[發明專利]一種針對單端高溫環境的非對稱式寬帶光纖傳輸方法及裝置

有效

• 申請號: 201410561837.3
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104320193A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 鄒喜華;管國光;潘煒;羅斌;閆連山
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04B10/2581
• 分類號: H04B10/2581;H04B10/40
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及光纖通信技術、光電子元器件、全雙工通信、油田測井等技術領域。

背景技術

在各種通用、專用通信與傳感領域，利用光纖感知和傳輸各類信息越來越引起人們的重視。因為，光纖要比用常規同軸電纜及微波傳輸有許多優點：首先，光纖的低衰減和寬頻帶性能，允許長距離傳輸和大傳輸容量；其次，光纖作為絕緣傳輸媒介，光發射機和光接收機之間電氣上是絕緣的，并且可以不受來自強電磁場及其他線路的干擾，從而提高了信號傳輸質量。

在常規情況下光纖通信速度極高(可達數Gbit/s、幾十Gbit/s、甚至Tbit/s以上)，但工作溫度有限，無法工作在高溫環境下；而高溫環境下的寬帶通信需求很大，例如石油測井、地質鉆探、飛機發動機控制系統等都需要在高溫環境下進行通信，石油測井作為一種典型的應用極具代表性，它是石油工業中最基本和最關鍵的環節之一，通過對井下視頻、音頻、環境參數等重要物理參量的實時監測，及時獲取井下信息，對優化采油方案、提高油田開采效率等有著重要的意義。

就目前的技術而言，在高溫環境下進行數據傳輸或通信，要么距離短(達不到數km或千米)，要么傳輸速率低(很難超過100Kbit/s)。傳統的通信方式包括有線通信和無線通信。有線通信中電纜傳輸是比較普遍的傳輸方式：在高溫環境下，其數據傳輸速率可以達到100Kbit/s，但是在無中繼的條件下經數千米傳輸后信號衰減在70dB以上，在接收端很難被探測和恢復，同時其體積大，不適宜在油田測井、地質勘探等空間嚴格受限的場景中使用。而在無線傳輸中，常規的Wi-Fi無線通信技術、超寬帶無線通信技術、藍牙技術等可以輕易達到Mbit/s的數據傳輸速率，但收發模塊或終端基本上工作在常溫下(低于85攝氏度)，不適宜于長期高溫寬帶通信，此外，油田測井中常用的泥漿脈沖傳輸方式、聲波傳輸方式、低頻電磁波傳輸方式，它們的傳輸速率偏低(從幾bit/s到幾百Kbit/s)，而且后兩種方式還易受環境、電磁干擾，傳輸距離嚴格受限。

發明內容

本發明的任務在于克服上述已有方案的不足，能夠同時提供長時間高溫工作性能、寬帶數據傳輸、長距離傳輸的解決途徑，以常溫光收發模塊、高溫光收發模塊、光纖鏈路，在不低于125攝氏度高溫下，實現Mbit/s量級、數千米傳輸距離的遠程全雙工寬帶通信。

一種針對單端高溫環境的非對稱式寬帶光纖傳輸裝置，主要由上位機或監控主機100、常溫光收發模塊200、下行多模光纖鏈路301、上行多模光纖鏈路302、高溫光收發模塊400以及下位機或遠程終端構成。所述常溫光收發模塊和高溫光收發模塊由發射部分和接收部分組成，所述常溫光收發模塊發射部分由光發射驅動電路和常溫發光二極管組成，接收部分由光電信號前置放大電路和主放大電路以及常溫光電二極管構成；所述高溫光收發模塊發射部分由光發射驅動電路和高溫發光二極管組成，接收部分由光電信號前置放大電路和主放大電路以及高溫光電二極管構成，常溫光收發模塊和高溫光收發模塊之間由兩條等長的長達數千米的多模光纖相連。

所述常溫光收發模塊和所述高溫光收發模塊通過所述多模光纖對稱連接。

所述常溫光收發模塊的另一端與上位機或者監控主機相連接，所述高溫光收發模塊的另一端與下位機或者遠程終端相連接。

所述高溫光收發模塊和多模光纖能夠長期工作在不低于125攝氏度的高溫環境下，高溫光模塊電路板耐溫值更是高達280攝氏度，無需額外的保溫措施或裝置(比如將收發模塊置于保溫瓶或恒溫瓶內等)。同時，傳輸距離達到數千米，串行數據傳輸速率達到Mbit/s。

一種針對單端高溫環境的非對稱式寬帶光纖傳輸方法，其特征在于，在下行鏈路中，上位機或監控主機發送控制指令信號至常溫光收發模塊的發送部分，轉換成光信號經多模光纖鏈路傳輸至下位機或遠程終端的高溫光收發模塊的接收部分，然后恢復出所述的控制指令；在上行鏈路中，下位機將采集到的現場視頻、音頻、環境參數數據發送到高溫光收發模塊的發送部分，轉換成光信號經多模光纖鏈路傳輸至上位機的常溫光收發模塊的接收部分，然后恢復出所述的視頻、音頻、環境參數數據。

本發明具有以下有益技術效果：

本方法和裝置中的高溫光電元器件均可工作在不低于125攝氏度的環境中，突破了常規的有線/無線通信系統的工作溫度限制(約85攝氏度)，實現距離長達數千米(km)寬帶傳輸；同時整個系統的傳輸速率可達Mbit/s，適用于高溫環境下寬帶串行數據通信需求與應用，將在高溫極端環境下(比如油田開發)等需要高可靠性、實時性的工業控制中具有重要的應用價值。

附圖說明：