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        光纖通信在技防網(wǎng)中的工程應(yīng)用

        2011-12-13 03:16:26孟令暉天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司天津300456
        天津科技 2011年3期
        關(guān)鍵詞:光纖網(wǎng)絡(luò)技防光纜

        孟令暉 (天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300456)

        光纖通信在技防網(wǎng)中的工程應(yīng)用

        孟令暉 (天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300456)

        以天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)項(xiàng)目為例,主要介紹光纖網(wǎng)絡(luò)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的工程應(yīng)用,其中包括光纖網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用、建設(shè)施工要求、鏈路測試維護(hù)等方面所涉及的諸多問題。

        光纖 技防 施工 測試

        0 引言

        濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,離不開穩(wěn)定和諧的社會(huì)治安秩序。公安系統(tǒng)為打擊多樣化和復(fù)雜化的違法犯罪活動(dòng),把視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為“三防”體系中“技防”的重要組成部分,通過光纖網(wǎng)絡(luò)鏈接的視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成了技防網(wǎng)的核心部分。技防網(wǎng)不僅為公安部門節(jié)省了大量的警力,同時(shí)為取證工作保留了最具說服力的錄像證據(jù)。

        光纖系統(tǒng)以其傳輸可靠性和工作效能高、視頻信號(hào)失真度小、安全性高、適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)在技防網(wǎng)組網(wǎng)中被廣泛使用。

        1 光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

        與銅線、同軸電纜、無線等傳輸系統(tǒng)相比,光纖通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及優(yōu)勢為:長距離傳輸時(shí),光纖通信的保真度和畫面清晰度比銅纜系統(tǒng)要高得多;光纖不受電磁輻射與雷擊等任何電氣干擾的影響;光纖不存在交擾橫條、圖像撕扯等問題;對(duì)光纖進(jìn)行維護(hù)時(shí),無需對(duì)光端機(jī)斷電;光纖傳輸安全性高,很難竊聽;光纖不會(huì)生銹或腐蝕,可適用于任何環(huán)境條件;光纖幾乎不受天氣條件的影響,如使用得當(dāng),它能耐受風(fēng)荷載和冰荷載帶來的應(yīng)力;光纖傳輸損耗小、效率高,并且不需要中繼器,設(shè)備可靠性高,容易維護(hù);光纜比銅電纜更容易搬運(yùn)、敷設(shè)、安裝;光纖是絕緣體,沒有電位差和接地問題。

        隨著技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)的規(guī)?;饫w的價(jià)格已經(jīng)接近或低于銅纜的價(jià)格,因此,在組建公安技防網(wǎng)時(shí)光纖通信被作為首選的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

        2 光纖通信系統(tǒng)的主要設(shè)備

        光纖通信系統(tǒng)主要由光纜、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)組成。

        技防網(wǎng)項(xiàng)目中的光纖通信系統(tǒng),光纜采用頻帶寬和色散小的單模光纖,以滿足長距離和大數(shù)據(jù)量的視頻信息傳輸。光發(fā)射機(jī)是一個(gè)電光轉(zhuǎn)換裝置,主要由發(fā)光器件、預(yù)校正電路、調(diào)制電路以及驅(qū)動(dòng)電路組成。它接受攝像機(jī)的視頻輸出,通過調(diào)制電路將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并將它耦合到光纖中進(jìn)行傳輸。

        光接收機(jī)是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置,主要由光電檢測器、低噪聲前置放大器、均衡濾波整形電路、解調(diào)再生電路及其他信號(hào)處理電路組成。光接收機(jī)探測經(jīng)過傳輸?shù)奈⑷豕庑盘?hào),并以最小的附加噪聲及失真去放大、再生而恢復(fù)成原傳輸?shù)碾娦盘?hào)。

        3 光纖通信系統(tǒng)在技防網(wǎng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

        在光纖通信系統(tǒng)中,實(shí)際上光只是載波。由于光的頻率比無線電信號(hào)的頻率高的多,因此光纖的帶寬非常大,從而可以使許多路圖像信號(hào)連同控制信號(hào)、音頻信號(hào)一起調(diào)制到同一根光纖上去傳輸。

        開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)邏輯關(guān)系分為3部分:前端視頻采集部分、光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和中心控制管理部分。其中前端視頻采集部分主要設(shè)備為室外一體化快速球型攝像機(jī)。光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸部分包括:光纖網(wǎng)絡(luò)、視頻光端發(fā)射機(jī)、視頻光端接收機(jī)。中心控制管理部分包括:權(quán)限分配管理設(shè)備、模擬視頻矩陣、控制鍵盤、編碼器、視頻管理系統(tǒng)、硬盤錄像機(jī)、UPS、磁盤陣列等。

        開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的總拓?fù)鋱D見圖1。

        光纖網(wǎng)絡(luò)作為技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的組成部分,是技防網(wǎng)重要的物理鏈路層。它依托于廣電網(wǎng)絡(luò)的有線電視綜合信息網(wǎng)絡(luò),其骨干網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為物理環(huán)行,邏輯星形,各分前端為“日”字環(huán)行結(jié)構(gòu),環(huán)網(wǎng)以逆時(shí)針傳輸為主環(huán),順時(shí)針傳輸為備用環(huán),信號(hào)可以從不同的路由到達(dá)分前端,保證傳輸可靠性。光纖鏈路由各分前端至監(jiān)控點(diǎn)位為星形結(jié)構(gòu),各分前端數(shù)據(jù)信息經(jīng)廣電環(huán)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匯集至110中心機(jī)房。

        4 光纖網(wǎng)絡(luò)的施工要求

        4.1 光纜戶外施工

        施工前應(yīng)核對(duì)管道占用情況,清洗、安放塑料子管,同時(shí)放入牽引線;計(jì)算好布放長度,一定要有足夠的預(yù)留長度;一次布放長度不要太長(一般2 km),布線時(shí)應(yīng)從中間開始向兩邊牽引;布纜牽引力一般不大于120 kg,而且應(yīng)牽引光纜的加強(qiáng)核心部分,并作好光纜頭部的防水加強(qiáng)處理。

        4.2 建筑物內(nèi)的光纜敷設(shè)

        垂直敷設(shè)時(shí),應(yīng)特別注意光纜的承重問題,一般每兩層要將光纜固定一次。如果建筑物內(nèi)有弱電井(豎井),且網(wǎng)絡(luò)中心位于弱電井(豎井)內(nèi),則光纜沿著在弱電井(豎井)敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到建筑網(wǎng)絡(luò)中心;否則(包括建筑物內(nèi)沒有弱電井或豎井的情況)光纜沿著在樓道內(nèi)敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到網(wǎng)絡(luò)中心。在建筑物內(nèi)敷設(shè)光纜時(shí)可以不用鋼絲繩,如果沿垂直金屬線槽敷設(shè),則只需在光纜路徑上每2層樓或每10.5 m用纜夾吊住即可。如果光纜沿墻面敷設(shè),只需每1 m系一個(gè)纜扣或裝一個(gè)固定的夾板。

        圖1 開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總拓?fù)鋱D

        4.3 光纜敷設(shè)要求

        敷設(shè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制光纜所受拉力和側(cè)壓力,必要時(shí)應(yīng)詢問光纜相關(guān)機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo);嚴(yán)格控制光纜的彎曲半徑,施工中彎曲半徑不得小于光纜允許的動(dòng)態(tài)彎曲半徑,定位時(shí)彎曲半徑不得小于光纜允許的靜態(tài)彎曲半徑;光纜穿管或分段施放時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制光纜扭曲,必要時(shí)宜采用倒“8”字方法,使光纜始終處于無扭狀態(tài),以去除扭絞應(yīng)力,確保光纜的使用壽命。

        5 光纖網(wǎng)絡(luò)檢測及維護(hù)

        隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展,光纖鏈路中的新品種和新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn),產(chǎn)品質(zhì)量也不斷地提高。由于一條完整的光纖鏈路的性能不僅取決于光纖本身的質(zhì)量,而且還取決于光連接頭的質(zhì)量、施工的工藝和光設(shè)備的安裝,所以對(duì)光纖鏈路進(jìn)行測試是十分必要的。

        5.1 光纖鏈路中主要測試類型

        光纜在施工敷設(shè)及光纖鏈路的日常維護(hù)中,需要使用不同的光測試儀器進(jìn)行各種測試,其測試項(xiàng)目主要包括:

        衰減測試:衰減測試可以確定光纖鏈路中所有無源器件的損耗,這些無源器件包括光纜、光纖適配器、光纖接續(xù)盒、光跳纖、光尾纖等。主要測試儀器有光源、光功率計(jì)、光時(shí)域反射儀(OTDR)等。

        長度測試:測試光纖鏈路的長度,測試儀器通常使用光時(shí)域反射儀(OTDR)。

        故障定位測試:對(duì)于光纖鏈路的故障點(diǎn)進(jìn)行精確的定位,主要測試儀器有:光時(shí)域反射儀(OTDR)、光纖信號(hào)識(shí)別器、紅光源等。

        5.2 光纖鏈路主要測試儀器簡介

        5.2.1 光時(shí)域反射儀 OTDR測試是通過發(fā)射光脈沖到光纖內(nèi),然后在OTDR端口接收返回的信息來進(jìn)行。當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí),會(huì)由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接合點(diǎn)、彎曲或其他類似的事件而產(chǎn)生散射、反射。其中一部分的散射和反射就會(huì)返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量,它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或曲線片斷。

        5.2.2 OTDR常見測試曲線分析 一般為正常曲線圖,A為盲區(qū),B為測試末端反射峰。測試曲線為傾斜的,隨著距離的增長,總損耗會(huì)越來越大。用總損耗(dB)除以總距離(km)就是該段纖芯的平均損耗(dB/Km),見圖2。

        圖2 OTDR測試正常曲線

        光纖存在跳接點(diǎn),即中間多了一個(gè)反射峰,因?yàn)楹苡锌赡苤虚g是一個(gè)跳接點(diǎn)。能夠出現(xiàn)反射峰,很多情況是因?yàn)槟┒说墓饫w端面是平整光滑的。端面越平整,反射峰越高,見圖3。

        圖3 OTDR光纖存在跳接點(diǎn)曲線

        異常情況見圖4。出現(xiàn)圖中這種情況,有可能是儀表的尾纖沒有插好,或者光脈沖根本打不出去,再有就是斷點(diǎn)位置比較近,同時(shí)所使用的距離、脈沖設(shè)置又比較大,看起來就像光沒有打出去一樣。出現(xiàn)這種情況,一要檢查尾纖連接情況,二要把OTDR的設(shè)置改一下,把距離、脈沖調(diào)到最小,如果還是有這種情況的話,可以判斷:①尾纖有問題;②OTDR上的適配器問題;③斷點(diǎn)十分近,OTDR不足以測試出距離來。

        圖4 OTDR光纖測試異常曲線

        非反射事件見圖5。這種情況比較多見,曲線中間出現(xiàn)一個(gè)明顯的臺(tái)階,多數(shù)為該纖芯打折,彎曲過小,受到外界損傷等因素。曲線中的這個(gè)臺(tái)階是比較大的一個(gè)損耗點(diǎn),也可以稱為事件點(diǎn),曲線在該點(diǎn)向下掉,稱為非反射事件,如果曲線在該點(diǎn)向上翹的話,那就是反射事件了。這時(shí),該點(diǎn)的損耗點(diǎn)就成了負(fù)值,但并不是說它的損耗小了,這是一種偽增益現(xiàn)象,造成這種現(xiàn)象的原因是由于接頭兩側(cè)光纖的背向散射系數(shù)不一樣,接頭后光纖背向散射系數(shù)大于前段光纖背向散射系數(shù),而從另一端測則情況正好相反,折射率不同也有可能產(chǎn)生增益現(xiàn)象。所以要想避免這種情況,只要用雙向測試法就可以了。

        圖5 OTDR光纖測試非反射事件曲線

        光纖存在斷點(diǎn)見圖6。曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了,如果知道纖芯原來的距離,在沒有到達(dá)纖芯原來的距離,曲線就掉下去了,這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了,或者也有可能是光纖在那里打了個(gè)折。我們經(jīng)常用這個(gè)原因,在線路上排障的時(shí)候,把不能確定的纖芯打折,然后測試人員利用OTDR做實(shí)時(shí)監(jiān)測,按照?qǐng)D中的這種情況來判斷纖芯。

        圖6 OTDR光纖測試存在斷點(diǎn)曲線

        測試距離過長見圖7。這種情況是出現(xiàn)在測試長距離的纖芯時(shí),超過OTDR測量距離時(shí)所產(chǎn)生的情況,或者是距離、脈沖設(shè)置過小時(shí)所產(chǎn)生的情況。如果出現(xiàn)這種情況,OTDR的距離、脈沖又比較小的話,就要把距離、脈沖調(diào)大,以達(dá)到全段測試的目的,稍微加長測試時(shí)間也是一種辦法。

        圖7 OTDR光纖測試距離過長曲線

        5.2.3 光源、光功率計(jì) 光源、光功率計(jì)是測量光纖鏈路上傳送光信號(hào)強(qiáng)度的設(shè)備,是光系統(tǒng)最基本的測試儀表。它可用于光源的光功率測量、線路損耗、系統(tǒng)余量及接收靈敏度的測量;光纖配線架配置的法蘭盤及光跳纖損耗的測量;光纜鏈路每公里損耗的測量等。

        5.2.4 紅光源 紅光源是利用其激光二級(jí)管發(fā)出的可見紅光進(jìn)行測試,當(dāng)紅光源發(fā)出的紅光注入光纖時(shí),若出現(xiàn)光纖斷裂、連接器故障、彎曲過度、熔接質(zhì)量差等類似的故障時(shí),通過發(fā)射到光纖的可見紅光,測試人員就可以對(duì)光纖的故障進(jìn)行可視定位,也可以方便地用于查找光纖。

        5.3 光纖鏈路測試注意事項(xiàng)

        5.3.1 防塵 灰塵以及其他污染是光纖網(wǎng)絡(luò)的主要危害,特別是對(duì)光纜鏈路損耗的余量只有1~2 dB時(shí),輕微的不潔凈就可以造成嚴(yán)重的影響。在測試中,簡單檢查連接器的潔凈度以及使用防塵帽可以有效保護(hù)連接器不受污染。

        5.3.2 保持測試條件的一致性 在對(duì)光纖鏈路進(jìn)行測試時(shí),不僅要對(duì)光衰減變化較大的光纖鏈路重點(diǎn)檢查和測試,而且要將每次測試儀表的型號(hào)、測試參數(shù)、測試結(jié)果等做好記錄,這樣才能保證在每次測試時(shí)儀表的型號(hào)、操作方法及儀表參數(shù)設(shè)置的一致性,使得每次測試結(jié)果有可比性。

        5.3.3 建立準(zhǔn)確、完整的原始測試資料 建立準(zhǔn)確、完整的光纜線路原始測試資料,是日常維護(hù)中故障點(diǎn)測量、定位的基本依據(jù)。因此,必須重視線路資料的收集、整理、核對(duì)工作,建立起真實(shí)、可信、完整的線路資料?!?/p>

        2011-05-09

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