基本信息
- 项目名称：
- 用于单纤三向复用器的弱光检测与故障定位系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我们设计了用于单纤三向复用器的弱光检测与故障定位系统。该系统能够实时地检测单纤三向复用器的运行状态，准确地定位出故障的发生范围和具体的故障类型，不仅提高了单纤三向复用器的安全性和稳定性，也便于改善整个FTTH系统的运行和维护。
- 详细介绍：
- 随着宽带接入网的迅速发展，宽带化成为接入网发展的最显著特征。视频点播、IPTV（网络电视）和网络游戏等高带宽业务逐渐被电信运营商和广电运营商视为新的业务增长点，用户对接入带宽的需求不断增长，因此以现有的ADSL（非对称数字用户环路）为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。面对这一困境，各国电信运营商把关注的目光投向了光纤到户——FTTH（Fiber To The Home）技术。FTTH能够满足数据、语音、CATV等综合业务对高带宽的需求，增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性支持，同时放宽了装置对环境条件和供电等要求，从而降低了安装和使用维护的成本。FTTH的实际应用环节涉及一个非常重要的核心器件，即单纤三向复用器—Triplexer-PLC（PLC，Planar Light wave Circuit），其主要功能是对光信号的耦合和波分复用。EPON和GPON技术规范（ITU-TG.983和G.984）规定了单纤三向复用器中采用1310nm、1490nm、1550nm三波长分配方案：1310nm专门用于数据和IP视频信号的上传；1490nm用于语音、数据和IP视频信号的下传；1550nm用于模拟视频信号下传。 由于单纤三向复用器是在用户端工作，而用户端一般具有应用环境复杂，突发事故发生频率高等不利因素，因此针对单纤三向复用器的故障监测和故障定位装置的设计和开发工作是十分必要的。然而，目前的专利和各类文献中都没有报道关于单纤三向复用器的故障检测（尤其是自动监测）和故障定位的内容。因此，本项目设计的弱光检测与故障定位系统不但能够提高单纤三向复用器的安全性和稳定性，而且与传统的人工故障检测方法相比，又能够降低装置的运行成本和管理难度。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、设计目的：开发一套针对单线三向复用器的弱光检测与故障定位系统，来实时监测光纤接入的工作状态，以提高器件本身的生存性，保证FTTH的可靠运行。2、基本思路：本项目的设计的基本思路可以分为4个部分，分别是：弱光检测电路设计、基于STC单片机的故障定位系统硬件设计、基于STC单片机的故障定位系统软件设计、单纤三向复用器的光学传输平台设计。1）弱光检测电路的主要功能是将来自光分路器的弱光信号转换成电控模块能够准确识别的电信号。2）基于STC单片机的故障定位系统的主要功能是实时检测单纤三向复用模块的4路端口的信号传输情况，并且在检测到故障发生的情况下准确定位出故障发生的位置以及故障类型。3）控制部分在读取采样信号后所采用的软件设计的核心思想:分别同时读取单纤三向复用器两个端口的A/D转换器的数字值，并且比较这两个数字值是否相同。如果比较结果不同，那么将判定故障发生，并确定故障类型和进行故障定位。4)光学传输平台设计的主要功能是为弱光检测与故障定位系统提供实际的测试环境，以便在接近真实的环境中检验所设计系统性能。3、创新点：1）可扩展性：该项目设计的控制部分做适当扩展可适用于其他的多端口的光通信器件2）检测范围高：电压比较器的使用时单片机能读取的弱光功率范围更大，检测成功率也大大提高4、主要技术指标：1）工作波长：1100~1650nm2）响应度：0.8~0.9 A/W3) 工作温度：-40~+85℃ 4）故障定位时间：≤50ms5）方向性:≥50db
科学性、先进性
- 科学性：由于三向模块位于用户端，工作环境可能很恶劣，所以仅仅去研究单纤三向复用器本身的结构以不能完全满足网络运营商对降低成本的要求，因此我们需要设计一套针对单纤三项复用器中的输入光纤工作状态的监控系统，来时时检测其工作状态，以便用户能及时了解故障的类型，进一步为网络运营商和网络管理者在维修时提供方便。先进性：我们设计的弱光检测和故障定位系统不仅能够实时地检测单纤三向复用器的运行状态，而且还能够准确地定位出故障的发生范围和具体的故障类型。因此，该系统不仅能够提高单纤三向复用器的安全性，有效地降低各类故障给用户带来的损失，而且便于网络运营商和网络管理者及时发现和排除相关的故障，便于整个FTTH系统的运行。
获奖情况及鉴定结果
- 2011.4获教育部科技查新工作站的科技查新报告 2011.1获浙江工业大学“运河杯”课外科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利实施许可
作品可展示的形式
- 实物、论文
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明 ： 我们将单纤三向复用器可能的故障范围分为复用器前端发生故障，复用器后端发生故障两种情况。它能实时检测单纤三向复用器的工作状态，故障检测成功率高2.作品的适用范围用于单纤三向复用器的弱光检测和故障定位系统是对用户端核心光电子器件的检测，因此会普及到千家万户，将成为光通信中的常用设备，为实现电话、有线电视和互联网的“三网合一”提供最佳保证，将提高FTTH的建设速度产生良好的社会效益。3.推广前景的技术性说明：本项目设计得到的单纤三向复用器弱光检测和故障定位系统可以用于FTTH的科学研究，如被电信运营商采用，将具有前景看好的经济效益。本项目不但会产生良好的经济和社会效益，而且节约了资源。4.市场分析和经济效益预测 ：单纤三向复用器作为光纤到户的核心器件必将得到广泛应用，及时发现单纤三向器件故障位置及其安全隐患，对于降低网络故障的发生率，缩短故障历时，提高单纤三向器件的寿命等均具有长足意义。
同类课题研究水平概述
- 目前的单纤三向器件发展到第二代，是由无源分波/合波滤光片，LD，PD和一个经过精密机械加工的金属壳体组装而成，工艺复杂，成本高；第三代为混合集成方案。这种方案将激光器、探测器芯片、平面光波导、介质膜滤光片在一个光学平台上直接组装在一起，但是光波导与器件的组装对准技术目前还不是很成熟 可靠性方面还需要试验，在热干扰和光串扰方面都需要仔细设计，另外，包括材料封装设备投人的前期成本很高。其第四代单片集成的工艺更加复杂，还停留在理论和实验阶段。因此目前研究者还在针对单纤三向器本身的结构，串扰，以及滤光片的隔离度等方面做深入研究，以求达到降低成本，提高器件的成品率的目的。而在故障检测方面，现在光缆在线监测系统已经覆盖了我国光缆网络的主要干线节点，很多产品已经实现了商业化。OBS的控制网络采用成熟的分组交换技术，因此有成熟的性能与故障监测方法供其使用。而针对单纤三向复用器的故障检测目前还很少涉及，因此本项目首次尝试设计出了针对单纤三向复用器的输入光纤工作状态的监控系统，来达到降低成本，提高其生存性的目的。我们所设计的系统能够根据时间段的变化，实时地检测单纤三向复用器的故障；同时它能够准确定位故障发生的范围，确定故障类型。该系统在经济性、安全性和易用性三个方面都能够满足要求，除此之外，它还具备良好的可扩展性和兼容性，便于系统的维护，必将为网络运营商和用户带来方便。
