第七章 光纖在傳光照明、能量信號(hào)傳輸及控制方面 的應(yīng)用—3

1、第二篇第二篇 光纖技術(shù)應(yīng)用光纖技術(shù)應(yīng)用 半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，隨著光纖光學(xué)學(xué)科與技術(shù)的迅速發(fā)展與成熟，光纖與光纖技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，取得了廣泛而突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從50年前起始于傳像（醫(yī)用內(nèi)窺鏡等）、傳光的應(yīng)用，到20世紀(jì)80年代以后，光纖傳感特別是光纖通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展與廣泛大量的應(yīng)用，光纖與光纖技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究與人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，光纖通信更被視為通信技術(shù)的三大支撐技術(shù)之一（衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信）?？梢韵嘈?1世紀(jì)光纖技術(shù)的全面應(yīng)用必將展現(xiàn)更加輝煌的前景。本篇將較全面地依次介紹光纖在傳光照明信號(hào)控制與能量傳輸、光纖傳像、光纖通信以及光纖傳感等各

2、方面的應(yīng)用。第第7 7章章 光纖在傳光照明、能量信號(hào)傳光纖在傳光照明、能量信號(hào)傳輸與控制方面的應(yīng)用輸與控制方面的應(yīng)用 利用光纖的傳光功能，將光纖與可見(jiàn)光光源或激光光源相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)照明、裝飾以及光信號(hào)與高功率能量的傳輸與控制，這是光纖應(yīng)用的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，而且隨著建筑業(yè)新型照明裝飾等潛在的巨大需求被開(kāi)發(fā)，光纖在照明裝飾、能量信號(hào)傳輸與控制這一領(lǐng)域?qū)⒊士焖僭鲩L(zhǎng)趨勢(shì)。 能實(shí)現(xiàn)上述全部或部分功能的材料有：玻璃光纖、石英光纖、液芯光纖和塑料光纖。不同的材料由于其性能的差異，各有其適合的應(yīng)用領(lǐng)域與場(chǎng)合。從上述各種材料所制成的傳光器件的結(jié)構(gòu)形式與形狀看，有如下幾類：剛性的導(dǎo)光棒，具有半柔性的大芯徑單纖

3、或多纖光纜，具有柔性的非相關(guān)光纖束（以上三類均為端面發(fā)光），以及側(cè)面發(fā)光的大芯徑光纖；而從具體用途和應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)分主要有：儀器、設(shè)備、兵器裝備與汽車內(nèi)部?jī)x表盤照明，利用傳導(dǎo)太陽(yáng)能的室內(nèi)綠色照明，大量彩色光纖工藝制品，各種建筑物室內(nèi)外光纖照明裝飾工程，醫(yī)療用人體內(nèi)照明，大功率激光傳輸治療以及電力系統(tǒng)等工業(yè)用光信號(hào)傳輸與控制。 以下按材料區(qū)分依次介紹玻璃光纖、石英光纖、液芯光纖與塑料光纖等各自在上述各方面的主要應(yīng)用領(lǐng)域。7.6 7.6 光纖在光信號(hào)及能量傳輸控制與傳感光纖在光信號(hào)及能量傳輸控制與傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用 利用光信號(hào)及能量通過(guò)光纖傳輸線、光纖連接線、光纖跳線等的傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)系

4、統(tǒng)的傳感與功能控制（例如，高壓直流輸電系統(tǒng)中光纖傳輸光脈沖信號(hào)觸發(fā)晶閘管，以及“雙向自主控制光纖視/音頻信息傳輸系統(tǒng)”），是一種具有廣泛應(yīng)用潛力的技術(shù)領(lǐng)域。7.6.1 7.6.1 光纖連接線、光纖跳線、工控光纖光纖連接線、光纖跳線、工控光纖 大量應(yīng)用于傳感、通信、數(shù)據(jù)傳輸、能量傳輸、信號(hào)控制等方面的光纖連接線、光纖跳線、工控光纖等，都是由光纖與不同類型的連接器或接口，經(jīng)過(guò)光學(xué)拋光等精密加工制做，外加塑料或金屬軟管構(gòu)成的。其中的光纖纖芯根據(jù)使用要求可以選取塑料光纖（短距離傳輸應(yīng)用中大量采用POF信號(hào)連接線）、石英光纖或多組分玻璃光纖；傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)根據(jù)需要可以是可見(jiàn)光，也可以是紅外或紫外光；光纖連接

5、器可以根據(jù)使用要求選取不同的標(biāo)準(zhǔn)接口（如FC,ST,SC,SP,SMA905等）。圖7.19給出了由春輝公司生產(chǎn)的部分不同類型光纖連接線（a，b，c）、光纖跳線（d，e，f）的圖示。圖圖7.19 7.19 光纖連接線與光纖跳線光纖連接線與光纖跳線 光纖作為光信號(hào)與光能量的傳輸線，在應(yīng)用方面除了光通信的主流應(yīng)用外，在非通信應(yīng)用領(lǐng)域，利用光能量傳輸照明以及用于醫(yī)療儀器設(shè)備中，也是一些重要的應(yīng)用方向；此外，在工業(yè)、電力、傳感、軍用等領(lǐng)域也有大量應(yīng)用（根據(jù)應(yīng)用需求的不同特點(diǎn)可選擇多組分玻璃光纖、石英光纖或塑料光纖），常稱這類光纖為“工控光纖”。圖7.20(a),(b),(c),(d)所示分別為：應(yīng)用于

6、電力傳感控制用石英光纖；應(yīng)用于光譜檢測(cè)用石英光纖；應(yīng)用于高溫傳感器用石英光纖束和應(yīng)用于印刷傳感用光纖束。根據(jù)應(yīng)用需求側(cè)重的不同，這些光纖或光纖束的性能（如透過(guò)率、傳輸功率、光譜范圍、光纖芯徑、長(zhǎng)度等）也各有差異。圖圖7.20 7.20 工控光纖的應(yīng)用工控光纖的應(yīng)用7.6.2 7.6.2 光纖中光信號(hào)能量傳輸與控制在高壓光纖中光信號(hào)能量傳輸與控制在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用 長(zhǎng)期以來(lái)，遠(yuǎn)程、大容量輸電一直是世界電力系統(tǒng)的重要研究課題。從早期的交流輸出和交流電網(wǎng)占主導(dǎo)地位，到20世紀(jì)50年代以后高壓直流輸電（High-Voltage Direct Current Transmis

7、sion簡(jiǎn)稱HVDCT）以其大量節(jié)省輸電材料、能耗大為降低、適合電網(wǎng)間互聯(lián)、對(duì)通信設(shè)備的干擾小和安全性與可靠性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，而成為遠(yuǎn)程大容量架空與海底電纜輸電等的主流技術(shù)。 國(guó)際上高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，與換流技術(shù)（特別是高電壓、大功率換流設(shè)備）的發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)60年代以后，高壓大功率晶閘管出現(xiàn)并與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了晶閘管換流閥技術(shù)，即傳統(tǒng)的電觸發(fā)晶閘管（Electronic Triggered Thyristor，ETT）技術(shù)成為高壓直流輸電的主流技術(shù)，并延續(xù)至今。這一技術(shù)領(lǐng)域以瑞典的ABB公司為代表；20世紀(jì)90年代中期，針對(duì)ETT換流技術(shù)存在的一些缺點(diǎn)，西門子（SIEM

8、ENS）公司研制的直徑5英寸、耐壓8kV、且?guī)в凶员Ｗo(hù)功能的光觸發(fā)晶閘管投入商用，并取得良好效果。這種換流技術(shù)稱為L(zhǎng)TT（Direct Light Triggered Thyristor）。 迄今，世界范圍內(nèi)大的高壓直流輸電工程有70多個(gè)，其中大部分電壓等級(jí)超過(guò)400500kV（現(xiàn)今很多為800kV），輸送功率大于1000MW，線路長(zhǎng)度大于600km。在這些工程中，ETT換流技術(shù)與LTT換流技術(shù)并存，雖然前者由于歷史等原因仍占更大的比分，但LTT換流技術(shù)由于其具有的一些優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)進(jìn)步，而大有后來(lái)居上的勢(shì)頭。在兩種換流技術(shù)中，應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是：均采用特制的光纖與導(dǎo)光纜傳輸光信號(hào)及光能量，用以

9、解決系統(tǒng)中高低電位隔離、良好絕緣與減小電磁干擾影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性問(wèn)題。例如，1987年12月完成的我國(guó)首項(xiàng)舟山高壓直流輸電工程中，就使用了5000根導(dǎo)光截面積為1mm2、4種結(jié)構(gòu)規(guī)格、12種長(zhǎng)度規(guī)格的多組分玻璃導(dǎo)光纜。其中，包括多根多分支導(dǎo)光纜。 由于“西電東輸”是我國(guó)能源戰(zhàn)略的基本方針，國(guó)家也將建設(shè)800kV特高壓直流輸電工程作為國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)，例如，云南廣東800kV直流輸電工程、向家壩上海800kV高壓直流輸電示范工程等。這些工程均對(duì)LTT閥用石英光纜（要求：=920 nm，光損耗6dB/km)、星形耦合分配器MSC及MSC用石英光纖以及ETT閥用多組分玻璃光纜（要求

10、a=920nm，光損耗160dB/km）等提出了迫切的數(shù)量與質(zhì)量要求。 以下對(duì)應(yīng)用光纖、光纜傳輸光信號(hào)的ETT與LTT高壓直流輸電技術(shù)的基本原理與特點(diǎn)做簡(jiǎn)要介紹。 1. ETT1. ETT換流閥的基本原理與特點(diǎn)換流閥的基本原理與特點(diǎn) 晶閘管換流閥的控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是：控制觸發(fā)晶閘管閥，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各晶閘管的運(yùn)行狀態(tài)。晶閘管的閥控系統(tǒng)又叫“閥基電子設(shè)備”(Valve Base Electronics，VBE)，它是連接上位機(jī)、變流器控制與晶閘管的重要設(shè)備。 傳統(tǒng)的ETT換流閥即“電觸發(fā)晶閘管閥”，它采用的是電光電轉(zhuǎn)換，最終由電脈沖觸發(fā)晶閘管閥的控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為此又稱其為“光電混合觸發(fā)晶閘管

11、閥”。晶閘管閥觸發(fā)的機(jī)理與過(guò)程是：由VBE輸出的光觸發(fā)脈沖，首先經(jīng)光纜傳送到與晶閘管等電位的晶閘管電子設(shè)備（Thyristor Electronic，簡(jiǎn)稱TE板），TE板將光觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖并放大功率達(dá)到數(shù)瓦級(jí)，爾后再將此強(qiáng)電觸發(fā)脈沖傳輸至晶閘管閥的門極，觸發(fā)晶閘管。其中，處于高電位的TE板是ETT閥控制保護(hù)功能的核心部件，它包括取能回路、放大器回路、光電轉(zhuǎn)換器件、監(jiān)視回路和單獨(dú)保護(hù)回路（BOD保護(hù)）等。 為實(shí)現(xiàn)處于低電位的觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置與處于高電位的晶閘管元件門極通道之間的電位隔離與良好絕緣，避免和減小觸發(fā)信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到電磁干擾，采取觸發(fā)與監(jiān)控信號(hào)均是以紅外線（920nm）光脈沖

12、信號(hào)的形式，通過(guò)VBE與晶閘管閥塔之間特制的光纖、光纜傳輸。 2. LTT2. LTT換流閥的原理與特點(diǎn)換流閥的原理與特點(diǎn) （1）工作原理與特點(diǎn) 光觸發(fā)晶閘管換流閥LTT與ETT相比，其根本特點(diǎn)是采用電光轉(zhuǎn)換的控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，光脈沖信號(hào)不再進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即通過(guò)特制光纖傳輸直接送到晶閘管元件的門極光敏區(qū)，觸發(fā)晶閘管。其具體的工作機(jī)理與過(guò)程是，閥控系統(tǒng)接收來(lái)自變流器控制的電脈沖控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為光脈沖觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)光纖傳輸、變換（MSC）后直接觸發(fā)晶閘管的光敏感單元；與此同時(shí)，晶閘管反饋的狀態(tài)信息也通過(guò)光纖傳送回閥控系統(tǒng)，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控處理。 由于采用了電光轉(zhuǎn)換與光信號(hào)直接觸發(fā)晶

13、閘管的機(jī)理，LTT閥省去了晶閘管的高電位取能與邏輯電路，光電轉(zhuǎn)換與處于高電位的門級(jí)觸發(fā)電路，因而節(jié)省了大量電子設(shè)備、電子元器件與導(dǎo)光纜，并將正向過(guò)電壓保護(hù)器件（BOD）集成到晶閘管本體中，極大地簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)工作的可靠性；更由于采用了長(zhǎng)距離的光纖或?qū)Ч饫|（長(zhǎng)度幾十米至一百多米）傳輸觸發(fā)與控制光信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)了閥控制系統(tǒng)與晶閘管高壓閥之間的高度絕緣隔離和對(duì)晶閘管閥的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。 因而有效地減小、排除了晶閘管高壓可能產(chǎn)生的干擾以及電控晶閘管中電磁干擾對(duì)脈沖觸發(fā)信號(hào)的影響，大大增強(qiáng)了光觸發(fā)晶閘管換流閥系統(tǒng)的安全性與工作可靠性；此外，為適應(yīng)遠(yuǎn)距離控制和延長(zhǎng)光源使用壽命的要求，LTT閥需有

14、很高的光靈敏度，即光接收窗口的光敏區(qū)應(yīng)很小，以使光觸發(fā)能量可以很小。通過(guò)采用多級(jí)放大（如五級(jí)）等措施，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于ETT閥（需數(shù)瓦能量）僅以較小的光觸發(fā)能量（如40mW）即可獲得同樣的啟動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)光觸發(fā)。從而使觸發(fā)光源可以采用較小功率(如3W）的激光二極管（LD），使用壽命40年，且一個(gè)激光二極管可用于14個(gè)LTT閥片的觸發(fā)。 （2）光控晶閘管閥的控制與監(jiān)側(cè)系統(tǒng) 圖7.21給出了光控晶閘管閥的控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成與功能以及工作機(jī)理示意圖。圖圖7.21 7.21 光控晶閘管閥光控晶閘管閥(LTT )(LTT )的控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 光控晶閘管閥的閥控系統(tǒng)（VBE）包括：位于控制室的

15、中心處理單元，光發(fā)送單元，光接收單元以及位于閥側(cè)的電壓監(jiān)測(cè)單元等。 閥控系統(tǒng)的中心處理單元是閥控系統(tǒng)的核心，其核心器件為微處理器（如16位）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）。中心處理單元接收來(lái)自變流器控制部分的觸發(fā)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)通過(guò)FPGA轉(zhuǎn)換成晶閘管的電觸發(fā)脈沖，然后傳送至光發(fā)送單元；與此同時(shí)，來(lái)自光接收單元的、由電壓監(jiān)測(cè)單元反饋的晶閘管狀態(tài)信息，經(jīng)微處理器處理后，將各類檢測(cè)結(jié)果通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳至上位機(jī)。 光發(fā)送單元的主要功能是，將中心處理單元發(fā)出的電觸發(fā)脈沖信號(hào)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，獲得光觸發(fā)脈沖信號(hào)，爾后通過(guò)石英光纖LG1（圖中為5路），送入多模星形耦合分配器MSC，經(jīng)光能量再分配后輸出并經(jīng)

16、石英光纖LG2（圖中為16路）送至晶閘管閥，觸發(fā)晶閘管。 光接收單元的功能則是，接收由與各晶閘管相連的電壓監(jiān)測(cè)單元采集獲得的每個(gè)閘管的狀態(tài)電壓反饋信號(hào)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后送往中心處理單元進(jìn)行處理。7.6.3 7.6.3 雙向自主控制的光纖閉路視雙向自主控制的光纖閉路視/ /音頻信息音頻信息傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)1.1.概述概述 為學(xué)科研究示范需要，南京理工大學(xué)“光學(xué)工程”學(xué)科的光纖技術(shù)與應(yīng)用研究方向，曾在學(xué)校的光學(xué)樓（A端）與綜合實(shí)驗(yàn)大樓（B端）兩辦公室之間（距離約500m），利用兩套PFM501AV型發(fā)送與接收光端機(jī)以及GYT53型中心束管式單模四芯鋼絲鎧裝光纜和相關(guān)的視音頻設(shè)備（攝像頭、監(jiān)視器、麥克風(fēng)

17、、揚(yáng)聲器），研發(fā)建設(shè)了學(xué)校首條教學(xué)與研究示范性的、異地兩點(diǎn)間光纖閉路雙向視/音頻信息傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（參見(jiàn)圖7.22）。 在此基礎(chǔ)上，為使系統(tǒng)能在22小時(shí)通電備用的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，以及為提高系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)水平，爾后又進(jìn)一步研制成功一種“基于冗余能量維持”的“光信息傳輸控制器”（Optical Information Transfer Controller based on Redundant Optical Energy Maintaining簡(jiǎn)稱OITC-ROEM兩者相結(jié)合研制成功“雙向自主控制光纖閉路視/音頻信息傳輸系統(tǒng)”（參見(jiàn)圖7.23），該系統(tǒng)充分體現(xiàn)了光纖信息傳輸

18、與信號(hào)控制的功能。圖圖7.22 7.22 光纖雙向視光纖雙向視/ /音頻信息傳輸系統(tǒng)音頻信息傳輸系統(tǒng) 2.2.基于基于OITCROEMOITCROEM的雙向自主控制光纖閉路的雙向自主控制光纖閉路視視/ /音頻信息傳輸系統(tǒng)音頻信息傳輸系統(tǒng) （1）雙向自主控制系統(tǒng)的功能要求 為了使用方便，要求雙向傳輸系統(tǒng)中A、B兩端的任一端，均具有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的雙向自主控制功能，即可隨時(shí)、自主地啟動(dòng)和關(guān)閉己方與對(duì)方的設(shè)備。按下A、B兩端任一方的開(kāi)機(jī)控制按鍵，均可將兩端的光端機(jī)、監(jiān)視器、攝像頭、話筒、揚(yáng)聲器全部打開(kāi);按下任一方的關(guān)機(jī)控制按鍵，亦可將雙方的光端機(jī)、監(jiān)視器、攝像頭、話筒、揚(yáng)聲器均關(guān)閉。 （2）基于OITC

19、ROEM的雙向自主控制光纖視/音頻信息傳輸系統(tǒng) 圖7.23給出了基于OITCROEM的雙向自主控制光纖視/音頻信息傳輸系統(tǒng)的原理框圖。其中的OITCROEM即“基于冗余能量維持”的“光信息傳輸控制器”，它是雙向信息傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)雙自主控制功能而無(wú)須借助其他控制設(shè)備的關(guān)鍵模塊。 對(duì)OITCROEM的工作要求 在OITCROEM模塊中，包含系統(tǒng)兩端的啟動(dòng)按鈕和關(guān)閉按鈕，因而任何一方都能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。假定XA開(kāi)為A端啟動(dòng)按鈕（常開(kāi)）, XA關(guān)為A端關(guān)閉按鈕（常閉）；XB開(kāi)為B端啟動(dòng)按鈕（常開(kāi)）,XB關(guān)為B端關(guān)閉按鈕（常閉）。當(dāng)兩端中任意一端的啟動(dòng)按鈕被按下時(shí)，雙方的設(shè)備應(yīng)同時(shí)

20、打開(kāi)；反之，當(dāng)兩端中任意一端的關(guān)閉按鈕按下時(shí)，雙方設(shè)備應(yīng)同時(shí)關(guān)閉。 總之，上述四個(gè)開(kāi)關(guān)中任意一個(gè)開(kāi)關(guān)被按下時(shí)，所能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)控制功能如表7.3所示。A端狀態(tài)ONOFFONOFFA端狀態(tài)ONOFFONOFF開(kāi)AX關(guān)AX關(guān)BX開(kāi)BX表表7.3 7.3 系統(tǒng)控制功能表系統(tǒng)控制功能表 基于冗余能量維持的OITCROEM控制方案與機(jī)理 為實(shí)現(xiàn)上述表7.3系統(tǒng)控制功能的要求，OITCROEM巧妙地利用系統(tǒng)自身的冗余光信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩端光端機(jī)及視、音頻設(shè)備進(jìn)行控制。具體方案是，利用光分路器將接收到的來(lái)自對(duì)方發(fā)送端機(jī)的光信號(hào)分為兩部分：一部分（a路）輸出到本地光接收端機(jī)，用于開(kāi)啟視、音頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)圖像和聲音信號(hào)

21、的解調(diào)；另一部分（b路）則經(jīng)光接收模塊的光電轉(zhuǎn)換電路變?yōu)殡娦盘?hào)，用于打開(kāi)和維持本端所有系統(tǒng)設(shè)備（包括光端機(jī)）的供電電源。一旦A、B任意一方關(guān)閉電源，則意味著對(duì)方的OITCROEM將接收不到光信號(hào)，從而使其主電源無(wú)法維持，于是整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。 圖7.22以A端為例（B端與A端完全對(duì)稱），給出了為實(shí)現(xiàn)上述控制方案，反映OITCROEM內(nèi)部各器件狀態(tài)之間控制邏輯的電路模塊及其與外部光端機(jī)、視音頻設(shè)備的連接關(guān)系。其中的光分路器對(duì)實(shí)現(xiàn)上述控制方案與機(jī)理具有重要作用。 圖中，X啟為A端啟動(dòng)按鈕（常開(kāi)）狀態(tài)；X關(guān)為A端關(guān)閉按鈕(常閉)狀態(tài)；XK為繼電器狀態(tài)；Fout為A端發(fā)送端機(jī)的工作狀態(tài)：若為1，則

22、表示有光信號(hào)輸出（亦即本端主電源已接通）；Fin,為A端接收端機(jī)的光信號(hào)狀態(tài)：若為1，則表示對(duì)方有光信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)（亦即對(duì)方主電源已接通）。因而玩Fout、Fin實(shí)際上相應(yīng)于A、B兩端端機(jī)主電源的狀態(tài)。上述幾個(gè)器件狀態(tài)之間以邏輯運(yùn)算關(guān)系可以表示為關(guān)啟XXXout)(FK（7.1） 當(dāng)接收光纖中有光信號(hào)時(shí)，圖7.22中Fin =1。該信號(hào)經(jīng)過(guò)光分路器分為兩路：其中的b路光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大和判決電路以后，使繼電器K的線包通電，對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（XK=1）；當(dāng)接收光纖中光信號(hào)消失時(shí)，有Fin=0，此時(shí)繼電器K的線包將脫電，導(dǎo)致其閉合的觸點(diǎn)回復(fù)到常開(kāi)狀態(tài)Xk=0。由此可以看出，K線圈中的電流實(shí)際上

23、是由接收光信號(hào)Fin來(lái)維持的。因而，XK和Fin具有相同的狀態(tài)，即 XK=Fin （7.2）將（7.2）式代入（7.1）式可得關(guān)啟）（XF inoutXF（7.3）（7.3）式可以用來(lái)分析整個(gè)雙向通信系統(tǒng)的工作過(guò)程。 需要指出的是，關(guān)機(jī)按扭是常閉的（除非被按下去的瞬間），始終有X關(guān)=1存在；啟動(dòng)按鈕是常開(kāi)的，平時(shí)有X啟=0，一旦被按下去則有X啟=1。另外，基于冗余能量維持的機(jī)理，可以保證，當(dāng)任意端作為啟動(dòng)的主動(dòng)端時(shí)，均可為被動(dòng)端提供啟動(dòng)光信號(hào)，同時(shí)為系統(tǒng)的兩端提供維持的光信號(hào)。 系統(tǒng)運(yùn)行的邏輯控制動(dòng)作分析 首先來(lái)分析雙方視音頻通信的建立過(guò)程： 通信的主動(dòng)方首先按下啟動(dòng)按鈕，此時(shí)有X啟=1和Fi

24、n=0（因?qū)Ψ缴形垂ぷ鳎?，同時(shí)X關(guān)=1。由式（ 7.3）可知，必有Fout=1。這意味著主動(dòng)方已可工作。 對(duì)通信的被動(dòng)方，有X啟=0和Fin=0（因?qū)Ψ揭严刃袉?dòng)），同時(shí)X關(guān)=1，由（7.3）式知Fout=1，這意味著被動(dòng)方也已經(jīng)啟動(dòng)工作。 通信建立起來(lái)以后，如何維持呢？ 對(duì)于主動(dòng)方，由于常開(kāi)按鈕被松開(kāi)，此時(shí)X啟恢復(fù)到0的狀態(tài)。但需注意到，因?qū)Ψ揭褑?dòng)，本地將有光輸入，即Fin=1，而X關(guān)仍然保持為1，由（7.3）式可知Fout=1。這意味著主動(dòng)端的主電源將依靠被動(dòng)端的工作而得到維持。 這表明，只要主動(dòng)端工作，被動(dòng)端也將一直工作。通過(guò)上述過(guò)程，雙方的通信被將維持，直到其中一方按下關(guān)閉按鈕。 下

25、面來(lái)分析一下雙方通信的關(guān)閉過(guò)程： 通信開(kāi)始后，雙方處于平等的地位。當(dāng)停止通信的主動(dòng)端按下關(guān)閉按鈕時(shí)，X關(guān)=0，從（7.3）式可以看出，F(xiàn)out=0，即本端將立即停止工作，不再有光傳送到對(duì)方；此時(shí)，對(duì)于通信的被動(dòng)方，因X啟=0，F(xiàn)in=0（對(duì)方已關(guān)閉），X關(guān)=1，由（7.3）式可得Fout=0，這意味著被動(dòng)端也將自動(dòng)關(guān)閉。 上述系統(tǒng)運(yùn)行的邏輯控制動(dòng)作分析表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于冗余能量維持的雙向自主控制功能。 OITCROEM的組成模塊分析 由圖7.22可以看出，OITCROEM的內(nèi)部組成主要包括光分路器、光電轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、判決電路以及啟動(dòng)按鈕、關(guān)機(jī)按鈕、控制繼電器、ACDC轉(zhuǎn)換器等。以下逐一進(jìn)行分析。 （a）光分路器 光分路器的作用是把來(lái)自接收光纖的信號(hào)光按一定的分光比分為兩路