專利名稱：通過(guò)在線測(cè)量光功率實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的光纖通信系統(tǒng)，尤其涉及一種通過(guò)在線測(cè)量光功率實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警的方法。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中大量使用光纖通信系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)通信，光纖損耗是反映 光纖通信技術(shù)指標(biāo)的重要參數(shù)，是決定光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的 重要因素。因此，對(duì)光纖損耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有利于保證光纖通信中信息的正確傳輸，保證整 個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作。光纖損耗檢查的常用方法是采用剪斷法或插入法，通過(guò)測(cè)量光纖的傳輸光功率， 計(jì)算光纖通路的損耗量(衰減量)，檢查時(shí)要斷開(kāi)光纖傳輸通道，接入光功率測(cè)量設(shè)備，且在 測(cè)量過(guò)程中要插拔大量的光纖連接頭，易使接頭受到空氣中的灰塵污染，或者因?yàn)榻宇^的 對(duì)位偏移，導(dǎo)致光通道中額外的故障點(diǎn)，影響光信號(hào)傳輸和實(shí)際的測(cè)量結(jié)果。對(duì)光纖信號(hào)的傳輸質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的常用方法是對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)，如誤碼率、通道中 斷等，進(jìn)行監(jiān)控、檢測(cè)，來(lái)輔助檢查通道傳輸中存在的問(wèn)題，但是這種方法要占用大量的CPU 資源，且只能起到輔助檢查的作用，無(wú)法發(fā)現(xiàn)和定位具體的故障和隱患。例如，當(dāng)光纖通道 由于光纖端面對(duì)接不準(zhǔn)而出現(xiàn)耦合問(wèn)題時(shí)，收信端的光功率會(huì)下降，導(dǎo)致收信裕度不足，但 仍在收信的靈敏度范圍內(nèi)，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生誤碼，用CPU檢查時(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題。但當(dāng)系統(tǒng)有 故障時(shí)，就可能導(dǎo)致收信端出現(xiàn)誤碼、中斷等故障。而且即使檢查出有誤碼，也無(wú)法判斷是 光功率下降導(dǎo)致誤碼，還是中間的傳輸環(huán)節(jié)異常引起的誤碼。光纖通信的收信功率是影響通道質(zhì)量的重要因素，對(duì)光纖信號(hào)的收信功率進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅是對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法的重要補(bǔ)充，而且能識(shí)別其無(wú)法發(fā)現(xiàn)的通道 隱患。常規(guī)的利用光功率一-光強(qiáng)對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行光功率測(cè)量方法相關(guān)文獻(xiàn)已有提及，參見(jiàn) 王芊等，光功率在線測(cè)量方法及應(yīng)用，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33 (2)。但這種基于查表方式 的測(cè)量方法，不僅浪費(fèi)存儲(chǔ)資源，同時(shí)精度不高(士 ldBm)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出基于曲線擬合技術(shù)的光功率實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方案，利用光功 率測(cè)量結(jié)果和變化情況，建立完善的通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下
(1)事先測(cè)量光模塊光功率一光強(qiáng)曲線表格存儲(chǔ)在MCU中；
(2)光模塊中集成光強(qiáng)檢測(cè)和變換電路；建立A/D轉(zhuǎn)換電路，并采取分段放大的方式， 保證A/D轉(zhuǎn)換在小信號(hào)時(shí)的測(cè)量精度；
(3)得到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果后采用曲線擬合技術(shù)計(jì)算光功率值；
(4)利用光功率測(cè)量結(jié)果和變化情況，建立完善的通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制。具體內(nèi)容包括(1)硬件實(shí)現(xiàn)方案
A 在收信端的光模塊中集成光強(qiáng)檢測(cè)和變換電路在進(jìn)行光功率測(cè)量時(shí)，需要監(jiān)測(cè)光 纖通路的光強(qiáng)信號(hào)，光強(qiáng)信號(hào)由光檢測(cè)電路提供，該電路的工作原理是光敏二極管接收到 光纖中的光信號(hào)后，產(chǎn)生和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)I，電流信號(hào)I經(jīng)運(yùn)算放大器構(gòu)成的i-u轉(zhuǎn) 換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U輸出，這部分電路集成在光模塊中。B:建立A/D轉(zhuǎn)換電路，并采取分段放大的方式對(duì)不同強(qiáng)弱的信號(hào)采取不同的比例 系數(shù)，便于保證A/D轉(zhuǎn)換在小信號(hào)時(shí)的測(cè)量精度。A/D轉(zhuǎn)換器電路既可是獨(dú)立的，也可利用 MCU內(nèi)置的。C:用MCU定時(shí)采集A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果(電壓值)。(2)曲線擬合技術(shù)
A 光功率和光強(qiáng)(體現(xiàn)為電壓)具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。預(yù)先等間隔測(cè)量不同功率下光強(qiáng) 信號(hào)的電平，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制對(duì)照表格，將此表格保存在MCU中(為節(jié)省存儲(chǔ)空間，按 步長(zhǎng)為ldBm間隔的數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)范圍為-lOdBm _38dBm)。B 當(dāng)MCU采集到A/D轉(zhuǎn)換的光強(qiáng)值，利用MCU已存儲(chǔ)的光功率-光強(qiáng)數(shù)據(jù)，采用曲 線擬合技術(shù)(插值技術(shù))，求出相應(yīng)的光功率值，精度(士0. ldBm)。(3)通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制
利用光功率測(cè)量結(jié)果和變化情況，建立通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制。A 當(dāng)接收光功率低于預(yù)先設(shè)定的功率門(mén)檻(如_36dBm)，發(fā)“收信功率過(guò)低報(bào)警” 信息,點(diǎn)通道異常燈；
B 當(dāng)接收光功率高于預(yù)先設(shè)定的功率門(mén)檻(如-lOdBm)，發(fā)“收信功率過(guò)高報(bào)警”信息， 點(diǎn)通道異常燈；
C 自動(dòng)記錄通道投運(yùn)時(shí)的接收功率，當(dāng)在線監(jiān)測(cè)到的收信功率低于該值一定門(mén)檻(如 正常運(yùn)行時(shí)收信功率_當(dāng)前收信功率>3dBm)時(shí)，說(shuō)明通道運(yùn)行過(guò)程中衰耗變大，則可能 對(duì)側(cè)裝置發(fā)送功率降低，或通道路由環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，裝置發(fā)“收信功率躍變報(bào)警”信息。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明通過(guò)在線測(cè)量計(jì)算光功率的方法，實(shí)現(xiàn)了不用斷 開(kāi)光纖通道就可以實(shí)時(shí)在線檢測(cè)光功率的目標(biāo)。采取分段放大的方式對(duì)不同強(qiáng)弱的信號(hào)采 取不同的比例系數(shù)和計(jì)算光功率時(shí)采用曲線擬合技術(shù)，不僅節(jié)省存儲(chǔ)資源，且精度更高。基 于在線測(cè)量的光功率值，建立完善的通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制，不僅實(shí)現(xiàn)收信功率過(guò)高和 過(guò)低的報(bào)警，更能實(shí)現(xiàn)通道衰耗緩慢變化或躍變的監(jiān)視(變化后通道接收功率仍在正常范 圍之內(nèi))，識(shí)別常規(guī)通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)的通道隱患。


圖1光功率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。圖2拉格朗日插值示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。(1)硬件實(shí)現(xiàn)方案
A 在收信端的光模塊中集成光強(qiáng)檢測(cè)和變換電路在進(jìn)行光功率測(cè)量時(shí)，需要監(jiān)測(cè)光纖通路的光強(qiáng)信號(hào)，光強(qiáng)信號(hào)由光檢測(cè)電路提供，該電路的工作原理是光敏二極管接收到 光纖中的光信號(hào)后，產(chǎn)生和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)I，電流信號(hào)I經(jīng)運(yùn)算放大器構(gòu)成的i-u轉(zhuǎn) 換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U輸出，這部分電路集成在光模塊中。B:建立A/D轉(zhuǎn)換電路，并采取分段放大的方式對(duì)不同強(qiáng)弱的信號(hào)采取不同的比例 系數(shù)，便于保證A/D轉(zhuǎn)換在小信號(hào)時(shí)的測(cè)量精度。A/D轉(zhuǎn)換器電路既可是獨(dú)立的，也可利用 MCU內(nèi)置的。C:用MCU定時(shí)采集A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果(電壓值)。(2)曲線擬合技術(shù)
A 光功率和光強(qiáng)(體現(xiàn)為電壓)具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于個(gè)體差異性，每個(gè)光模塊的光 功率_光強(qiáng)曲線并不完全一致，為保證測(cè)量的高精度，事先測(cè)量每個(gè)光模塊的光功率_光強(qiáng) 曲線表格(自動(dòng)測(cè)試)，并分別存儲(chǔ)到各自的MCU中。(為節(jié)省存儲(chǔ)空間，按步長(zhǎng)為ldBm間隔 的數(shù)據(jù)來(lái)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)范圍為-lOdBm -38dBm)。B:當(dāng)MCU采集到A/D轉(zhuǎn)換的光強(qiáng)值，利用MCU已存儲(chǔ)的光功率-光強(qiáng)數(shù)據(jù)， 采用曲線擬合技術(shù)(如拉格朗日插值算法或三次樣條插值)，求出相應(yīng)的光功率值，精度 (士0. ldBm)。以拉格朗日插值算法說(shuō)明(如圖3所示)為例
設(shè)當(dāng)前采樣點(diǎn)光強(qiáng)電壓為 mV, x附近三個(gè)已知點(diǎn)光強(qiáng)電壓分別為x0、x1、x2 mV,對(duì)應(yīng)光強(qiáng)為f(x0)、f(x1)、f(x2)(已存儲(chǔ)在MCU中)，則當(dāng)前采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)光強(qiáng)為f(x)
權(quán)利要求
通過(guò)在線測(cè)量光功率實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)事先測(cè)量光模塊光功率—光強(qiáng)曲線表格存儲(chǔ)在MCU中；(2)光模塊中集成光強(qiáng)檢測(cè)和變換電路；建立A/D轉(zhuǎn)換電路，并采取分段放大的方式，保證A/D轉(zhuǎn)換在小信號(hào)時(shí)的測(cè)量精度；(3)得到A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果后采用曲線擬合技術(shù)計(jì)算光功率值；(4)利用光功率測(cè)量結(jié)果和變化情況，建立完善的通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)在線測(cè)量光功率實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其特征 在于，光模塊內(nèi)置光強(qiáng)檢測(cè)和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，光強(qiáng)信息直接以電壓信號(hào)的形式輸出， 采用A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換的節(jié)拍由MCU控制，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果可由MCU接收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光功率在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(2)采取分 段放大的方式對(duì)不同強(qiáng)弱的信號(hào)采取不同的比例系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)在線測(cè)量光功率實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其特征 在于，A/D轉(zhuǎn)換電路既可是獨(dú)立的，也可利用MCU內(nèi)置的。
全文摘要
通過(guò)在線測(cè)量光功率實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，包括如下步驟(1)事先測(cè)量光模塊光功率—光強(qiáng)曲線表格存儲(chǔ)在MCU中；(2)光模塊中集成光強(qiáng)檢測(cè)和變換電路；建立A/D轉(zhuǎn)換電路，并采取分段放大的方式，保證A/D轉(zhuǎn)換在小信號(hào)時(shí)的測(cè)量精度；(3)得到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果后采用曲線擬合技術(shù)計(jì)算光功率值；(4)利用光功率測(cè)量結(jié)果和變化情況，建立完善的通道狀態(tài)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制。本發(fā)明通過(guò)在線測(cè)量計(jì)算光功率的方法，實(shí)現(xiàn)了不用斷開(kāi)光纖通道就可以實(shí)時(shí)在線檢測(cè)光功率的目標(biāo)。
文檔編號(hào)H04B10/08GK101989878SQ20101058969
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者俞拙非, 吳通華, 周華良, 姚吉文, 張宏波, 鄭玉平 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院