一種基于光纖傳輸的監測信號處理系統

2.2 光纖的作用和選擇

光纖的主要作用是為光提供一個傳輸通道，它的正確選擇是保證系統長期正常工作的重要保證。當以特征角入射的光線軌跡傳播到光纖端面時，光在空氣中呈現的角度是進入光纖的光線的最大幾何接收角。用數值孔徑來表示。通常纖芯和數值孔徑越大所得到的耦合效率越高，所以要求纖芯和數值孔徑之間要匹配，否則光纖之間的耦合是很困難的，并會產生附加損耗。選擇光纖的時候要注意，纖芯的數值孔徑要和跳線的數值孔徑相匹配。

2.3 所用光纖長度的計算

如圖2為光纖連接示意圖。

光纖長度的計算要考慮整個系統的光纖通道的損耗，主要有耦合損耗，也就是插入損耗，光纖的傳輸損耗，和光接收器對驅動光功率的要求。在我們這個光連接系統中如果傳輸速率超過2 MHz的話，光在其中傳輸就會發生色散，發生色散的原因和光源的波長及光纖的長度有關，在這個系統中，不需要很高的傳輸速率，只有不超過5 kHz的速率，這在傳輸長度不太長的情況下，不超過20 km，色散作用會很小，所以在計算光的傳輸損耗時，可以不考慮這個損耗，只需要考慮計算光的固有損耗(Power Budget)就行了。

通過分析對所使用的光收發一體化模塊的光學和電學特性的分析，可以用式(1)來計算所使用的光纖長度：

式中：l(max)為可以選擇的最大的光纖長度(m)；PRL，min為光接收器允許的最小光功率(mW)；PT(min)為LED耦合進入光纖的最小耦合功率(mW)；OPM為光功率裕度(mW)，應該考慮LED老化和供電電壓波動等原因；α(min)為最大光纖損耗(dB／m)。這里允許使用的最長距離為20 km。

同時要考慮接收器的動態范圍，所謂動態范圍是指接收器能敏感的最小光功率和接收器所能承受的最大光功率之差分別用PRL，min和PRL，max來表示。其中，光纖在傳輸光的過程中所允許使用的最短距離由PRL，max決定，這個最短距離可用式(2)來表示：

式中，l(min)為可用的最短光纖長度(m)；PT(max)為發射管耦合進入光纖的最大光功率(mW)；PRL，max為接收管可以承受的最大光功率輸入(mW)；α(min)為光纖的最小衰減系數(dB／m)；本系統允許使用的最短光纖長度為0.5 m。

3 光接收信號處理

光接收部分由光檢測器，放大器和信號處理電路組成。它把光纖中傳來的光信號轉換為電信號，并將其放大。它有數字光接收和模擬光接收兩種模式，選用的光接收器件是ATR-X5XXL光收發一體化模塊中的接收部分，通過光接收器，可以直接得到一個數字輸出電壓了。這個數字輸出電壓也是TTL電平信號。它的高電平的范圍為最低高電平為2.4 V，最大可以達到電源電壓。低電平的范圍為最高允許的低電平為0.4 V，最低為0 V。