信息化建設(shè)講座

1、煤煤 礦礦 信信 息息 化化 建建 設(shè)設(shè) 講講 座座 課課 件件光纖的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用光纖的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用編制：編制：.教 學(xué) 的 目 的 和 要 求一、了解光纖的發(fā)展和現(xiàn)狀二、理解光通訊的基本概念三、熟悉煤礦信息化建設(shè)中的光纖通訊設(shè)備四、掌握光纖熔接技術(shù)的使用五、OTDR和光功率計(jì)的原理及應(yīng)用.光纖的發(fā)展和現(xiàn)狀 1966年，英籍華裔學(xué)者高錕和霍克哈姆發(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)代光通信光纖通信的基礎(chǔ)。 此后，光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模,工作波長(zhǎng)從0.85m發(fā)展到1.31m和1.55m (短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)），傳輸速率

2、從幾十Mb/s發(fā)展到幾百Gb/s。 .光纖的發(fā)展和現(xiàn)狀光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段： 第一階段(1966-1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期。 第二階段(1976-1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時(shí)期。 第三階段(1986-1996年)，這是以超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)、全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究的時(shí)期。 .光通信的基本概念光通信光通信 光通信是利用光波來(lái)傳送信息的。光纖通信光纖通信 光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 是以光波作載波、以光纖為傳輸媒

3、介的通信系統(tǒng)。它由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光纖或光纜、中繼器和光無(wú)源器件等五個(gè)部分組成 。 .光纖的特點(diǎn)和應(yīng)用 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 容許頻帶很寬，傳輸容量很大； 損耗很小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很??； 重量輕、體積??； 抗電磁干擾性能好； 泄漏小，保密性能好； 節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。 應(yīng)用：應(yīng)用： 光纖可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。 光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應(yīng)用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究應(yīng)用的主要目標(biāo)。 .光纖的結(jié)構(gòu)和類型 光纖是一種玻璃絲，其材料是石英（SiO2），是通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良傳輸介質(zhì)。玻璃，光

4、能量在中心 8um傳輸 玻璃, 包圍光纖纖芯，125um 第一涂敷保護(hù)層 250umPVDF/PVC 第二保護(hù)層 900umKevlar + 松套管增強(qiáng)保護(hù)層 1.5-3mm.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成，有時(shí)在護(hù)套外面加有鎧裝。 根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，光纜可分為四種基本型式。松松套套充充油油光光纖纖緊緊套套光光纖纖聚聚已已烯烯 骨骨架架加加強(qiáng)強(qiáng)件件包包帶帶護(hù)護(hù)套套一一次次被被覆覆光光纖纖加加強(qiáng)強(qiáng)件件包包帶帶護(hù)護(hù)套套帶帶狀狀單單元元光光纖纖( (a a) )層層絞絞式式( (b b) )骨骨架架式式( (c c) )中中心心套套管管式式( (d d) )帶帶狀狀式式.光纖的結(jié)

5、構(gòu)和類型 一般光纜有：一般光纜有： 室內(nèi)光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等。特種光纜常見(jiàn)的有：特種光纜常見(jiàn)的有： 電力網(wǎng)使用的架空地線復(fù)合光纜（OPGW），跨越海洋的海底光纜，易燃易爆環(huán)境使用的阻燃光纜以及各種不同條件下使用的軍用光纜等。.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 緊套層絞式光纜（架空、管道）緊套層絞式光纜（架空、管道）.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 松套層絞式光纜（直埋防蟻）松套層絞式光纜（直埋防蟻）.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 骨架式光纜（直埋）骨架式光纜（直埋）.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 束管式光纜（直埋）束管式光纜（直埋）.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 帶狀光纜帶狀光纜.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 根據(jù)傳輸點(diǎn)模數(shù)的不同，光纖可分為單模光纖和多

6、模光纖。所謂模是指以一定角速度進(jìn)入光纖的一束光。單模光纖采用固體激光器做光源，多模光纖則采用發(fā)光二極管做光源。多模光纖允許多束光在光纖中同時(shí)傳播，從而形成模分散(因?yàn)槊恳粋€(gè)“?！惫膺M(jìn)入光纖的角度不同它們到達(dá)另一端點(diǎn)的時(shí)間也不同，這種特征稱為模分散。)，模分散技術(shù)限制了多模光纖的帶寬和距離，因此，多模光纖的芯線粗，傳輸速度低、距離短，整體的傳輸性能差，但其成本比較低，一般用于建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境下。單模光纖只能允許一束光傳播，所以單模光纖沒(méi)有模分散特性，因而，單模光纖的纖芯相應(yīng)較細(xì)，傳輸頻帶寬、容量大，傳輸距離長(zhǎng)，但因其需要激光源，成本較高。.光纖的結(jié)構(gòu)和類型 折折射射率率分分布布n2n

7、1nr ( )r光光纖纖結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)輸輸入入光光脈脈沖沖光光線線在在纖纖芯芯內(nèi)內(nèi)的的路路經(jīng)經(jīng)0輸輸出出光光脈脈沖沖t光光強(qiáng)強(qiáng)光光強(qiáng)強(qiáng)光光強(qiáng)強(qiáng)階階躍躍多多模模光光纖纖(a)包包層層纖纖芯芯2a2a m=100SM SM GI SI1.00.5t光光強(qiáng)強(qiáng)脈脈沖沖展展寬寬t光光強(qiáng)強(qiáng)0t SI1.00.51231402 b m=2 bt GI1.00.5t光光強(qiáng)強(qiáng)000123n2n1nr ( )r漸漸變變多多模模光光纖纖(b)2a2a m=62.52 b1252 b m=2 bn2n1nr ( )r單單模模光光纖纖(c)2a m=2a8.32 b1252 b m=.單模多模光纖的區(qū)別 光纜外套標(biāo)識(shí)：光纜外

8、套標(biāo)識(shí)： 50/125, 62.5/125為多模，9/125(g652)為單模 。 光纖可磨接后用100/200倍放大鏡察看，一個(gè)小黑點(diǎn)的是單模，大一點(diǎn)有雙環(huán)的是多模。纖芯在熔接機(jī)內(nèi)也能分辯出，在熔接機(jī)顯示器看中間是空的是單模，看上去一體的是多模。簡(jiǎn)單的用途區(qū)別：簡(jiǎn)單的用途區(qū)別： 多模一般應(yīng)用在園區(qū)內(nèi)較近的地方之間； 單模傳輸距離較遠(yuǎn)，一般應(yīng)用在電信領(lǐng)域。.單模多模光纖的區(qū)別單模傳輸與多模傳輸單模傳輸與多模傳輸 在光纖通信理論中，光纖有單模、多模之分，區(qū)別在于： 1. 單模光纖芯徑?。?0mm左右），僅允許一個(gè)模式傳輸，色散小，工作在長(zhǎng)波長(zhǎng)（1310nm和1550nm），與光器件的耦合相對(duì)困難

9、 2. 多模光纖芯徑大（62.5mm或50mm），允許上百個(gè)模式傳輸，色散大，工作在850nm或1310nm。與光器件的耦合相對(duì)容易。 而對(duì)于光端模塊來(lái)講，嚴(yán)格的說(shuō)并沒(méi)有單模、多模之分。所謂單模、多模模塊，指的是光端模塊采用的光器件與何種光纖配合能獲得最佳傳輸特性。.光纖接口連接器的種類 ST、SC、FC光纖接頭是早期不同企業(yè)開(kāi)發(fā)形成的標(biāo)準(zhǔn)，使用效果一樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)。u ST、SC連接器接頭常用于一般網(wǎng)絡(luò)。ST頭插入后旋轉(zhuǎn)半周有一卡口固定，缺點(diǎn)是容易折斷；u SC連接頭直接插拔，使用很方便，缺點(diǎn)是容易掉出來(lái)；u FC連接頭一般電信網(wǎng)絡(luò)采用，有一螺帽擰到適配器上，優(yōu)點(diǎn)是牢靠、防灰塵，缺點(diǎn)是安裝時(shí)

10、間稍長(zhǎng)。 .光纖接口連接器的種類. 光纖收發(fā)器指示燈含義T-Link TR-962D 正面. 光纖收發(fā)器指示燈含義指示燈含義說(shuō)明：指示燈含義說(shuō)明：POWER(綠色)：“常亮”表明光纖收發(fā)器處于通電狀態(tài)；LFP指示燈： “常亮”表明LFP功能開(kāi)啟，“常滅”表示LFP功能關(guān)閉；FX_LINK/ACT(綠色)：“常亮”表明光纖端口連接有效，“閃爍”表明收發(fā)器正在從光纖連接器接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；TP_LINK/ACT(綠色)：“常亮”表明RJ45端口連接有效，“閃爍”表明收發(fā)器正在從RJ45連接器接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；TP_SPD(綠色)：“常亮”表明RJ45端口與100M設(shè)備相連；TP_FDX/COL(綠色)

11、：“常亮”表明RJ45端口工作于全雙工模式；“閃爍”表明RJ45端口數(shù)據(jù)信號(hào)有沖突?！安涣痢北砻麟p絞線端口工作在半雙工狀態(tài)。. 光纖收發(fā)器開(kāi)關(guān)含義T-Link TR-962D 背面. 光纖收發(fā)器開(kāi)關(guān)含義開(kāi)關(guān)含義說(shuō)明：開(kāi)關(guān)含義說(shuō)明： TP_AUTO：開(kāi)啟RJ45端口10/100M自適應(yīng)； TP_DIS： 關(guān)閉RJ45端口10/100M自適應(yīng)； TP_100M：固定RJ45端口100M速率； TP_10M： 固定RJ45端口10M速率； TP_FDX： RJ45端口工作于全雙工模式； TP_HDX： RJ45端口工作于半雙工模式； LFP_ON： 開(kāi)啟鏈路告警功能； LFP_OFF： 關(guān)閉鏈路告警

12、功能； *每次更改配置開(kāi)關(guān)，都必須將設(shè)備重啟才能生效。.光纖收發(fā)器的連接.光纖熔接過(guò)程認(rèn)識(shí)常用光纖熔接工具.光纖熔接過(guò)程先將光纖穿過(guò)光纖收容箱.光纖熔接過(guò)程剝光纜外皮.光纖熔接過(guò)程露出光纖束管，用美工刀輕割一圈.光纖熔接過(guò)程輕掰光纖束管，使其斷裂，彎曲角度不大于45.光纖熔接過(guò)程抽出光纖束管，露出光纖.光纖熔接過(guò)程將脫脂棉浸酒精.光纖熔接過(guò)程擦拭光纖的油膏.光纖熔接過(guò)程將光纖套入熱縮管.光纖熔接過(guò)程剝光光纖表面涂層.光纖熔接過(guò)程擦拭光纖表面.光纖熔接過(guò)程將光纖放入切割刀槽內(nèi)壓好后進(jìn)行切割.光纖熔接過(guò)程將切割好的光纖壓到熔接機(jī)的一側(cè).光纖熔接過(guò)程將處理好的第二根光纖壓到熔接機(jī)的另一側(cè).光纖熔接過(guò)

13、程蓋好防塵蓋，手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整光纖的X軸Y軸.光纖熔接過(guò)程按“set”建進(jìn)行熔接.光纖熔接過(guò)程用熱縮管完全套住光纖剝掉防護(hù)層的部分.光纖熔接過(guò)程將套好光纖的熱縮管輕放到加熱器中.光纖熔接過(guò)程按“HEAT”鍵加熱.光纖熔接過(guò)程取出加熱好的熱縮管.光纖熔接過(guò)程將熔接好的光纖裝入光纖收容箱.光纖熔接過(guò)程將光纖盤好并固定.光纖熔接過(guò)程連接好光纖耦合器.光纖熔接線序松套管中光纖的色譜排列.OTDR及光功率計(jì)概述 OTDR ：中文名光時(shí)域反射儀，是利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、

14、接頭衰減和故障定位等的測(cè)量。 光功率計(jì)光功率計(jì)：用于測(cè)量絕對(duì)光功率或通過(guò)一段光纖的光功率相對(duì)損耗。在光纖系統(tǒng)中，測(cè)量光功率是最基本的，非常像電子學(xué)中的萬(wàn)用表。.光時(shí)域反射儀.光功率計(jì).OTDR原理 OTDR將窄的光脈沖注入光纖端面作為探測(cè)信號(hào)。在光脈沖沿著光纖傳播時(shí)，各處瑞利散射的背向散射部分將不斷返回光纖入射端，當(dāng)光信號(hào)遇到裂紋時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射，其背向反射光也會(huì)返回光纖入射端。 通過(guò)合適的光耦合和高速響應(yīng)的光電檢測(cè)器檢測(cè)到輸入端的背向光的大小和到達(dá)時(shí)間，就能定量的測(cè)量出光纖的傳輸特性、長(zhǎng)度及故障點(diǎn)等。.瑞利散射 光纖中存在著微小的折射率波動(dòng)，折射率變化部分的尺寸比波長(zhǎng)還小時(shí)，會(huì)使光產(chǎn)生

15、向各個(gè)方向的散射，稱為瑞利散射。 NA.OTDR是如何利用瑞利散射原理的 在光纖輸入端面注入窄脈沖，在光脈沖沿著光纖傳播時(shí)，各點(diǎn)瑞利散射部分不斷返回到光纖的輸入端。 光纖接收檢測(cè)電路檢測(cè)到這些返回的光，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理提高信噪比以后，把與反射功率對(duì)應(yīng)的電信號(hào)接到示波器，經(jīng)處理后，在屏幕上可以顯示出相應(yīng)的對(duì)數(shù)衰減曲線。.菲涅爾反射 光在傳輸過(guò)程中通過(guò)折射率不同的介質(zhì)產(chǎn)生的反射稱菲涅爾反射。 菲涅爾反射通常發(fā)生在連接器、機(jī)械接頭、光纜的不匹配處和光纖末端。n1n2.OTDR是如何利用菲涅爾反射原理的 根據(jù)菲涅爾反射原理，只要在發(fā)送端探測(cè)到背向反射回來(lái)的光，就可以看到前后端面的回波脈沖，它們之間的時(shí)間間

16、隔就是光走了兩倍纖長(zhǎng)度的時(shí)間，據(jù)此可以測(cè)量出光纖的長(zhǎng)度。 同理，如光纖內(nèi)部發(fā)生斷裂或有缺陷也會(huì)在光纖輸入端檢測(cè)到回波脈沖，根據(jù)回波脈沖情況可進(jìn)行故障定位。.OTDR工作原理框圖光時(shí)域反射儀光時(shí)域反射儀熔接彎折活動(dòng)連接器斷裂光纖尾端光纖網(wǎng)光纖網(wǎng)OTDR 測(cè)試顯示測(cè)試顯示相對(duì)光功率激光器激光器耦合器耦合器脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器光監(jiān)測(cè)器光監(jiān)測(cè)器數(shù)據(jù)分析及其顯示數(shù)據(jù)分析及其顯示OTDR 是基本的光纖鏈路安裝和維護(hù)的測(cè)試工具機(jī)械固定連接頭.OTDR曲線示意圖MODIFY/ENTERZOOM 10衰耗反射OTDR 顯示顯示熔接彎折活動(dòng)連接器機(jī)械固定接頭斷裂光纖尾端.OTDR測(cè)量參數(shù)選擇及注意事項(xiàng) 波長(zhǎng)選擇波長(zhǎng)選擇：850/1300為多模，1310/1550為單模。一般要求2個(gè)波長(zhǎng)均要測(cè)試，1550可以測(cè)得距離更遠(yuǎn)。另外，為了區(qū)分熔接和微彎，也需要雙波長(zhǎng)測(cè)量比對(duì)。 脈沖寬度脈沖寬度：脈寬越大，測(cè)量的距離越遠(yuǎn)，但是盲區(qū)也會(huì)增大。需要找到一個(gè)代價(jià)最小的選擇。目前的儀表，大都可以選自動(dòng)，完成脈寬設(shè)置。 短光纖測(cè)量短光纖測(cè)量：是OTDR的測(cè)量難度。主要因?yàn)榍€的波動(dòng)性會(huì)短鏈路影響加劇。主要體現(xiàn)在衰減系數(shù)指標(biāo)上，通常1km以下會(huì)測(cè)到較大數(shù)值。加長(zhǎng)