通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測的方法

2023-06-01 00:34:16 2

專利名稱：通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測的方法
技術領域：
本發明涉及電力系統繼電保護的光纖通信系統，尤其涉及一種通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測和報警的方法。
背景技術：
目前電力系統繼電保護中大量使用光纖通信系統完成數據通信，光纖損耗是反映 光纖通信技術指標的重要參數，是決定光纖傳輸網絡的傳輸距離、傳輸穩定性和可靠性的 重要因素。因此，對光纖損耗進行實時監測有利於保證光纖通信中信息的正確傳輸，保證整 個繼電保護系統的正常工作。光纖損耗檢查的常用方法是採用剪斷法或插入法，通過測量光纖的傳輸光功率， 計算光纖通路的損耗量(衰減量)，檢查時要斷開光纖傳輸通道，接入光功率測量設備，且在 測量過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汙染，或者因為接頭的 對位偏移，導致光通道中額外的故障點，影響光信號傳輸和實際的測量結果。對光纖信號的傳輸質量實時監測的常用方法是對傳輸的信號，如誤碼率、通道中 斷等，進行監控、檢測，來輔助檢查通道傳輸中存在的問題，但是這種方法要佔用大量的CPU 資源，且只能起到輔助檢查的作用，無法發現和定位具體的故障和隱患。例如，當光纖通道 由於光纖端面對接不準而出現耦合問題時，收信端的光功率會下降，導致收信裕度不足，但 仍在收信的靈敏度範圍內，此時不會產生誤碼，用CPU檢查時無法發現此問題。但當系統有 故障時，就可能導致收信端出現誤碼、中斷等故障。而且即使檢查出有誤碼，也無法判斷是 光功率下降導致誤碼，還是中間的傳輸環節異常引起的誤碼。光纖通信的收信功率是影響通道質量的重要因素，對光纖信號的收信功率進行實 時監測，不僅是對傳輸的信號進行監測的方法的重要補充，而且能識別其無法發現的通道 隱患。常規的利用光功率一-光強對應關係進行光功率測量方法相關文獻已有提及，參見 王芊等，光功率在線測量方法及應用，電力系統自動化，2009，33 (2)。但這種基於查表方式 的測量方法，不僅浪費存儲資源，同時精度不高(士 ldBm)。

發明內容
本發明的目的是提出基於曲線擬合技術的光功率實時在線監測方案，利用光功 率測量結果和變化情況，建立完善的通道狀態監測和報警機制。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下
(1)事先測量光模塊光功率一光強曲線表格存儲在MCU中；
(2)光模塊中集成光強檢測和變換電路；建立A/D轉換電路，並採取分段放大的方式， 保證A/D轉換在小信號時的測量精度；
(3)得到A/D轉換結果後採用曲線擬合技術計算光功率值；
(4)利用光功率測量結果和變化情況，建立完善的通道狀態監測和報警機制。具體內容包括(1)硬體實現方案
A 在收信端的光模塊中集成光強檢測和變換電路在進行光功率測量時，需要監測光 纖通路的光強信號，光強信號由光檢測電路提供，該電路的工作原理是光敏二極體接收到 光纖中的光信號後，產生和光強對應的電流信號I，電流信號I經運算放大器構成的i-u轉 換電路轉換成電壓信號U輸出，這部分電路集成在光模塊中。B:建立A/D轉換電路，並採取分段放大的方式對不同強弱的信號採取不同的比例 係數，便於保證A/D轉換在小信號時的測量精度。A/D轉換器電路既可是獨立的，也可利用 MCU內置的。C:用MCU定時採集A/D轉換結果(電壓值)。(2)曲線擬合技術
A 光功率和光強(體現為電壓)具有一一對應關係。預先等間隔測量不同功率下光強 信號的電平，並根據測量結果繪製對照表格，將此表格保存在MCU中(為節省存儲空間，按 步長為ldBm間隔的數據來存儲，存儲範圍為-lOdBm _38dBm)。B 當MCU採集到A/D轉換的光強值，利用MCU已存儲的光功率-光強數據，採用曲 線擬合技術(插值技術)，求出相應的光功率值，精度(士0. ldBm)。(3)通道狀態監測和報警機制
利用光功率測量結果和變化情況，建立通道狀態監測和報警機制。A 當接收光功率低於預先設定的功率門檻(如_36dBm)，發「收信功率過低報警」 信息,點通道異常燈；
B 當接收光功率高於預先設定的功率門檻(如-lOdBm)，發「收信功率過高報警」信息， 點通道異常燈；
C 自動記錄通道投運時的接收功率，當在線監測到的收信功率低於該值一定門檻(如 正常運行時收信功率_當前收信功率>3dBm)時，說明通道運行過程中衰耗變大，則可能 對側裝置發送功率降低，或通道路由環節出現故障，裝置發「收信功率躍變報警」信息。本發明的有益效果如下本發明通過在線測量計算光功率的方法，實現了不用斷 開光纖通道就可以實時在線檢測光功率的目標。採取分段放大的方式對不同強弱的信號採 取不同的比例係數和計算光功率時採用曲線擬合技術，不僅節省存儲資源，且精度更高。基 於在線測量的光功率值，建立完善的通道狀態監測和報警機制，不僅實現收信功率過高和 過低的報警，更能實現通道衰耗緩慢變化或躍變的監視(變化後通道接收功率仍在正常範 圍之內)，識別常規通道狀態監測方法無法發現的通道隱患。


圖1光功率在線監測系統示意圖。圖2拉格朗日插值示意圖。
具體實施例方式下面參照附圖並結合實施例對本發明作進一步詳細描述。(1)硬體實現方案
A 在收信端的光模塊中集成光強檢測和變換電路在進行光功率測量時，需要監測光纖通路的光強信號，光強信號由光檢測電路提供，該電路的工作原理是光敏二極體接收到 光纖中的光信號後，產生和光強對應的電流信號I，電流信號I經運算放大器構成的i-u轉 換電路轉換成電壓信號U輸出，這部分電路集成在光模塊中。B:建立A/D轉換電路，並採取分段放大的方式對不同強弱的信號採取不同的比例 係數，便於保證A/D轉換在小信號時的測量精度。A/D轉換器電路既可是獨立的，也可利用 MCU內置的。C:用MCU定時採集A/D轉換結果(電壓值)。(2)曲線擬合技術
A 光功率和光強(體現為電壓)具有一一對應關係。由於個體差異性，每個光模塊的光 功率_光強曲線並不完全一致，為保證測量的高精度，事先測量每個光模塊的光功率_光強 曲線表格(自動測試)，並分別存儲到各自的MCU中。(為節省存儲空間，按步長為ldBm間隔 的數據來存儲，存儲範圍為-lOdBm -38dBm)。B:當MCU採集到A/D轉換的光強值，利用MCU已存儲的光功率-光強數據， 採用曲線擬合技術(如拉格朗日插值算法或三次樣條插值)，求出相應的光功率值，精度 (士0. ldBm)。以拉格朗日插值算法說明(如圖3所示)為例
設當前採樣點光強電壓為 mV, x附近三個已知點光強電壓分別為x0、x1、x2 mV,對應光強為f(x0)、f(x1)、f(x2)(已存儲在MCU中)，則當前採樣點對應光強為f(x)
權利要求
通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測的方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)事先測量光模塊光功率—光強曲線表格存儲在MCU中；(2)光模塊中集成光強檢測和變換電路；建立A/D轉換電路，並採取分段放大的方式，保證A/D轉換在小信號時的測量精度；(3)得到A/D 轉換結果後採用曲線擬合技術計算光功率值；(4)利用光功率測量結果和變化情況，建立完善的通道狀態監測和報警機制。
2.根據權利要求1所述的通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測的方法，其特徵 在於，光模塊內置光強檢測和電流/電壓轉換電路，光強信息直接以電壓信號的形式輸出， 採用A/D轉換電路，A/D轉換的節拍由MCU控制，A/D轉換的結果可由MCU接收。
3.根據權利要求1所述的光功率在線實時監測方法，其特徵在於，所述步驟(2)採取分 段放大的方式對不同強弱的信號採取不同的比例係數。
4.根據權利要求1所述的通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測的方法，其特徵 在於，A/D轉換電路既可是獨立的，也可利用MCU內置的。
全文摘要
通過在線測量光功率實現通道狀態實時監測的方法，包括如下步驟(1)事先測量光模塊光功率—光強曲線表格存儲在MCU中；(2)光模塊中集成光強檢測和變換電路；建立A/D轉換電路，並採取分段放大的方式，保證A/D轉換在小信號時的測量精度；(3)得到A/D轉換結果後採用曲線擬合技術計算光功率值；(4)利用光功率測量結果和變化情況，建立完善的通道狀態監測和報警機制。本發明通過在線測量計算光功率的方法，實現了不用斷開光纖通道就可以實時在線檢測光功率的目標。
文檔編號H04B10/08GK101989878SQ20101058969
公開日2011年3月23日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者俞拙非, 吳通華, 周華良, 姚吉文, 張宏波, 鄭玉平 申請人:國網電力科學研究院