2022年2022年光纤监控系统 .pdf

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1、监控系统中的信号有三类：图像、音频、数据，如何将这三种信号置于有效的控制之下要考虑的因素之一是-传输问题。在光纤应用之前， 铜缆因为费用低廉而被大量采用（但在远距离传输上采用光纤传输的成本要低于采用铜缆传输），但是铜缆传输越来越暴露其缺点，传输距离短直线超出（300/500 米的距离）图像变形干扰纹加大，保密性差，容易受到电磁干扰，维护费用高等等。光纤出现之后， 光纤通讯的应用得到迅猛发展，已经成为远距离 / 近距离传输（超过300/500 米的距离）的首选。光纤监控系统的传输中， 按传送信号的模式大致可分为两种方式：其一是模拟光纤传输，其二是数字光纤传输。目前，数字光纤传输因为其成熟的技术保

2、证而得到广泛的应用。通常采用的数字光纤传输，大致可分为以下几类：VIDEO 、DATA 、AUDIO 、VIDEO+DATA、VIDEO+AUDIO、VIDEO+DATA+AUDIO等。在本篇中主要讨论数字光纤传输的技术、工艺、设备类型、视频信号的几个重要参数名词解释、测试问题以及设计方案（选用设备）要考虑的安全、有效的维护保证和成本等因素。一、 光纤传输设备的技术和工艺（1）数字光端机所采用的技术有两种：FM和 AM 。早期各大公司的光纤传输设备大多采用AM技术，而随着时间的推移，FM技术名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

3、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 已经成为市场的主流，下表将AM与 FM的特点作以定性比较：AM FM 系统允许光衰减小 较大视频信号传输带宽小 大传输信噪比（ S/N） 低 高对光源线形的要求高 低抗干扰性差 好由上表比较可知， FM技术较 AM技术更为可靠：抗干扰能力强，保真度高，在线形良好的介质中传输，对非线形失真的要求不高，可大幅度提高光接收机的灵敏度。（2）早期的光纤传输设备所采用的焊接工艺为插件式，插件焊接工艺有其先天不足的一面，如板间电磁干扰大，设备功耗大，产品体积大等等， 这样就对传输系统造成了一定的

4、影响，由于板间电磁干扰较大， 系统引入的噪声也较大，从而影响到系统的信噪比和系统的视频指标；现在的产品大多采用SMT 工艺，降低了系统的电磁噪声影响，可以更好的体现设计意图。二、光纤传输设备的类型光纤传输设备传输方式可简单的分成：多模光纤传输设备和单模光纤传输设备。（1） 多模光纤传输设备所采用的光器件是LED ，通常按波长可分为 850nm和 1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LED和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - -

5、 - - - 增强 LED-ELED。 多模光纤传输所用的光纤， 有 62.5mm和 50mm两种。不同波长的光在多模光纤上的传输特性如下：62.5mm 50mm 工作波长带宽衰减 带宽 衰减 850nm 160MHz.km 2.7-3.8dB/km 400MHz.km 2.3-3.0dB/km 1300nm 400MHz.km 0.6-0.8dB/km 400MHz.km 0.5-0.7dB/km 由上表可见， 在多模光纤上传输决定传输距离的主要因素是光纤的带宽和 LED的工作波长，例如，如果采用工作波长1300nm的LED和 50 微米的光纤，其传输带宽是400MHz.km ，链路衰减为0

6、.7dB/km，如果基带传输频率F 为 150MHz ，对于出纤功率为-18dBm ，接收灵敏度为 -25 dBm 的光纤传输系统，其最大链路损耗为 7 dB，则可计算：ST连接器损耗： 2dB（两个 ST连接器）光学损耗裕量： 2 dB 则理论传输距离：L=（7 dB-2 dB-2 dB ）/0.7dB/km=4.2 km L 为传输距离，而根据光纤的带宽计算：L=B/F=400MHz.km/150MHz=2.6km 其中 B 为光纤带宽， F 为基带传输频率，那么实际传输测试时，L2.6km，由此可见，决定传输距离的主要因素是多模光纤的带宽。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

7、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - （2） 单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为850nm和 1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD （分布反馈光器件）。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是 G.652，其线径为 9 微米。不同波长的光在G.652 光纤上传输特性见下表工作波长衰减 色散1310nm 0.34dB/km 3.5ps/(nm.km) 1550nm 0.22 dB/km 20 ps/(nm.km) 由上表可知

8、， 1310nm波长的光在G.652 光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在 1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。 1550nm波长的光在 G.652 光纤上传输时衰减因数很小，单纯从衰减因数考虑，1550nm波长的光在相同的光功率下传输的距离大于 1310nm波长的光下的传输的距离，但是实际情况并非如此，单模光纤带宽B与色散因数 D的关系为：B=132.5/ （Dl*D*L ）GHz 其中 L 为光纤的长度， Dl 为谱线宽度，对于1550nm波长的光，其色散因数如表3 为 20 ps/(n

9、m.km) ，假设其光谱宽度等于 1nm ，传输距离为L=50 公里，则有：B=132.5/ （D*L）GHz=132.5MHz 也就是说，对于数字波形，采用1550nm波长的光，当传输名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 距离为 50 公里时，传输带宽已经小于132.5 MHz，如果基带传输频率 F 为 150MHz ，那么传输距离已经小于50km ，况且实际应用中，光源的谱线宽度往往大于1nm 。从上式可以看出，

10、1550nm波长的光在 G.652 光纤上传输时决定其传输距离限制的主要是色散因数。三、视频信号的DG(微分增益 ) ，DP （微分相位）， S/N（信噪比）DG(微分增益 ) ：在 PAL制电视信号中， 彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色副载波上，而色副载波又是迭加在亮度信号上的，色副载波的幅度决定彩色信号的饱和度。视频信号的DG失真是指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。通俗的说， 由于亮度消隐电平变到白电平时，在视频通道输出端产生色度信号幅度的变化，这样，在亮的部分和暗的部分，其彩色饱和度， 色调（尤其是饱和度）均有不同的变化。 DP（微分相位）：在PAL制电视信号中，彩色信号是

11、调制在频率为 4.43MHz的色副载波上， 而色副载波又是迭加在亮度信号上的，色副载波的相位决定彩色信号的色调。视频信号的DG失真是指上系统的相移特性随输入视频信号而变化。传输线路上的相移量随不同亮度电平而变化，则色同步和色副载波之间相移就起变化，于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同S/N（信噪比）：在电视信号传输中，常用信号功率的峰峰值和噪声的有效值之比表示其值。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 四、光纤传输设

12、备的视频指标检测及常用仪器（1）工业监控中， 由于数字调频信号的解调噪声谱呈三角形状，随着基带频率的增高，解调噪声也越来越大，随着S/N 的下降，图象质量也不断下降， 表现在监视器画面上为有规则的的细斜纹图案，飘动状干扰图案，雪花等等。当调制波形是数字信号时，则检波后信号电平随信号频率的增高而降低，表现为非线形失真，使基波的谐波分量增加，从而影响到 DG(微分增益 ) ，DP （微分相位）。DG微分增益不满足要求。 色度信号的幅度在不同的亮度电平上发生了变化，色度信号的幅度变化导致色饱和度发生变化。这样，在屏幕的亮度发生变化时， 图像的色饱和度也要发生变化，亮电平时的红色在睛电平时可能变为浅红

13、或深红，造成图像失真。 DP 微分相位不满足要求。 色度信号的相位在不同的亮度电平上发生了变化，色度信号相位变化导致色彩发生变化。这样，在亮度电平发生变化时，图像的颜色也要发生变化，造成失真。（2） 众所周知光衰减器通常采用空气衰减或偏振片衰减以增加传输损耗， 数字信号光纤传输时，可用 BER表示其传输质量的好坏，并且可采用增加光衰减器的方法来测试接收机的灵敏度。但是多路视频数字信号在光纤中传输时，更多的要考虑噪声影响及系统的非线形失真（包括光器件和光纤的非线形失真），所以如果采用添加光衰减器所测试出的光功率只是单纯的功率量，其引入的系统信号噪声、S/N、系统的非线形失真是无法通过添加光名师资

14、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 衰减器的方法数字。最好的方法是采用实际距离的光纤进行检测。（3） 视频方面有反射损耗、介入增益及其稳定度、视频杂波、视频非线性和视频线性失真五大指标，并以此来反映数字信号的通道质量。光纤传输方面有光功率、 栽噪比、接受灵敏度反映光纤传输质量。有以下几个测试参数： 出纤光功率 信噪比 微分增益 微分相位 视频信号幅度 视频波形监测及色度相位监测（4）测试仪器： 频谱分析仪 测试信号发生器

15、矢量示波器 波形监视仪 视频综合测试仪 示波器 光功率计可选用以下仪器方案：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - （1） Tek 2715 有线电视频谱分析仪；（2） TSG-271PAL电视测试信号发生器；（3） VM700T全自动视频综合测试仪；（4） Tek1711B 电视波形监视器（5） Tek1721 矢量示波器（6） TOP-200 光功率计五、设计方案（选用设备）要考虑的安全、有效的维护保证和成本因素首先

16、，电信上的光纤传输设备中，为维护系统的安全，一般具备环路系统，以保证可靠传输；闭路电视光纤传输系统中，基本是点对点传输， 一般不具备倒换系统。如果传输所用光纤或者传输设备出现故障，将影响整个系统的运转。因此，应该尽量避免采用大容量复用（如64 路、32 路视频 / 音频设备）的光纤传输设备，而采用小容量（如8 路，甚至 4 路视音频设备）传输设备以保证系统整体的安全性。另外，从成本方面来讲，虽然采用大容量复用传输达到节省光纤资源的目的，但其成本远远高于采用小容量光传输方案。而且随着光纤价格的进一步下调，光传输系统里光纤（缆）成本所占的比重越来越小。从监控行业的发展趋势来看，光纤数字传输设备是未

17、来发展的方向。但是，因为技术的因素，在现阶段应用于监控行业的光纤数字传输设备因其技术成熟、价格低廉、 实时无损传输等优名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 点，仍然是一种优秀的传输手段，它必将在近几年内仍得到广泛应用附件（采用缆线和光纤设备费用对比表）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -