一种基于光纤传输的监测信号处理系统

2.2光纤的作用和选择

光纤的主要作用是为光提供一个传输通道，它的正确选择是保证系统长期正常工作的重要保证。当以特征角入射的光线轨迹传播到光纤端面时，光在空气中呈现的角度是进入光纤的光线的最大几何接收角。用数值孔径来表示。通常纤芯和数值孔径越大所得到的耦合效率越高，所以要求纤芯和数值孔径之间要匹配，否则光纤之间的耦合是很困难的，并会产生附加损耗。选择光纤的时候要注意，纤芯的数值孔径要和跳线的数值孔径相匹配。

2.3 所用光纤长度的计算

如图2为光纤连接示意图。

光纤长度的计算要考虑整个系统的光纤通道的损耗，主要有耦合损耗，也就是插入损耗，光纤的传输损耗，和光接收器对驱动光功率的要求。在我们这个光连接系统中如果传输速率超过2 MHz的话，光在其中传输就会发生色散，发生色散的原因和光源的波长及光纤的长度有关，在这个系统中，不需要很高的传输速率，只有不超过5 kHz的速率，这在传输长度不太长的情况下，不超过20 km，色散作用会很小，所以在计算光的传输损耗时，可以不考虑这个损耗，只需要考虑计算光的固有损耗(Power Budget)就行了。

通过分析对所使用的光收发一体化模块的光学和电学特性的分析，可以用式(1)来计算所使用的光纤长度：

式中：l(max)为可以选择的最大的光纤长度(m)；PRL，min为光接收器允许的最小光功率(mW)；PT(min)为LED耦合进入光纤的最小耦合功率(mW)；OPM为光功率裕度(mW)，应该考虑LED老化和供电电压波动等原因；α(min)为最大光纤损耗(dB／m)。这里允许使用的最长距离为20 km。

同时要考虑接收器的动态范围，所谓动态范围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别用PRL，min和PRL，max来表示。其中，光纤在传输光的过程中所允许使用的最短距离由PRL，max决定，这个最短距离可用式(2)来表示：

式中，l(min)为可用的最短光纤长度(m)；PT(max)为发射管耦合进入光纤的最大光功率(mW)；PRL，max为接收管可以承受的最大光功率输入(mW)；α(min)为光纤的最小衰减系数(dB／m)；本系统允许使用的最短光纤长度为0.5 m。

3 光接收信号处理

光接收部分由光检测器，放大器和信号处理电路组成。它把光纤中传来的光信号转换为电信号，并将其放大。它有数字光接收和模拟光接收两种模式，选用的光接收器件是ATR-X5XXL光收发一体化模块中的接收部分，通过光接收器，可以直接得到一个数字输出电压了。这个数字输出电压也是TTL电平信号。它的高电平的范围为最低高电平为2.4 V，最大可以达到电源电压。低电平的范围为最高允许的低电平为0.4 V，最低为0 V。