CN109347550A - 基于光通道智能切换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光通道智能切换系统，包括中央处理器、分别与所述中央处理器连接的光功率监测单元、光纤切换单元和光开关测量单元；所述光功率监测单元包括设置在光纤末端的第一光纤耦合器以及与所述第一光纤耦合器的第一输出端连接的信号处理电路；所述信号处理电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述信号处理电路包括依次连接的光电转换单元、对数放大电路和A/D转换电路；所述光电转换单元的输入端与第一光纤耦合器的第一输出端连接，所述A/D转换电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述光开关测量单元包括分别于所述光开关连接的回波损耗测试单元、插入损耗测试单元和光开关时间测试单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光通道智能切换系统。
背景技术
随着电力通信技术在电网中的应用日益壮大，网络规模不断的扩大，传输网络中电力光缆物理链路的单次故障所带来的损失越来越大。因此，对电力通信传输网络安全性的要求也在不断的提高，而随着SDH、OTN以及数据网的等传输技术的发展，传输设备稳定性的提高，制约传输网络安全性的主要因素逐步向电力光缆线路的抗风险和容灾能力过渡。目前，电力通信网主要是光纤覆盖为主，而光纤通道在整个电力通信网中有扮演者承载各种通信业务的重要角色，那么怎样让光通道的运行更加稳定可靠，怎样让运检人员对光通道的维护检修更加便捷高效，成为了本次科技项目研究的初衷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光通道智能切换系统，以解决现有光纤线路稳定性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光通道智能切换系统，包括中央处理器、分别与所述中央处理器连接的光功率监测单元、光纤切换单元和光开关测量单元；
所述光功率监测单元包括设置在光纤末端的第一光纤耦合器以及与所述第一光纤耦合器的第一输出端连接的信号处理电路；所述信号处理电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述信号处理电路包括依次连接的光电转换单元、对数放大电路和A/D转换电路；所述光电转换单元的输入端与第一光纤耦合器的第一输出端连接，所述A/D转换电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述光开关测量单元包括分别于所述光开关连接的回波损耗测试单元、插入损耗测试单元和光开关时间测试单元。
进一步地，所述光纤切换单元包括与所述中央处理器连接的第二光纤耦合器以及与所述第二光纤耦合器的输出端连接的光纤开关，所述光纤开关根据中央处理器发出的切换指令在主光通道和备用光通道之间切换。
进一步地，所述回波损耗测试单元为与所述光开关连接的回波损耗测试仪。
进一步地，所述插入损耗测试单元为与所述光开关连接的第一光功率计。
进一步地，该系统还包括与所述光开关连接的用于测试光开关切换时间的光开关时间测试单元。
进一步地，所述光开关时间测试单元包括激光器、与所述光开关连接的用于控制光开关切换的脉冲信号发生器、与所述光开关连接的用于将所述激光器发射的光纤引导至光开关上的第三耦合器、与所述光开关连接的用于将光开关的电信号转换为电信号的光电探测器、与所述光电探测器的输出端连接用于将所述光电探测器输出的电流信号转换为电压信号的电阻R以及分别与所述电阻和脉冲信号发生器连接的数字存储双踪示波器。
进一步地，该系统还包括分别与所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器连接的第二光功率计和光偏振控制器。
本发明的有益效果为：通过对光纤通道的性能参数实时监控，优先选择质量较好光纤通道，光纤通道意外中断时自动倒换并对故障点进行智能定位，以帮助电力通信运检人员快速高效处理故障，并且通过该网络管理系统实现对光纤通道的统一监控与管理，它将保障业务运行的稳定性及安全性，降低人力物力的消耗，节约问题处理的时间，大大提高工作效率，大大保障了各电力用户的运作指标。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例的原理框图。
图2为本发明一个实施例的光开关时间测试单元原理框图。
图3为本发明一个实施例的对数放大电路的原理图。
图4为本发明一个实施例的中央处理器的原理图。
图5为本发明一个实施例的JTAG的原理图。
图6为本发明一个实施例的供电系统的原理框图。
图7为本发明一个实施例的供电系统的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示的基于光通道智能切换系统，如图1所示的光纤线路保护系统，包括中央处理器、分别与所述中央处理器连接的光功率监测单元和光纤切换单元；所述光功率监测单元包括设置在光纤末端的第一光纤耦合器以及与所述第一光纤耦合器的第一输出端连接的信号处理电路；所述信号处理电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述光纤切换单元包括与所述中央处理器连接的第二光纤耦合器以及与所述第二光纤耦合器的输出端连接的光纤开关，所述光纤开关根据中央处理器发出的切换指令在主光通道和备用光通道之间切换。
其中，所述第一光纤耦合器用于从光纤末端分离出光检测信号，所述信号处理电路用于将第一光纤耦合器分离出的所述光检测信号转换为中央处理器可识别的电信号，所述中央处理器用于接收到的所述电信号判断光纤末端的光功率是否异常，若判断光功率异常，则向光纤切换单元发送切换指令；所述光纤开关根据中央处理器发出的切换指令在主光通道和备用光通道之间切换。
本发明通过对光纤通道的性能参数实时监控，可根据检测结果优先选择质量较好光纤通道，光纤通道意外中断时自动倒换并对故障点进行智能定位，以帮助电力通信运检人员快速高效处理故障，并且通过该网络管理系统实现对光纤通道的统一监控与管理，它将保障业务运行的稳定性及安全性，降低人力物力的消耗，节约问题处理的时间，大大提高工作效率，大大保障了各电力用户的运作指标。
根据本申请的一个实施例，所述信号处理电路包括依次连接的光电转换单元、对数放大电路和A/D转换电路；所述光电转换单元的输入端与第一光纤耦合器的第一输出端连接，所述A/D转换电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接。其中，本申请中的所述第一光纤耦合器为97/3的无源光耦合器，其将光纤中97％的光用于正常通信，再将其余3％的光用传送至光电转换单元于光监测。
光电转换单元用于将第一光纤耦合器分出的余3％的光转化为电流或是电压的形式，并以光子—电子的量子转换形式完成光电探测的目的，是光电探测电路的基本原理。常见的光电二极管主要有APD光电二极管和PIN光电二极管。在本光信号调制解调系统中，选择PIN光电二极管，因为其暗电流较小。 InGaAs材料的PIN光电二极管在1300～1 600nm范围内具有良好的响应速率、低噪声特性和灵敏度等特点，适合光纤通信。因此，选择该材料作为PIN光电二极管。
如图3所示，所述对数放大电路采用对数放大器AD8304作为对数转换电路，处理动态范围宽达80dB的光信号，最大对数线性度误差0.1dB，且测量时无换挡误差。此外，还设计有光电二极管接口及温度补偿电路，是光功率测量的最佳选择，尤其适合光缆在线监测。
所述中央处理器可采用STM32F103ZET6，当然也可根据用户需要选择其他STM32系列的处理器，中央处理器的工作电压为3.3V，如图4所示。此外，本申请还通过设置有JTAG(如图4所示)，用于烧写程序和对程序的调试。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括与所述光开关连接的用于测试光开关回波损耗的回波损耗测试仪(未示出)。回波损耗测试仪内置激光光源、光纤耦合器和功率计。耦合器将激光器发射的光纤引导到光开关上，光纤和光开关耦合界面上反射回来的光通过耦合器进入功率计监测器，从而得到回波损耗值。测试光开关回波损耗前，需将标准跳线缠绕在测试棒上，设定零回损以消除标准跳线的反向散射。然后将被测光开关连接在标准跳线上，同时将光开关输出光纤缠绕在测试棒上，当回波损耗测试仪显示屏上数值稳定后，这一数值既是被测光开关的回波损耗值。再给光开关加电压，改变光开关状态，测试其他通道的回波损耗值。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括与所述光开关连接的用于测试光开关插入损耗的第一光功率计(未示出)。用第一光功率计测量出的数值减去光源的发射光功率计标准跳线的插入损耗，即为光开关的插入损耗。通过给光开关加电压，改变光开关状态，测试不同通道的插入损耗值。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括与所述光开关连接的用于测试光开关切换时间的光开关时间测试单元。
根据本申请的一个实施例，如图2所示，所述光开关时间测试单元包括激光器、与所述光开关连接的用于控制光开关切换的脉冲信号发生器、与所述光开关连接的用于将所述激光器发射的光纤引导至光开关上的第三耦合器、与所述光开关连接的用于将光开关的电信号转换为电信号的光电探测器、与所述光电探测器的输出端连接用于将所述光电探测器输出的电流信号转换为电压信号的电阻R以及分别与所述电阻和脉冲信号发生器连接的数字存储双踪示波器。
脉冲信号源发出的脉冲信号控制光开关切换，光电探测器将光开关输出的光信号转换为电信号，再通过电阻将电流转换为电压。将信号源发出的电脉冲信号和光电探测器输出的电平信号同时输入双踪数字存储示波器并存储下来。根据存储下来的信号曲线，比较两个信号的上升下落沿即可得出切换时间。
根据本申请的一个实施例，该系统还包括分别与所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器连接的第二光功率计和光偏振控制器。为测量光纤耦合器的参数，先通过第二光功率计测量光源光功率，后连入耦合器对各端口进行测量，即可测得耦合器参数。每次读数后拔出功率计光纤，于镜头纸擦净后重复测量，排除光纤接头灰尘对测量的影响。光偏振控制器用于测量第一光纤耦合器的偏振灵敏度或偏振相关损耗。
此外，该光通道智能切换系统还包括用于为所述光功率监测单元供电的供电系统，该供电系统包括太阳能电池板、锂电池、电池管理电路、供电处理电路、用于从输电线路获取电能并输出的在线取电电路、稳压电路、稳压保护电路以及用于控制锂电池和在线取电电路交替供电的切换电路；
所述太阳能电池板通过电池管理电路与锂电池连接，所述锂电池通过电池管理电路与切换电路的第一输入端连接，切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述在线取电电路的输出端与切换电路的第二输入端连接，切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压保护电路的检测输入端与在线取电电路的输出端连接，所述稳压保护电路的保护控制端连接于稳压电路，所述稳压保护电路的检测输出端与供电处理电路连接，所述切换电路的控制端与供电处理电路连接；还包括用于检测供电环境中光照强度的光传感器，所述光传感器的输出端与供电处理电路连接。
所述在线取电电路包括取电互感器CT1、整流电路REC和限幅电路；
所述取电互感器CT1设置于输电线路进行感应取电，所述取电互感器CT1 的输出端与整流电路REC的输入端连接，所述整流电路REC的输出端与限幅电路的输入端连接，所述限幅电路的输出端做为在线取电电路的输出端。
所述限幅电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、稳压二极管D1、稳压二极管D2以及运放U1；
所述电阻R1的一端作为限幅电路的输出端与整流电路REC的输出端连接，所述电阻R1的另一端与运放U1的反相端连接，运放U1的同相端接地，运放 U1的反相端通过电容C1接地，运放U1的反相端通过电阻R2与运放U1的输出端连接，运放U1的反相端与稳压二极管D1的正极连接，稳压二极管D1的负极与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为限幅电路的输出端。
所述切换电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R3、二极管D3和二极管D4；
所述MOS管Q2的漏极作为切换电路的第一输入端与电池管理电路的供电输出端连接，MOS管Q2的源极与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极作为切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的漏极与电阻 R3的一端连接，电阻R3的另一端作为切换电路的第二输入端与限幅电路的输出端连接，MOS管Q1的源极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的栅极和MOS 管Q2的栅极分别于供电处理电路控制端Vcon2和Vcon1连接。
所述稳压电路包括三极管Q4、电阻R11、稳压管D6、稳压管D5、电阻R12、电容C3和电容C4；
所述三极管Q4的集电极作为稳压电路的输入端，所述电阻R11的一端连接于三极管Q4的集电极，另一端连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的基极与稳压管D6的负极连接，稳压管D6的正极接地，三极管Q4的发射极与电阻R12 的一端连接，电阻R12的另一端与稳压管D5的负极连接，稳压管D5的正极接地，三极管Q4的发射极通过电容C3接地，稳压管Q5的负极通过电容C4接地，三极管Q4的发射极与电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第一输出端输出12V直流电，稳压管D5和电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第二输出端输出5V直流电。
所述稳压保护电路包括电阻R4、压敏电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、运放U2、电阻R8、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电容C2、电阻R15、可控硅SC1以及三极管Q5；
所述电阻R4的一端连接与限幅电路的输出端，电阻R4的另一端通过压敏电阻R5接地，所述压敏电阻R5和电阻R4之间的公共连接点通过可调电阻R6 连接于运放U2同相端，电阻R7的一端连接于切换电路的第二输出端，电阻R7 的另一端连接于运放U2的反相端，电阻R14的两端分别连接于运放U2的反相端和输出端，运放U2的输出端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，三极管 Q3的集电极通过电阻R9与电池管理电路的供电输出端Vbat连接，三极管Q3 的发射极通过电阻R10接地，三极管Q3的发射极通过电容C2接地，三极管Q3 的发射极连接于可控硅SC1的触发端，可控硅SC1的正极连接于电阻R11与三极管Q4之间的公共连接点，可控硅SC1的负极接地，三极管Q5的集电极连接于可控硅SC1的正极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极连接于供电处理电路的控制端Vcon3，电阻R8和三极管Q3之间的公共连接点连接于电阻 R13的一端，电阻R13的另一端作为检测输出端Vpro1与供电处理电路的检测信号输入端连接，电阻R15的一端连接于电阻R4和压敏电阻R5之间的公共连接点，另一端作为检测输出端Vpro2与供电处理电路(供电处理电路为单片机) 连接。
该供电系统能够根据供电环境的光照情况选择感应取电或者太阳能供电，能够有效避免电网的电流波动对供电系统的影响，并且能够向所述光功率监测单元提供稳定的直流电，从而确保电力监测系统能够稳定运行并向监控中心提供连续的实时状态数据，进一步确保整个电力系统的稳定运行。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于光通道智能切换系统，其特征在于，包括中央处理器、分别与所述中央处理器连接的光功率监测单元、光纤切换单元和光开关测量单元；
所述光功率监测单元包括设置在光纤末端的第一光纤耦合器以及与所述第一光纤耦合器的第一输出端连接的信号处理电路；所述信号处理电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述信号处理电路包括依次连接的光电转换单元、对数放大电路和A/D转换电路；所述光电转换单元的输入端与第一光纤耦合器的第一输出端连接，所述A/D转换电路的输出端通过第一通道与所述中央处理器连接；所述光开关测量单元包括分别于所述光开关连接的回波损耗测试单元、插入损耗测试单元和光开关时间测试单元。
2.根据权利要求1所述的基于光通道智能切换系统，其特征在于，所述光纤切换单元包括与所述中央处理器连接的第二光纤耦合器以及与所述第二光纤耦合器的输出端连接的光纤开关，所述光纤开关根据中央处理器发出的切换指令在主光通道和备用光通道之间切换。
3.根据权利要求1所述的基于光通道智能切换系统，其特征在于，所述回波损耗测试单元为与所述光开关连接的回波损耗测试仪。
4.根据权利要求1所述的基于光通道智能切换系统，其特征在于，所述插入损耗测试单元为与所述光开关连接的第一光功率计。
5.根据权利要求1所述的基于光通道智能切换系统，其特征在于，该系统还包括与所述光开关连接的用于测试光开关切换时间的光开关时间测试单元。
6.根据权利要求5所述的基于光通道智能切换系统，其特征在于，所述光开关时间测试单元包括激光器、与所述光开关连接的用于控制光开关切换的脉冲信号发生器、与所述光开关连接的用于将所述激光器发射的光纤引导至光开关上的第三耦合器、与所述光开关连接的用于将光开关的电信号转换为电信号的光电探测器、与所述光电探测器的输出端连接用于将所述光电探测器输出的电流信号转换为电压信号的电阻R以及分别与所述电阻和脉冲信号发生器连接的数字存储双踪示波器。
7.根据权利要求5或2所述的基于光通道智能切换系统，其特征在于，该系统还包括分别与所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器连接的第二光功率计和光偏振控制器。
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