专利名称：通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护的光纤通信系统，尤其涉及一种通过在线测量光功率实现通道状态实时监测和报警的方法。
背景技术：
目前电力系统继电保护中大量使用光纤通信系统完成数据通信，光纤损耗是反映 光纤通信技术指标的重要参数，是决定光纤传输网络的传输距离、传输稳定性和可靠性的 重要因素。因此，对光纤损耗进行实时监测有利于保证光纤通信中信息的正确传输，保证整 个继电保护系统的正常工作。光纤损耗检查的常用方法是采用剪断法或插入法，通过测量光纤的传输光功率， 计算光纤通路的损耗量(衰减量)，检查时要断开光纤传输通道，接入光功率测量设备，且在 测量过程中要插拔大量的光纤连接头，易使接头受到空气中的灰尘污染，或者因为接头的 对位偏移，导致光通道中额外的故障点，影响光信号传输和实际的测量结果。对光纤信号的传输质量实时监测的常用方法是对传输的信号，如误码率、通道中 断等，进行监控、检测，来辅助检查通道传输中存在的问题，但是这种方法要占用大量的CPU 资源，且只能起到辅助检查的作用，无法发现和定位具体的故障和隐患。例如，当光纤通道 由于光纤端面对接不准而出现耦合问题时，收信端的光功率会下降，导致收信裕度不足，但 仍在收信的灵敏度范围内，此时不会产生误码，用CPU检查时无法发现此问题。但当系统有 故障时，就可能导致收信端出现误码、中断等故障。而且即使检查出有误码，也无法判断是 光功率下降导致误码，还是中间的传输环节异常引起的误码。光纤通信的收信功率是影响通道质量的重要因素，对光纤信号的收信功率进行实 时监测，不仅是对传输的信号进行监测的方法的重要补充，而且能识别其无法发现的通道 隐患。常规的利用光功率一-光强对应关系进行光功率测量方法相关文献已有提及，参见 王芊等，光功率在线测量方法及应用，电力系统自动化，2009，33 (2)。但这种基于查表方式 的测量方法，不仅浪费存储资源，同时精度不高(士 ldBm)。
发明内容
本发明的目的是提出基于曲线拟合技术的光功率实时在线监测方案，利用光功 率测量结果和变化情况，建立完善的通道状态监测和报警机制。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下
(1)事先测量光模块光功率一光强曲线表格存储在MCU中；
(2)光模块中集成光强检测和变换电路；建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式， 保证A/D转换在小信号时的测量精度；
(3)得到A/D转换结果后采用曲线拟合技术计算光功率值；
(4)利用光功率测量结果和变化情况，建立完善的通道状态监测和报警机制。具体内容包括(1)硬件实现方案
A 在收信端的光模块中集成光强检测和变换电路在进行光功率测量时，需要监测光 纤通路的光强信号，光强信号由光检测电路提供，该电路的工作原理是光敏二极管接收到 光纤中的光信号后，产生和光强对应的电流信号I，电流信号I经运算放大器构成的i-u转 换电路转换成电压信号U输出，这部分电路集成在光模块中。B:建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式对不同强弱的信号采取不同的比例 系数，便于保证A/D转换在小信号时的测量精度。A/D转换器电路既可是独立的，也可利用 MCU内置的。C:用MCU定时采集A/D转换结果(电压值)。(2)曲线拟合技术
A 光功率和光强(体现为电压)具有一一对应关系。预先等间隔测量不同功率下光强 信号的电平，并根据测量结果绘制对照表格，将此表格保存在MCU中(为节省存储空间，按 步长为ldBm间隔的数据来存储，存储范围为-lOdBm _38dBm)。B 当MCU采集到A/D转换的光强值，利用MCU已存储的光功率-光强数据，采用曲 线拟合技术(插值技术)，求出相应的光功率值，精度(士0. ldBm)。(3)通道状态监测和报警机制
利用光功率测量结果和变化情况，建立通道状态监测和报警机制。A 当接收光功率低于预先设定的功率门槛(如_36dBm)，发“收信功率过低报警” 信息,点通道异常灯；
B 当接收光功率高于预先设定的功率门槛(如-lOdBm)，发“收信功率过高报警”信息， 点通道异常灯；
C 自动记录通道投运时的接收功率，当在线监测到的收信功率低于该值一定门槛(如 正常运行时收信功率_当前收信功率>3dBm)时，说明通道运行过程中衰耗变大，则可能 对侧装置发送功率降低，或通道路由环节出现故障，装置发“收信功率跃变报警”信息。本发明的有益效果如下本发明通过在线测量计算光功率的方法，实现了不用断 开光纤通道就可以实时在线检测光功率的目标。采取分段放大的方式对不同强弱的信号采 取不同的比例系数和计算光功率时采用曲线拟合技术，不仅节省存储资源，且精度更高。基 于在线测量的光功率值，建立完善的通道状态监测和报警机制，不仅实现收信功率过高和 过低的报警，更能实现通道衰耗缓慢变化或跃变的监视(变化后通道接收功率仍在正常范 围之内)，识别常规通道状态监测方法无法发现的通道隐患。
图1光功率在线监测系统示意图。图2拉格朗日插值示意图。
具体实施例方式下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。(1)硬件实现方案
A 在收信端的光模块中集成光强检测和变换电路在进行光功率测量时，需要监测光纤通路的光强信号，光强信号由光检测电路提供，该电路的工作原理是光敏二极管接收到 光纤中的光信号后，产生和光强对应的电流信号I，电流信号I经运算放大器构成的i-u转 换电路转换成电压信号U输出，这部分电路集成在光模块中。B:建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式对不同强弱的信号采取不同的比例 系数，便于保证A/D转换在小信号时的测量精度。A/D转换器电路既可是独立的，也可利用 MCU内置的。C:用MCU定时采集A/D转换结果(电压值)。(2)曲线拟合技术
A 光功率和光强(体现为电压)具有一一对应关系。由于个体差异性，每个光模块的光 功率_光强曲线并不完全一致，为保证测量的高精度，事先测量每个光模块的光功率_光强 曲线表格(自动测试)，并分别存储到各自的MCU中。(为节省存储空间，按步长为ldBm间隔 的数据来存储，存储范围为-lOdBm -38dBm)。B:当MCU采集到A/D转换的光强值，利用MCU已存储的光功率-光强数据， 采用曲线拟合技术(如拉格朗日插值算法或三次样条插值)，求出相应的光功率值，精度 (士0. ldBm)。以拉格朗日插值算法说明(如图3所示)为例
设当前采样点光强电压为 mV, x附近三个已知点光强电压分别为x0、x1、x2 mV,对应光强为f(x0)、f(x1)、f(x2)(已存储在MCU中)，则当前采样点对应光强为f(x)
权利要求
通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)事先测量光模块光功率—光强曲线表格存储在MCU中；(2)光模块中集成光强检测和变换电路；建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式，保证A/D转换在小信号时的测量精度；(3)得到A/D 转换结果后采用曲线拟合技术计算光功率值；(4)利用光功率测量结果和变化情况，建立完善的通道状态监测和报警机制。
2.根据权利要求1所述的通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法，其特征 在于，光模块内置光强检测和电流/电压转换电路，光强信息直接以电压信号的形式输出， 采用A/D转换电路，A/D转换的节拍由MCU控制，A/D转换的结果可由MCU接收。
3.根据权利要求1所述的光功率在线实时监测方法，其特征在于，所述步骤(2)采取分 段放大的方式对不同强弱的信号采取不同的比例系数。
4.根据权利要求1所述的通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法，其特征 在于，A/D转换电路既可是独立的，也可利用MCU内置的。
全文摘要
通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法，包括如下步骤(1)事先测量光模块光功率—光强曲线表格存储在MCU中；(2)光模块中集成光强检测和变换电路；建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式，保证A/D转换在小信号时的测量精度；(3)得到A/D转换结果后采用曲线拟合技术计算光功率值；(4)利用光功率测量结果和变化情况，建立完善的通道状态监测和报警机制。本发明通过在线测量计算光功率的方法，实现了不用断开光纤通道就可以实时在线检测光功率的目标。
文档编号H04B10/08GK101989878SQ20101058969
公开日2011年3月23日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者俞拙非, 吴通华, 周华良, 姚吉文, 张宏波, 郑玉平 申请人:国网电力科学研究院