公開(kāi)發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文(2)
公開(kāi)發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文
公開(kāi)發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文篇二
基于光纖通信的礦井通信應(yīng)用策略研究
摘 要： 對(duì)光纖通信的原理和特點(diǎn)進(jìn)行介紹，結(jié)合礦井通信的特點(diǎn)，分析礦井光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)，最后，在此基礎(chǔ)上結(jié)合目前光纖通信的發(fā)展水平，提出相應(yīng)光纖通信的礦井應(yīng)用策略，并對(duì)今后礦井通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展做出預(yù)測(cè)。
關(guān)鍵詞： 礦井通信;光纖通信;應(yīng)用策略
中圖分類(lèi)號(hào)：TD655 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597(2011)1010010-02
目前，有一種利用光波承載傳播信息的通信技術(shù)叫做光纖通信技術(shù)，就像如安全監(jiān)控，電信通信，現(xiàn)代化智能大廈等等。部分發(fā)達(dá)國(guó)家將光纖到戶的構(gòu)想應(yīng)用到了實(shí)踐。隨著電器件的不斷升級(jí)和發(fā)展，礦井通信技術(shù)也得到了升級(jí)和發(fā)展。礦井通信技術(shù)通過(guò)光纖與各種終端直接連接。雖然光纖通信技術(shù)在地面上已成功應(yīng)用和推廣，但由于地下礦井通信的具體特點(diǎn)，從而鋪設(shè)光纖具有更為復(fù)雜的因素，從而光纖通信技術(shù)在礦井使用較少。要實(shí)現(xiàn)礦井通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展必須建立在對(duì)相應(yīng)技術(shù)研究和理論發(fā)展的基礎(chǔ)之上。
1 光纖通信技術(shù)的原理特點(diǎn)及分類(lèi)
1.1 光纖通信技術(shù)的原理特點(diǎn)
光纖是由纖芯、填充料、加強(qiáng)肋、護(hù)套等部分構(gòu)成，和同軸電纜相似，只是沒(méi)有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15mm-50mm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8mm-10mm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。其中由脆性石英玻璃纖維拉制的纖維其傳輸信號(hào)作用。利用光束傳遞信息的這種新技術(shù)是光纖通信，光纖是光的傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)信息由激光發(fā)生器一端傳播到激光接收器一端是利用光波在光纖中全反射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。光纖通過(guò)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，使轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)在光纖內(nèi)遠(yuǎn)距離傳輸，到達(dá)目的地后再將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
光纖通信過(guò)程中，并不是任意波長(zhǎng)的光信號(hào)都能在光纖中傳播，而只有位于1260mm以及1650mm，即光纖截止波長(zhǎng)和光纖本征吸收波長(zhǎng)之間的波長(zhǎng)才能在光纖中用于通信傳輸。由于二氧化硅在1385nm波長(zhǎng)附近的羥基的水吸收峰，從而導(dǎo)致該波段的信號(hào)衰減很大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的有效傳輸，從而不能用于光纖通信。但還可采用新技術(shù)，抵消了水吸收峰的衰減，增長(zhǎng)了光纖通信能力。光纖通信的技術(shù)指標(biāo)指的是光纖的傳播屬性，包括衰減和色散兩方面。光纖通信中的衰減雖相對(duì)較小，但通信過(guò)程中各波段都存在衰減現(xiàn)象，從而在光纖通信建設(shè)過(guò)程中，可通過(guò)限制光信號(hào)的傳輸距離減少衰減。使用各種放大器是為了克服衰減對(duì)傳輸距離的影響。光信號(hào)的損耗也會(huì)由光纖的彎曲造成。光纖的曲率半徑應(yīng)大于十毫米是為了避免彎曲帶來(lái)的損耗。目前，已實(shí)現(xiàn)了對(duì)彎曲損耗的控制。色散的激光光源能通過(guò)激光發(fā)生器產(chǎn)生不單一的頻率，激光光源由一定波長(zhǎng)范圍的光組成，不同的光源波長(zhǎng)決定了不同的信息傳播速度。由此造成傳遞信息的畸變是到達(dá)接受端的不同步的原因，這就稱為光的色散。光纖中的色散能使信號(hào)中的光脈沖波段變寬，能實(shí)現(xiàn)同一信號(hào)的傳遞，從而造成信息傳輸中的誤碼現(xiàn)象。從而在大長(zhǎng)度的高速傳播系統(tǒng)中應(yīng)考慮色散的補(bǔ)償技術(shù)。當(dāng)前開(kāi)發(fā)的色散位移光纖(DSF)是專門(mén)來(lái)解決色散補(bǔ)償問(wèn)題的，它通過(guò)加大結(jié)構(gòu)色散，從而抵消材料色散實(shí)現(xiàn)了對(duì)色散的補(bǔ)償。
1.2 光纖通信技術(shù)的分類(lèi)
1)傳輸點(diǎn)模數(shù)類(lèi)
傳輸點(diǎn)模數(shù)類(lèi)分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小，在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長(zhǎng)上，能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能較差。
2)折射率分布類(lèi)
折射率分布類(lèi)光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個(gè)常數(shù)。在纖芯和保護(hù)層的交界面，折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小，在纖芯與保護(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。
2 在礦井中光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用策略
光纖通信具有頻帶寬、傳輸量大、損耗小、保密性好、受電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)，也因此得到人們的青睞。與地面光纖通信相比，井下的礦井光纖通信環(huán)境惡劣、礦塵重、濕度大、分支多、巷道曲折等具體的環(huán)境特點(diǎn)。但是，由于光纖通信將工作電信號(hào)轉(zhuǎn)換為了光信號(hào)，從而降低了電氣防爆、井下電磁干擾、不受電源電壓波動(dòng)的影響。從而，礦井光纖通信技術(shù)的應(yīng)用能在一定程度上對(duì)安全監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度和搶險(xiǎn)救災(zāi)等造成重要的影響。
2.1 礦井光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)
1)優(yōu)點(diǎn)
?、?較低的耗損率，光纖通信在短距離具有較高的傳輸效率，長(zhǎng)距離的光纖通信可通過(guò)信號(hào)放大設(shè)備保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，具有較高的可靠性。而電纜信息傳輸設(shè)備，在一兩公里內(nèi)就需要設(shè)備裝置放大信號(hào)，不利于井下礦井通信系統(tǒng)系統(tǒng)的操作和施工。② 容量大、帶寬較寬。光纖相對(duì)電纜而言，具有十分強(qiáng)的通信能力，能充分滿足礦井通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊男枰＂?抗電磁干擾性能高。光纖以及光纖工作中不導(dǎo)電，從而避免了由于使用電纜距離較近而造成的信息干擾現(xiàn)象，并且外界的電磁信號(hào)也難以對(duì)光信號(hào)造成影響，抗干擾的能力高。④ 抗噪聲干擾能力強(qiáng)。礦井中的電機(jī)、照明等設(shè)備發(fā)出的噪聲將不會(huì)對(duì)光纖信號(hào)的傳輸產(chǎn)生影響。井下其他電噪聲源的啟停、開(kāi)關(guān)的閉合、各種電弧等都不會(huì)影響光纖通信。同時(shí)，通信光纖也不會(huì)輻射射頻(RF)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。⑤ 安全通信，光纖不導(dǎo)電，從而適用于礦井通信，不會(huì)產(chǎn)生接地、共地現(xiàn)象，光纖的安裝、測(cè)試等也將不受礦井電流電壓影響。⑥ 適應(yīng)性強(qiáng)。礦井環(huán)境具有潮濕、灰塵大且含有有毒氣體等特點(diǎn)。與電纜相比，光纖受溫度影響小、抗氧化性、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。從而能適應(yīng)礦井井下工作環(huán)境。此外，光纖是使用壽命較長(zhǎng)。⑦ 經(jīng)濟(jì)性。光纖具有體積小、重量輕，從而便于安裝和運(yùn)輸。并且光纖的價(jià)格相對(duì)較低，并且能節(jié)約金屬材料的應(yīng)用，節(jié)約安裝的成本，光纖也具有損耗低的優(yōu)勢(shì)，基本不需要中繼器，很大程度上降低了建設(shè)和運(yùn)行的成本。⑧ 防爆性能好。礦井環(huán)境含有大量易燃易爆等有害氣體，從而，礦井設(shè)備應(yīng)具有一定的防爆能力。光纖傳播使用的光信號(hào)將引發(fā)爆炸的概率極小，防爆性能很好。
2)缺點(diǎn)
?、?與電纜通信材料相比，光纖的缺陷在于機(jī)械性能差、脆性大、抗拉強(qiáng)度小，對(duì)井下的施工作業(yè)帶來(lái)了一定的難度。② 光纖通信以光信號(hào)為傳輸載體，而當(dāng)前礦井通信終端設(shè)備采用的是電信號(hào)，由此需要實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，而光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的接口價(jià)格較高，增加了通信系統(tǒng)的建設(shè)成本。③ 光纖的焊接、檢測(cè)、維修需要專門(mén)的設(shè)備。光纖的維修過(guò)程十分復(fù)雜，由此需要專門(mén)的設(shè)備維修人員進(jìn)行維修。
2.2 礦井光纖通信應(yīng)用
1)礦井光纖通信的特點(diǎn)
① 與地面相比，井下礦井巷道的長(zhǎng)度基本都屬于短距離傳輸。② 礦井巷道的工作環(huán)境較為惡劣，具有礦塵重、濕度大、空間狹窄、分支多、巷道彎曲大等特點(diǎn)，從而礦井的光纖通信設(shè)備的建設(shè)和維護(hù)提出了較高的要求。③ 井下礦井巷道的彎曲多、傾斜度大，在施工建設(shè)過(guò)程中應(yīng)著重避免彎曲損耗。④ 井下通信體系一般集中在巷道的工作面上，井下監(jiān)控書(shū)面低于地面，礦井內(nèi)的信息通信量較小。⑤ 光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，從而避免了電磁干擾、電氣防爆等危險(xiǎn)因素。
2)礦井光纖通信的應(yīng)用
礦井光纖通信的應(yīng)用，應(yīng)綜合考慮光纖通信系統(tǒng)中的距離、傳輸容量以及通信質(zhì)量的要求，并在滿足了當(dāng)前通信需要的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)通信需求的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)性。以光纖通信在礦井提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用為例。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，這對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高有很大作用。通信質(zhì)量對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)影響很大，而通信質(zhì)量與生產(chǎn)安全和效率直接相關(guān)。提升機(jī)機(jī)房的環(huán)境很好，規(guī)范安裝可以以最低的成本收獲較好的效果。北洺河鐵礦在2007年改造了其副井的提升機(jī)操作系統(tǒng)。信號(hào)系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP總線，其傳輸速度為12Mbit/s?？偩€連接的各水平信號(hào)臺(tái)采用S7-300信號(hào)模塊，它與PROFIBUS-DP網(wǎng)的連接用西門(mén)子ET200M通信模塊，電纜和光纜的轉(zhuǎn)換設(shè)備用西門(mén)子光纖鏈路模塊OLM/G12。這個(gè)模塊有1個(gè)RS485接口，3個(gè)接口，還有2個(gè)光纖接口。此過(guò)程中用屏幕電纜傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)來(lái)為OLM/G12傳輸。信號(hào)系統(tǒng)通信電纜、電源電纜以及需要的硬件等安全信號(hào)線，用于傳遞數(shù)據(jù)的電纜的連接量小。通信光纜由鎧裝8芯多模玻璃光纜構(gòu)成，其中含有備用的光纖。網(wǎng)絡(luò)連接采用冗余環(huán)網(wǎng)的連接方式，正常通信的質(zhì)量不會(huì)因?yàn)槟骋稽c(diǎn)光纜的斷開(kāi)而受影響。
3 結(jié)語(yǔ)
光纖通信在地面上的應(yīng)用已經(jīng)取得很大成功。雖然目前礦井光纖通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未發(fā)展完善和成熟，但礦井光纖通信體系具有通信容量大、防爆性能好、損耗低、受電磁干擾小等其他通信材料難以比擬的優(yōu)勢(shì)。光纖通信技術(shù)不僅能在礦井中得到運(yùn)用，還能在城市通信網(wǎng)、企業(yè)無(wú)人監(jiān)控、智能大廈等通信系統(tǒng)的建設(shè)中獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)現(xiàn)代化管理水平。但工業(yè)中所采用的光纖鏈路的接入設(shè)備比較成本較高，隨著光纖通信的發(fā)展，它會(huì)給礦井工作帶來(lái)更經(jīng)濟(jì)高效的產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)：
[1]王思其、姚善化，礦井通信的抗干擾技術(shù)分析及其應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2004(10).
[2]姚善化、何衛(wèi)，礦井通信中的DSP技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤礦機(jī)械，2004(05).
[3]王思其、姚善化，基于DSP技術(shù)的礦井通信系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].工礦自動(dòng)化，2004(05).
[4]姚善化、王艷秋，礦井通信中間斷傳輸技術(shù)的研究[J].煤礦機(jī)電，2003(05).
[5]鄭國(guó)莘、汪敏，藍(lán)牙技術(shù)用于礦井通信的可行性探討[J].工礦自動(dòng)化，2004(02).
[6]張長(zhǎng)森、王立功，一種新型礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)有關(guān)問(wèn)題的探討[J].煤炭工程，2004(12).
[7]張守祥、王汝琳、郭慧玲，基于PON技術(shù)的礦井監(jiān)控通信系統(tǒng)[J].工礦自動(dòng)化，2004(02).
[8]王文星，語(yǔ)音編碼技術(shù)的分析與應(yīng)用[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002(03).
[9]彭立軍，PED井下無(wú)線通信的發(fā)展[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2003(05).
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