信息化建设讲座

1、煤煤 矿矿 信信 息息 化化 建建 设设 讲讲 座座 课课 件件光纤的基础知识和实际应用光纤的基础知识和实际应用编制：编制：.教 学 的 目 的 和 要 求一、了解光纤的发展和现状二、理解光通讯的基本概念三、熟悉煤矿信息化建设中的光纤通讯设备四、掌握光纤熔接技术的使用五、OTDR和光功率计的原理及应用.光纤的发展和现状 1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信光纤通信的基础。 此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模,工作波长从0.85m发展到1.31m和1.55m (短波长向长波长），传输速率

2、从几十Mb/s发展到几百Gb/s。 .光纤的发展和现状光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段： 第一阶段(1966-1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。 第二阶段(1976-1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。 第三阶段(1986-1996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。 .光通信的基本概念光通信光通信 光通信是利用光波来传送信息的。光纤通信光纤通信 光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信系统光纤通信系统 是以光波作载波、以光纤为传输媒

3、介的通信系统。它由光发信机、光收信机、光纤或光缆、中继器和光无源器件等五个部分组成 。 .光纤的特点和应用 特点：特点： 容许频带很宽，传输容量很大； 损耗很小，中继距离很长且误码率很小； 重量轻、体积小； 抗电磁干扰性能好； 泄漏小，保密性能好； 节约金属材料,有利于资源合理使用。 应用：应用： 光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。 光纤在通信网、广播电视网与计算机、网工业控制网络，以及在其它数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究应用的主要目标。 .光纤的结构和类型 光纤是一种玻璃丝，其材料是石英（SiO2），是通信网络的优良传输介质。玻璃，光

4、能量在中心 8um传输 玻璃, 包围光纤纤芯，125um 第一涂敷保护层 250umPVDF/PVC 第二保护层 900umKevlar + 松套管增强保护层 1.5-3mm.光纤的结构和类型 光缆一般由缆芯和护套两部分组成，有时在护套外面加有铠装。 根据缆芯结构的特点，光缆可分为四种基本型式。松松套套充充油油光光纤纤紧紧套套光光纤纤聚聚已已烯烯 骨骨架架加加强强件件包包带带护护套套一一次次被被覆覆光光纤纤加加强强件件包包带带护护套套带带状状单单元元光光纤纤( (a a) )层层绞绞式式( (b b) )骨骨架架式式( (c c) )中中心心套套管管式式( (d d) )带带状状式式.光纤的结

5、构和类型 一般光缆有：一般光缆有： 室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。特种光缆常见的有：特种光缆常见的有： 电力网使用的架空地线复合光缆（OPGW），跨越海洋的海底光缆，易燃易爆环境使用的阻燃光缆以及各种不同条件下使用的军用光缆等。.光纤的结构和类型 紧套层绞式光缆（架空、管道）紧套层绞式光缆（架空、管道）.光纤的结构和类型 松套层绞式光缆（直埋防蚁）松套层绞式光缆（直埋防蚁）.光纤的结构和类型 骨架式光缆（直埋）骨架式光缆（直埋）.光纤的结构和类型 束管式光缆（直埋）束管式光缆（直埋）.光纤的结构和类型 带状光缆带状光缆.光纤的结构和类型 根据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多

6、模光纤。所谓模是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散(因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同，这种特征称为模分散。)，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此，多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高。.光纤的结构和类型 折折射射率率分分布布n2n

7、1nr ( )r光光纤纤结结构构输输入入光光脉脉冲冲光光线线在在纤纤芯芯内内的的路路经经0输输出出光光脉脉冲冲t光光强强光光强强光光强强阶阶跃跃多多模模光光纤纤(a)包包层层纤纤芯芯2a2a m=100SM SM GI SI1.00.5t光光强强脉脉冲冲展展宽宽t光光强强0t SI1.00.51231402 b m=2 bt GI1.00.5t光光强强000123n2n1nr ( )r渐渐变变多多模模光光纤纤(b)2a2a m=62.52 b1252 b m=2 bn2n1nr ( )r单单模模光光纤纤(c)2a m=2a8.32 b1252 b m=.单模多模光纤的区别 光缆外套标识：光缆外

8、套标识： 50/125, 62.5/125为多模，9/125(g652)为单模 。 光纤可磨接后用100/200倍放大镜察看，一个小黑点的是单模，大一点有双环的是多模。纤芯在熔接机内也能分辩出，在熔接机显示器看中间是空的是单模，看上去一体的是多模。简单的用途区别：简单的用途区别： 多模一般应用在园区内较近的地方之间； 单模传输距离较远，一般应用在电信领域。.单模多模光纤的区别单模传输与多模传输单模传输与多模传输 在光纤通信理论中，光纤有单模、多模之分，区别在于： 1. 单模光纤芯径小（10mm左右），仅允许一个模式传输，色散小，工作在长波长（1310nm和1550nm），与光器件的耦合相对困难

9、 2. 多模光纤芯径大（62.5mm或50mm），允许上百个模式传输，色散大，工作在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易。 而对于光端模块来讲，严格的说并没有单模、多模之分。所谓单模、多模模块，指的是光端模块采用的光器件与何种光纤配合能获得最佳传输特性。.光纤接口连接器的种类 ST、SC、FC光纤接头是早期不同企业开发形成的标准，使用效果一样，各有优缺点。u ST、SC连接器接头常用于一般网络。ST头插入后旋转半周有一卡口固定，缺点是容易折断；u SC连接头直接插拔，使用很方便，缺点是容易掉出来；u FC连接头一般电信网络采用，有一螺帽拧到适配器上，优点是牢靠、防灰尘，缺点是安装时

10、间稍长。 .光纤接口连接器的种类. 光纤收发器指示灯含义T-Link TR-962D 正面. 光纤收发器指示灯含义指示灯含义说明：指示灯含义说明：POWER(绿色)：“常亮”表明光纤收发器处于通电状态；LFP指示灯： “常亮”表明LFP功能开启，“常灭”表示LFP功能关闭；FX_LINK/ACT(绿色)：“常亮”表明光纤端口连接有效，“闪烁”表明收发器正在从光纤连接器接收或发送数据；TP_LINK/ACT(绿色)：“常亮”表明RJ45端口连接有效，“闪烁”表明收发器正在从RJ45连接器接收或发送数据；TP_SPD(绿色)：“常亮”表明RJ45端口与100M设备相连；TP_FDX/COL(绿色)

11、：“常亮”表明RJ45端口工作于全双工模式；“闪烁”表明RJ45端口数据信号有冲突。“不亮”表明双绞线端口工作在半双工状态。. 光纤收发器开关含义T-Link TR-962D 背面. 光纤收发器开关含义开关含义说明：开关含义说明： TP_AUTO：开启RJ45端口10/100M自适应； TP_DIS： 关闭RJ45端口10/100M自适应； TP_100M：固定RJ45端口100M速率； TP_10M： 固定RJ45端口10M速率； TP_FDX： RJ45端口工作于全双工模式； TP_HDX： RJ45端口工作于半双工模式； LFP_ON： 开启链路告警功能； LFP_OFF： 关闭链路告警

12、功能； *每次更改配置开关，都必须将设备重启才能生效。.光纤收发器的连接.光纤熔接过程认识常用光纤熔接工具.光纤熔接过程先将光纤穿过光纤收容箱.光纤熔接过程剥光缆外皮.光纤熔接过程露出光纤束管，用美工刀轻割一圈.光纤熔接过程轻掰光纤束管，使其断裂，弯曲角度不大于45.光纤熔接过程抽出光纤束管，露出光纤.光纤熔接过程将脱脂棉浸酒精.光纤熔接过程擦拭光纤的油膏.光纤熔接过程将光纤套入热缩管.光纤熔接过程剥光光纤表面涂层.光纤熔接过程擦拭光纤表面.光纤熔接过程将光纤放入切割刀槽内压好后进行切割.光纤熔接过程将切割好的光纤压到熔接机的一侧.光纤熔接过程将处理好的第二根光纤压到熔接机的另一侧.光纤熔接过

13、程盖好防尘盖，手动或自动调整光纤的X轴Y轴.光纤熔接过程按“set”建进行熔接.光纤熔接过程用热缩管完全套住光纤剥掉防护层的部分.光纤熔接过程将套好光纤的热缩管轻放到加热器中.光纤熔接过程按“HEAT”键加热.光纤熔接过程取出加热好的热缩管.光纤熔接过程将熔接好的光纤装入光纤收容箱.光纤熔接过程将光纤盘好并固定.光纤熔接过程连接好光纤耦合器.光纤熔接线序松套管中光纤的色谱排列.OTDR及光功率计概述 OTDR ：中文名光时域反射仪，是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、

14、接头衰减和故障定位等的测量。 光功率计光功率计：用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表。.光时域反射仪.光功率计.OTDR原理 OTDR将窄的光脉冲注入光纤端面作为探测信号。在光脉冲沿着光纤传播时，各处瑞利散射的背向散射部分将不断返回光纤入射端，当光信号遇到裂纹时，就会产生菲涅尔反射，其背向反射光也会返回光纤入射端。 通过合适的光耦合和高速响应的光电检测器检测到输入端的背向光的大小和到达时间，就能定量的测量出光纤的传输特性、长度及故障点等。.瑞利散射 光纤中存在着微小的折射率波动，折射率变化部分的尺寸比波长还小时，会使光产生

15、向各个方向的散射，称为瑞利散射。 NA.OTDR是如何利用瑞利散射原理的 在光纤输入端面注入窄脉冲，在光脉冲沿着光纤传播时，各点瑞利散射部分不断返回到光纤的输入端。 光纤接收检测电路检测到这些返回的光，经过数字处理提高信噪比以后，把与反射功率对应的电信号接到示波器，经处理后，在屏幕上可以显示出相应的对数衰减曲线。.菲涅尔反射 光在传输过程中通过折射率不同的介质产生的反射称菲涅尔反射。 菲涅尔反射通常发生在连接器、机械接头、光缆的不匹配处和光纤末端。n1n2.OTDR是如何利用菲涅尔反射原理的 根据菲涅尔反射原理，只要在发送端探测到背向反射回来的光，就可以看到前后端面的回波脉冲，它们之间的时间间

16、隔就是光走了两倍纤长度的时间，据此可以测量出光纤的长度。 同理，如光纤内部发生断裂或有缺陷也会在光纤输入端检测到回波脉冲，根据回波脉冲情况可进行故障定位。.OTDR工作原理框图光时域反射仪光时域反射仪熔接弯折活动连接器断裂光纤尾端光纤网光纤网OTDR 测试显示测试显示相对光功率激光器激光器耦合器耦合器脉冲发生器脉冲发生器光监测器光监测器数据分析及其显示数据分析及其显示OTDR 是基本的光纤链路安装和维护的测试工具机械固定连接头.OTDR曲线示意图MODIFY/ENTERZOOM 10衰耗反射OTDR 显示显示熔接弯折活动连接器机械固定接头断裂光纤尾端.OTDR测量参数选择及注意事项 波长选择波长选择：850/1300为多模，1310/1550为单模。一般要求2个波长均要测试，1550可以测得距离更远。另外，为了区分熔接和微弯，也需要双波长测量比对。 脉冲宽度脉冲宽度：脉宽越大，测量的距离越远，但是盲区也会增大。需要找到一个代价最小的选择。目前的仪表，大都可以选自动，完成脉宽设置。 短光纤测量短光纤测量：是OTDR的测量难度。主要因为曲线的波动性会短链路影响加剧。主要体现在衰减系数指标上，通常1km以下会测到较大数值。加长