一种新型智能光衰耗器的研制与应用

罗彬 杨军 管委玲 徐佳奇

（国网浙江省电力有限公司台州市路桥区供电公司 浙江省台州市 318050）

光纤通信技术的问世与发展给世界通信业带来了革命性的变革。光纤通信系统是现代化互联网时代的核心支撑系统之一。我国于20 世纪70年代初就开始了光纤通信的基础研究，随着科技的进步，市场需求的增长，现代社会对通信的依赖越来越大，网络的生存性显得至关重要，通信发展和运行环境的变化对光纤通信提出了更高的要求。尤其是智能电网的快速发展，使得光纤通信系统的稳定性在电力行业有着举足轻重的地位。

1 传统光衰耗器的原理、种类及不足

1.1 传统光衰耗器的原理

光衰耗器是一种插入光路中可使光信号功率按设定的固定数值衰减的光器件。它主要用于调节光通信系统或测试系统所传输的光信号的功率，使系统达到良好的匹配状态,也常用以检测光接收机的灵敏度和动态范围。

1.2 传统光衰耗器种类及不足

常规的光衰耗器主要分为固定型光衰耗器、分级可调型光衰耗器、连续可调型光衰耗器、连续与分级组合型光衰耗器等。在传统的电力系统站内光纤通信系统中普遍采用的是固定型光衰耗器。目前市场上的固定型光衰耗器衰减功率在1dB 到30dB 之间，其具有体积小，价格低廉，使用简单等优点。但当光功率过高，会导致误码率高，以太网业务时断时通，甚至会损坏光板或光模块；当光功率过低，会导致误码率高，以太网业务时断时通，通道时常发生保护倒换。由于光衰耗器无法自动调节，当光衰耗器出现衰耗变化时，需工作人员前往现场调换光衰耗器使光功率满足收光要求，这样费时费力，工作效率低下。

2 新型的智能光衰耗器的原理、构造

2.1 新型的智能光衰耗器的原理

该新型智能光衰耗器使用带光电二极管的半导体光探测器将光能转换为电能，放大后将电信号通过已设定好预先值的特性曲线调整模块控制处理后，再输出到微电机光衰耗器整合电路部分生成控制信号，然后通过基于 MOMES 芯片技术制造的光衰耗器来准确控制光衰耗器的衰耗量。也就是说可以根据需求将光功率设定在一个我们想要的值，即使光衰耗量变化最后也能通过智能光衰耗器保持稳定输出这个值，从而保证了光纤通信设备的正常运行。

与传统的固定型光衰耗器相比，智能光衰耗器的稳定性和可控性有效保证了光纤通信设备的正常运行，大大降低了由于光功率过高或过低造成的系统误码率高、以太网业务通讯中断、光板及光模块损坏、通信通道保护倒换等一系列故障。

2.2 新型的智能光衰耗器的构造

智能光衰耗器的结构：1-信号采集装置、2-测量装置、3-数据传输处理装置、4-控制执行装置、5-远程控制装置、6-电控光衰耗模块、7-分光器、8-光探测器、9-放大器、10-模数转换器 、11-数据处理比较模块、12-数据存储器、13-基准频率发生器、14-倍频器、15-基准电压发生器、16-数字倍压器一、17-数字倍压器二、18-计数器、19-限压器、20-通信接口模块、21-键控和显示模块。具体实物图如图1。

该新型智能光衰耗器的构造简述如下：

（1）主要分为信号采集装置1、测量装置2、数据传输处理装置3、控制执行装置4 和远程控制装置5 五个部分。

（2）信号采集装置1 包括电控光衰耗模块6 和分光器7，电控光衰耗模块6 的光输入口与输入光连接，电控光衰耗模块6 的光输出口与分光器7 连接，分光器7 与测量装置2 连接，测量装置2与数据传输处理装置3 连接，数据传输处理装置3 与控制执行装置4 连接，控制执行装置4 与电控光衰耗模块6 连接，数据传输处理装置3 还与远程控制装置5 连接，电控光衰耗模块6 是一个以电压（0-5V）控制光衰耗量模块，电压越高，光衰耗量越大，电压越低，光衰耗量越小，每个电压值对应一个光衰耗值。

（3）分光器7 设置为熔融拉锥型分光器，分光路数为1 分2，分配精度为90:10-99:1 可调，这样分光比可任选，附加损耗低，偏振相关损耗低，稳定性好，体积小。这样可以稳定控制光功率，将输出的光功率保持在固定数值，装置运行稳定可靠，实施较为简单，运行维护方便，不存在信息安全问题，兼容性好。

（4）测量装置2 包括光探测器8、放大器9 和模数转换器10，光探测器8 可以将光信号转换为电信号，模数转换器10 可以将模拟信号转换为数字信号。光探测器8 的光输入口与分光器7 连接，光探测器8 的光输出口与放大器9 连接，放大器9 与模数转换器10 连接。放大器9 为高精度自校准放大器，高精度自校准放大器具有放大倍数可设，放大精度高的放大电路，具备自校准功能。这样，分光器7 可以将输入的1%的光用于测量，由光探测器8 将光信号转化为电信号，再经过高精度自校准放大器放大99 倍，这样可以把信号强度放大到相当于输入光的光信号强度。

（5）数据传输处理装置3 包括数据处理比较模块11 和数据存储器12，数据处理比较模块11 与数据存储器12 连接。新型智能光衰耗器的数据传输处理装置3 还设置有基准频率发生器13 和倍频器14，基准频率发生器13 可以产生一个基准频率，倍频器14 可以把控制数字和基准频率相乘的积进行升频输出，基准频率发生器13 和倍频器14 连接，倍频器14 分别与数据处理比较模块11 和数据存储器12 连接。限压器19 的限压电路设置为4.2V，这样有利于保护电控光衰耗模块6。

（6）远程控制装置5 包括通信接口模块20 和键控和显示模块21，通信接口模块20 与键控和显示模块21 连接，键控和显示模块21 与数据处理比较模块11 连接。这样，可以通过网络远程通信，经过通信接口模块20 与键控和显示模块21 进行通信，再和数据处理比较模块11 进行通信，通过键控和显示模块21，实现人机对话。同时，可以将设定的值如光功率设定值、控制响应速度设定值、控制光功率精度设定值等数据存储在数据存储器12 内，可以设定多组数据，也可以即时调节使用，这样就可以对智能光衰耗器进行远程控制，并查看运行时光功率输入量的大小。从而提高光衰耗器精确度和稳定性，保证通信站现场光设备的正常稳定的运行。

3 新型的智能光衰耗器的优势

3.1 新型的智能光衰耗器的技术优势

这种新型智能光衰耗器应用一种带有光功率输出自调整功能的程控式衰减器，其电路结构中包括带有光源输入端及输出端的可调衰减模块及配套驱动电路、以及程控接口电路，在可调衰减模块的输出端增设由光功率检测及处理模块、以及存储有预设光功率值及配套比较及计算程序的MCU 组成的光功率调整模块，光功率检测及处理模块的输出端与MCU 的信号输入端连接，MCU 的受控端与程控接口电路连接、控制输出端与驱动电路的受控端连接。

上述技术通过采用闭环控制的方法，应用到光模块的自动化生产线上时，能够大大提高光模块的生产效率，并且其制造成本低，为光模块的生产厂家节约了大量生产成本，同时技术上具有以下五个主要优势：

（1）在一定范围内有效保证光功率的稳定输出，其范围可调，灵活度高。

（2）具备远程控制光衰耗器衰耗量的功能，工作人员可通过远程设定光功率参数来调节光衰耗器的光信号衰减量，减少了工作人员处理由于收光功率改变引起故障的消缺时间，降低了消缺成本，有效提高了工作效率，节约了工作时间和人力物力成本。

（3）安装功率计可查看运行时光功率输入量大小，为实时监控光纤设备的运行工况提供数据支持，为光纤设备的健康状况生成一份可靠的“体检报告”。

（4）采用首先由带光电二极管的半导体光探测器将光能转换为电能，经过放大后将电信号通过已设定好预先值的特性曲线调整模块控制处理后，再输出到微电机光衰耗器整合电路部分的生成控制信号的方式，最后通过基于 MOMES 芯片技术制造的光衰耗器来准确控制光衰耗器的衰耗量，这样的方法能够最大程度上减少其他干扰信号造成的影响，保证衰耗量的精确度和可靠性。

3.2 新型的智能光衰耗器的实用性优势

这种新型智能光衰耗器在电力光纤通信系统使用过程中为公司运营节约了大量的人力物力资源，在为公司提高经济效益方面有着积极作用。具体体现在以下几个方面：

（1）这种新型智能光衰耗器可以通过设定一个有效值，实现自动调节收光功率在该值范围内，在一定范围内保证光功率的稳定输出，其范围可调。解决了当收光功率发生改变时需要更换光衰耗器这一问题，有效降低了因光功率过高或过低造成光纤通信设备如光模块等的损坏频率，保证了设备的运行安全，实用场景见图四。

（2）本装置具有远程控制衰耗量的功能，工作人员可远程修改装置参数，无需人员奔赴现场，减少了人力和交通成本的浪费。

（3）可查看运行时光功率输入量大小，帮助通信运维人员实时了解系统运行情况。

（4）其卓越的稳定性和精确度也为光纤通信系统的运行提供有力支撑，有效保证光功率在设定范围内，大大降低了系统误码率的风险，减少了由于收光功率偏差造成的光板及光模块等光元件的损坏，保证了以太网通信通道的畅通，避免了通信通道保护倒换的故障等。

综上所述，与传统技术相比，这种新型智能光衰耗器的有益效果在于：避免了由于电控光衰耗模块的非线性控制带来的曲线调整，以及不同光波长带来的控制特性曲线不同，从而造成控制精度不高的问题，可以准确调整光衰耗器的衰耗量，因些精度更高，更能满足当前通信环境下对光纤传输精确度的要求；稳定性高，装置运行可靠，运行维护简单；通过安装键控和显示模块，可查看运行时光功率输入量大小；通过远程控制装置，可以控制光功率输出范围，保证光功率输出稳定，保证通信站现场光设备的正常稳定的运行，可以提高工作效率。

4 总结

光纤通信信号串扰小、保密性能好、抗电磁干扰、传输质量佳、尺寸小、重量轻、难于窃听、光缆适应性强、寿命长，备受业内人士青睐，发展非常迅速，光衰耗器作为光通信必不可少的元件之一在光纤通信发展过程中起到了不可替代的作用。随着“三网融合”、“智能电网”、“泛在电力物联网”等一系列发展战略的稳步推进，无论是电力通信网络，还是在移动通信网络等光纤通信网络中，保证光通信的稳定和精确都尤为重要。

该新型智能光衰耗器稳定性高，装置运行可靠，运行维护简单；通过安装键控和显示模块，可查看运行时光功率输入量大小；通过远程控制装置，可以控制光功率输出范围，保证光功率输出稳定，保证通信站现场光设备的正常稳定的运行，可以提高工作效率。未来不止适用于电力通信系统，还可推广至移动通信、物联网通信、军工通信等任何使用光纤通信的场所。