比例积分微风（PID）网络调节半导体制冷片的电流；采用负温度系数（NTC）电阻丝做温度传感器件。该温控电路的电源由太阳能电池板、卷绕式铅蓄电池组以及太阳能充电控制器组成。

由于本发明掺铒光纤接续盒工作在野外，环境恶劣。必须考虑其受到雷击的情况。电路板6含有防雷抗干扰电路。电路受到雷击的时候，耦合进电源的浪涌电流通过压敏管流到空气放电管放电到空气中。保护后续电路不被大电流损坏。

所述防雷抗干扰电路的结构如图4所示，防雷抗干扰电路分为三级，呈复合对称结构，可以抑制共模和差模信号。其中：第一级粗防护电路由压敏电阻和陶瓷气体放电管串联而成，抵御浪涌电压，将大量电荷导入到地。第二级防护电路由自恢复保险丝和瞬态抑制二极管（TVS）组成，将电流限制在一定的范围内，在第一级粗防护电路已经把大部分电流消耗掉的情况下，使用TVS对剩余的小能量浪涌进行抑制。第三级防护电路是用电感、电容和电阻组成的LRC滤波器网络，对纹波进行消除，使雷击对电源的影响降到最小。在二级防护电路后加上一个二极管，防止电流倒灌。

半导体制冷片又名热电制冷器（Thermoelectric Cooler，TEC），其原理是珀尔帖效应。相比其它的制冷技术TEC有结构简单、体积小、启动快、控制灵活、操作具有可逆性等优点。因此本发明选择TEC作为系统的制冷和加热元件。该半导体制冷片位于盒体1的底座中间开槽处，半导体制冷片贴着另一端是饵纤盘；半导体制冷片两端均涂覆导热硅胶。

所述半导体制冷片驱动电路，其结构如图5所示，根据信号走向和控制流程，该电路可以分为5个部分，第一部分是温度传感，第二部分是差分放大，第三部分是温度补偿网络，第四部分是H桥驱动，第五部分是LC纹波滤波。

本发明掺铒光纤接续盒采用ADI公司的温度控制芯片ADN8831作为TEC驱动电路的核心器件。在TEC控制的整个流程中，可以分为5个部分。第一部分是NTC温度传感器。其特性是阻值随着温度的升高而变小。它的作用是反馈目标物体的温度。第二部分是差分放大。即将目标温度对应下的电压和设定温度点的电压进行比较之后比例放大。第三部分是硬件PID调节网络。该网络采用硬件PID（比例—积分—微分）控制，由运放、电阻、电容组成，能将差分放大信号进行调整，使得TEC电流工作在合适的水平。第四部分是ADN8831的H 桥驱动器，它可以工作在线性、开关两种模式下。第五部分是由四个功率MOSFET组成的H桥驱动电路。第六部分是LC滤波电路。为了提高TEC温度的稳定性，流过TEC的纹波电流应尽可能的小，在H桥之后必须加LC滤波电路滤除PWM的开关频率以达到稳定TEC电压的目的。

由图6和图7可知，信号光功率很小，达不到饱和，它对系统增益和噪声的影响很小；温度固定，增益随着泵浦光功率增大而增大，噪声指数NF有小幅波动，整体呈下降趋势；泵浦光功率固定，温度越高，增益有一个先上升后下降的过程，在-20摄氏度附近达到最大值（约26.6dB）。噪声指数随着温度上升而增大。

图8是本发明掺铒光纤接续盒在43摄氏度的高温环境下掺铒光纤的温度，温度可以持续稳定在25摄氏度，达到了预期目标。本发明掺铒光纤接续盒用来接续电力系统光纤通信遥泵放大超长站距传输用的掺铒光纤，减小掺铒光纤8所受外界环境的影响。

本发明的工作过程是：当掺铒光纤8的温度高于电路的设定温度时，通过ADN8831构建的TEC驱动电路为TEC提供大小自动调节的正向电流，对掺铒光纤8进行快速制冷；当掺铒光纤8的温度低于电路的谁定温度，温控电路为TEC提供反方向的电流，对掺铒光纤进行加热，从而保证掺铒光纤工作在恒定的温度。

Claims

1.一种掺铒光纤接续盒，其特征在于主要由盒体（1）、铒纤盘、散热器（5）、温控电路板（6）和光纤绕盘（9）组成，其中：盒体（1）由盒盖和与之相连的底座组成，底座中间开槽处装有散热器（5）；铒纤盘由铒纤盘盖（4）与铒纤盘底（7）组成，放置在盒体（1）的内部，位于散热器（5）之上，通过沉孔螺丝固定在盒体（1）的底座上；掺铒光纤（8）缠绕于光纤绕盘（9）上，光纤绕盘（9）固定在饵纤盘底（7）上；温控电路板（6）通过螺丝固定在支撑架侧边，该支撑架与底座相连。

2.根据权利要求1所述的掺铒光纤接续盒接续盒，其特征在于：铒纤盘由保温性能良好的材料制作的铒纤盘盖（4）和铒纤盘底（7）构成，它们通过沉孔螺丝相连组成一个密闭的空间，由紫铜制成的光纤绕盘（9），通过螺丝固定在饵纤盘底（7）上；铒纤盘底（7）上光纤绕盘（9）外的地方用于放置部分无源光器件，该器件包括光纤、焊点、反射镜。

3.根据权利要求1所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于：铒纤盘盖（4）是空心的，内部填充熔点低的固体相变材料，该材料是RXS自控相变节能材料。

4.根据权利要求1所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于：盒体（1）由不锈钢制成，为炮筒状，其盒盖和底座由硅胶圈密封；盒盖外部有两层隔热涂覆层，其中内层是由100%丙烯酸聚合物和微泡玻璃球及微孔隔热技术制成的隔热涂料涂覆而成，外层是由陶瓷隔热材料涂覆而成。

5.根据权利要求1所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于：散热器（5）一端是光滑的，其高度比盒体底部高，另一端是阵列式翅片；在阵列式翅片光滑端贴放半导体制冷片，该半导体制冷片位于盒体（1）的底座中间开槽处，半导体制冷片贴着另一端是饵纤盘；半导体制冷片两端均涂覆导热硅胶。

6.根据权利要求1或5所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于温控电路板装有温控电路，该温控电路包括：采用ADN8831做主控芯片，用硬件PID网络调节半导体制冷片的电流；采用NTC电阻丝做温度传感器件。

7.根据权利要求6所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于温控电路还设有三级防雷抗干扰电路，其中：第一级为抵御浪涌电压并将大量电荷导入到地的粗防护电路，其由有压敏电阻和陶瓷气体放电管串联而成；第二级为使用TVS对剩余的小能量浪涌进行抑制的防护电路，其由自恢复保险丝和瞬态抑制二极管组成；第三级为使雷击对电源的影响降到最小的防护电路，其是用电感、电容和电阻组成的LRC滤波器网络。

8.根据权利要求7所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于：在第二级防护电路后加上一个用于防止电流倒灌的二极管IN5822。

9.根据权利要求1所述的掺铒光纤接续盒，其特征在于：盒体（1）的底座设有两个光缆进出口和一个电缆进出口。