《新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102420654 A(43)申请公布日 2012.04.18CN102420654A*CN102420654A*(21)申请号 201110394782.8(22)申请日 2011.12.02H04B 10/08(2006.01)(71)申请人浙江工业大学地址 310014 浙江省杭州市下城区朝晖六区(72)发明人乐孜纯 付明磊 费霞 郑振鹏(74)专利代理机构杭州天正专利事务所有限公司 33201代理人王兵 王利强(54) 发明名称新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元(57) 摘要一种新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，包括：光信号采样模块，用于由4个通。
2、过两条邻近的单模波导构成定向耦合器集成的PLC型线对称波长不敏感耦合器组成，通过改变耦合区两臂长的宽度，光信号采样模块实现对接入单纤三向复用器的4路光信号提取46的光信号作为采样信号；电学监测模块，用于对采样光信号进行光电转换，并根据电信号对单纤三向复用器的运行状态进行判断；无线传输模块，用于将电学监测模块检测与定位的故障信息传输到故障采集点，然后故障采集点通过因特网或者GPRS网络将故障信息传输到故障处理中心。本发明体积较小、元件数目较少、结构可靠性良好。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页CN 102。
3、420666 A 1/1页21.一种新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，其特征在于：所述故障监测单元包括：光信号采样模块，用于从连接到单纤三向复用器的4个光纤通道中采集小部分的光信号作为采样信号；由4个通过两条邻近的单模波导构成定向耦合器集成的PLC型线对称波长不敏感耦合器组成，通过改变耦合区两臂长的宽度，光信号采样模块实现对接入单纤三向复用器的4路光信号提取46的光信号作为采样信号；电学监测模块，用于对采样光信号进行光电转换，并根据电信号对单纤三向复用器的运行状态进行判断；通过光探测器将光信号转变成电信号，再经过二级运算放大电路、电压比较器电路和模拟/数字转换电路，将信号接入一个单片机。
4、控制系统；无线传输模块，用于将电学监测模块检测与定位的故障信息传输到故障采集点，然后故障采集点通过因特网或者GPRS网络将故障信息传输到故障处理中心。2.如权利要求1所述的新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，其特征在于：所述光信号采样模块中，所述PLC型线对称波长不敏感耦合器对1310nm、1490nm和1550nm的光信号均能进行46的光信号采样。3.如权利要求1或2所述的新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，其特征在于：所述电学监测模块中，所述的光探测器采用的是InGaAs光电二极管，所述InGaAs光电二极管的工作波长范围为：1100nm-1650nm，响应度为0.8-0.9A。
5、/W。4.如权利要求1或2所述的新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，其特征在于：所述的单片机控制系统包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的电源模块、晶振模块、ISP下载模块、FLASH模块和E2PROM模块。5.如权利要求1或2所述的新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，其特征在于：所述无线传输模块工作在433MHz ISM频段，所述无线传输模块通过SPI接口与单片机控制系统连接，单片机控制系统修改无线传输模块的波特率，功率和频率。权 利 要 求 书CN 102420654 ACN 102420666 A 1/4页3新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元技术领域0001 本发明属于。
6、光纤接入网络技术领域，特别是应用于光纤到户(Fiber-to-the-Home，FTTH)接入网络中的单纤三向复用器故障监测单元。背景技术0002 随着以视频点播(VoD)、点到点(P2P)音频/视频流、多信道高清晰度电视等新型服务与应用的发展，以铜线为传输媒质的数字用户线(DSL)技术已经很难满足上述业务的带宽需求，而以光纤为传输媒质的光纤到户(FTTH)技术逐渐成为接入网技术的首选。FTTH的实际应用环节涉及一个非常重要的核心器件，即单纤三向复用器(Triplexer)，其主要功能是对光信号进行耦合和波分复用。EPON和GPON技术规范(ITU-TG.983和G.984)规定了单纤三向复用。
7、器中采用1310nm、1490nm、1550nm三波长分配方案：1310nm专门用于数据和IP视频信号的上传；1490nm用于语音、数据和IP视频信号的下传；1550nm用于模拟视频信号下传。0003 然而，FTTH技术的普及存在建设成本高、自动故障监测能力差等障碍。因此，设计高效的故障监测单元，尤其是针对单纤三向复用器的自动故障监测单元，对于提高FTTH光通信系统的鲁棒性具有重要的意义。0004 目前，在各类文献中，已经查阅到的针对单纤三向复用器设计的具有故障检测功能的系统或者装置有两项，第一项是“单纤三向复用器自动监测与故障定位系统”(申请号：201010226078.7)，但是该系统不具。
8、备光信号故障检测门限自动调节的功能，并且没有提出针对单纤三向复用器这类多端口光学器件或者设备的故障定位算法。第二项是“用于单纤三向复用器的多端口自动故障检测系统” (申请号：201110239012.6)。该系统具备光信号故障检测门限自动调节的功能，同时采用了明确故障定位算法，但这种系统在光信号采样部分使用的是分立式光学器件，具有系统体积大、元件数目多，潜在降价空间小等缺点。发明内容0005 为了克服已有的采用传统光学分立元件构成的针对单纤三向复用器的自动故障监测系统具有体积大、元件数目多、结构可靠性差等缺点，本发明采用平面光波导(Planar Lightwave Circuit，PLC)技术。
9、设计了用于主干光纤采样信号部分的功率分配器，提供了一种体积较小、元件数目较少、结构可靠性良好的新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元。0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：0007 一种新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，包括：0008 光信号采样模块，用于从连接到单纤三向复用器的4个光纤通道中采集小部分的光信号作为采样信号；由4个通过两条邻近的单模波导构成定向耦合器集成的PLC型线对称波长不敏感耦合器组成，通过改变耦合区两臂长的宽度，光信号采样模块实现对接入单纤三向复用器的4路光信号提取46的光信号作为采样信号；说 明 书CN 102420654 ACN 10242066。
10、6 A 2/4页40009 电学监测模块，用于对采样光信号进行光电转换，并根据电信号对单纤三向复用器的运行状态进行判断；通过光探测器将光信号转变成电信号，再经过二级运算放大电路、电压比较器电路和模拟/数字转换电路，将信号接入一个单片机控制系统；0010 无线传输模块，用于将电学监测模块检测与定位的故障信息传输到故障采集点，然后故障采集点通过因特网或者GPRS网络将故障信息传输到故障处理中心。0011 进一步，所述光信号采样模块中，所述PLC型线对称波长不敏感耦合器对1310nm、1490nm和1550nm的光信号均能进行46的光信号采样，且不影响光信号的正常传输。0012 进一步，所述电学监测。
11、模块中，所述的光探测器采用的是InGaAs光电二极管。一般要求该InGaAs光电二极管的工作波长范围为：1100nm-1650nm，响应度为0.8-0.9A/W。0013 进一步，所述的单片机控制系统包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的电源模块、晶振模块、ISP下载模块、FLASH模块和E2PROM模块。0014 进一步，所述无线传输模块一般工作在433MHz ISM频段，具有7001000米的传输距离。通过SPI接口，单片控制系统机可以修改无线传输模块的波特率，功率，频率等相关参数。0015 本发明的有益效果主要表现在：0016 1)光信号采集模块具有体积小，重量轻等特点，有利于精确控制分。
12、光比，并且在母板定型后，可大批量生产。0017 2)光电集成型的故障监测单元具有结构紧凑，耦合次数少，体积和尺寸符合实际施工需要等优点，并且特别适用于第三代基于PLC技术的单纤三向复用器。0018 3)无线传输模块具有低功耗、传输距离长的优点，因此保证了故障信息的及时反馈，并且降低了组网费用。附图说明0019 图1是PLC型线对称波长不敏感耦合器示意图；0020 图2是光信号采样模块示意图；0021 图3是SiO2-on-Si掩埋型方形光波导截面结构示意图；0022 图4是光电集成部分原理图；0023 图5是光电集成型故障监测单元整体硬件结构示意图；0024 图6是光电集成型故障检测单元实际应。
13、用示意图。具体实施方式0025 下面结合附图对本发明作进一步描述。0026 参照图1，一种新型光电集成型单纤三向复用器故障监测单元，包括：0027 光信号采样模块，用于从连接到单纤三向复用器的4个光纤通道中采集小部分的光信号作为采样信号；由4个通过两条邻近的单模波导构成定向耦合器集成的PLC型线对称波长不敏感耦合器组成，通过改变耦合区两臂长的宽度，光信号采样模块实现对接入单纤三向复用器的4路光信号提取46的光信号作为采样信号；0028 电学监测模块，用于对采样光信号进行光电转换，并根据电信号对单纤三向复用器的运行状态进行判断；通过光探测器将光信号转变成电信号，再经过二级运算放大电路、说 明 书。
14、CN 102420654 ACN 102420666 A 3/4页5电压比较器电路和模拟/数字转换电路，将信号接入一个单片机控制系统；所述单片机控制系统可以基于STC89C52，也可以选用其他类型。0029 无线传输模块，用于将电学监测模块检测与定位的故障信息传输到故障采集点，然后故障采集点通过因特网或者GPRS网络将故障信息传输到故障处理中心。0030 其中，光信号采样模块的输入信号是连接到单纤三向复用器的4路光信号，输出信号是46功率比的采样光信号；电学监测模块的输入信号是来自光信号采样模块的采样光信号，输出信号是传输故障位置的电平信号；无线传输模块的输入信号是传输故障位置的电平信号，输出。
15、信号是传输故障位置的无线信号。0031 本实施例中，PLC型线对称波长不敏感耦合器由两条邻近的单模波导构成定向耦合器组成，包括了四个S型弯曲波导和耦合区部分的矩形波导。耦合器的四路端口分别为注入光端口、非注入光端口、主光通信端口及46光监测端口。来自局端(单纤三向复用器)或用户端的光通过光纤首先输入耦合器的光注入端，在耦合区将46的光功率转移到耦合器的另一臂，同时由46光监测端口将采集到的光信号输出进入电学监测模块，而主光通信端口输出光用于正常通信，不受影响。进一步，所述的4个端口分别为9m9m的方形波导，所述的S型弯曲波导长度为为1800m，所述的耦合区分别由一系列长为900m，高为9m而宽。
16、不同的矩形波导线对称组成，最宽为10m而最短为8m，耦合区间距为4m。0032 参照图2，光信号采样模块由在一片硅基上集成的4个间距为80线m对称波长不敏感耦合器组成。该模块的长和宽分别为7200m和240m，主要用于对来自用户端的1310nm、单纤三向复用器1490nm和1550nm端和局端的光信号进行同时独立采样，并将采样到的46的光监测信号输入电学监测模块完成对单纤三向复用器的四路端口的故障监测，所述的光信号通过光纤耦合进波导，进入光信号采样模块。0033 参照图3，SiO2-on-Si掩埋型方形光波导截面结构，芯层1采用在SiO2薄膜沉积过程中掺锗的办法形成一定的折射率差(0.007)。
17、，其截面尺寸为9m9m，进一步在刻蚀后的芯层上再生长SiO2包层2，SiO2材料折射率在5002000nm范围内有小幅变化，在光通信波长为1550nm时，其折射率为1.445。0034 参照图4，光电集成部分由光子集成和电子集成两个部分组成。其中，所述的光子集成部分是指由4个PLC型线对称波长不敏感耦合器组成的光信号采样模块，用于从单纤三向复用器中采集46比例的光信号作为采样信号。所述电子集成由4个InGaAs光电二极管、两极放大电路、电压比较电路、数模转换电路和单片机控制系统组成，用于根据采样光信号判断单纤三向复用器的运行状态，并且在故障检测和定位后将具体故障信息通过无线传输模块发送到故障处。
18、理中心。其中，所述单片机控制系统包括主控芯片、电源部分、晶振部分、ISP下载部分、外部数据和程序存储部分和无线传输模块，其中，数模转换电路与单片机控制系统连接，由所述单片机控制系统生成具体故障信息，所述单片机控制系统与无线传输模块连接。0035 参照图5，光电集成型故障监测单元，包括了光信号采样模块，电学监测模块以及无线传输模块三个部分。连接单纤三向复用器的四路端口的光信号按波长不同分别通过光纤耦合进光信号采样模块中的光波不敏感线对称耦合器的光注入端，在耦合区耦合后，主光通信端口的光信号输出用于正常的通信，而耦合器的另一臂将耦合到的采样光信号通过说 明 书CN 102420654 ACN 10。
19、2420666 A 4/4页646光监测端口输出接入电学监测模块。所述的电学监测模块通过光探测器将光信号转变成电信号，再经过二级运算放大电路、电压比较器电路和模拟/数字转换电路，以及一个基于STC89C52的单片机控制系统完成光电转换、电压门限比较功能并最终判断四路信号的工作状态。最终通过无线传输模块将电学监测模块检测与定位的故障信息传输到相关故障处理中心。0036 实例：参照图6，对于一个中等及以上收入家庭来说，光纤到户(FTTH)技术是一种提高接入带宽的低成本接入网方案。一般来说，每户住房可以配置一个单纤三向复用器，并且单纤三向复用器可直接与用户终端设备连接。在这种情况下，本发明所述的新型。
20、光电集成型单纤三向复用器故障监测单元由于其结构紧凑，耦合次数少，体积和尺寸符合实际施工需要等优点可以与所述的单纤三向复用器一起放入用户终端设备附近实时监测4个端口的工作状态而不会占用过多空间。此时，当用于接收模拟CATV信号的1550端口发生光纤故障时，监测单元指示1550nm端口故障的灯亮起，蜂鸣器告警，监测模块通过无线传输模块将故障信息及时反馈到故障处理中心，等待故障维修，同理，也可以模拟1330nm、1490nm以及COM端口故障的情况。因此完全本发明可适应FTTH环境。0037 本实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。说 明 书CN 102420654 ACN 102420666 A 1/4页7图1说 明 书 附 图CN 102420654 ACN 102420666 A 2/4页8图2说 明 书 附 图CN 102420654 ACN 102420666 A 3/4页9图3图4说 明 书 附 图CN 102420654 ACN 102420666 A 4/4页10图5图6说 明 书 附 图CN 102420654 A。