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光纖線材與傳輸設(shè)備的探討(下)

繼上期介紹到光纖的架構(gòu)與應(yīng)用發(fā)展(《光纖布建技術(shù)初探(上)》),本期將從光纖訊號(hào)傳輸設(shè)備,以及光纖本身材質(zhì)兩方面進(jìn)一步為大家介紹光纖傳輸設(shè)備的型態(tài)與施作要點(diǎn)。希望透過本文,可以在某些問題與應(yīng)用上啟發(fā)并幫助工程商朋友,更好的進(jìn)行光纖布建工作。

  繼上期介紹到光纖的架構(gòu)與應(yīng)用發(fā)展(《光纖布建技術(shù)初探(上)》),本期將從光纖訊號(hào)傳輸設(shè)備,以及光纖本身材質(zhì)兩方面進(jìn)一步為大家介紹光纖傳輸設(shè)備的型態(tài)與施作要點(diǎn)。希望透過本文,可以在某些問題與應(yīng)用上啟發(fā)并幫助工程商朋友,更好的進(jìn)行光纖布建工作。

  訊號(hào)傳輸設(shè)備分類介紹

  目前光纖在安全監(jiān)控領(lǐng)域的主要訊號(hào)傳輸設(shè)備,首要就屬影像光電轉(zhuǎn)換器。其基本的工作原理就是將影像訊號(hào)轉(zhuǎn)為光訊號(hào),利用光纖傳輸后再轉(zhuǎn)回為原始的影像訊號(hào)。有些產(chǎn)品除了影像訊號(hào)之外,還能利用同一條光纖傳輸聲音或控制訊號(hào),或同時(shí)傳輸多路訊號(hào),提供許多方便的選擇。

  由于國內(nèi)光纖相關(guān)產(chǎn)品的起步較晚,所以現(xiàn)今臺(tái)灣的影像光電轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)還是以國外廠牌為主。國外的產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定,不過價(jià)格也居高不下。

  由于臺(tái)灣許多光纖應(yīng)用的案子都是屬于標(biāo)案性質(zhì),規(guī)格特殊,需求量也不定,所以國外廠商常常無法實(shí)時(shí)滿足業(yè)主的需求,也不太可能爭(zhēng)取到具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格,再加上對(duì)于光纖工程的不了解,常常碰到安裝與使用上的困難。

  光電轉(zhuǎn)換器分類

  影像光電轉(zhuǎn)換器可依不同光訊號(hào)的調(diào)變方法,大致分為以下三類。

  1、基帶調(diào)變

  將原始的電訊號(hào)直接轉(zhuǎn)換成光訊號(hào),保留原有的波形。原本的訊號(hào)表現(xiàn)在電壓的變化上,轉(zhuǎn)換后則表現(xiàn)在光功率的變化上。這種方式最直接,技術(shù)上也相對(duì)簡(jiǎn)單,不過,這樣的調(diào)變方式直接考驗(yàn)著光電組件與調(diào)變解調(diào)電路的線性度,只要轉(zhuǎn)換不是完全線性,多少都會(huì)造成失真。

  訊號(hào)經(jīng)傳輸必定衰減,其振幅也隨之改變,因此,接收器端多設(shè)計(jì)有增益控制電路,藉以補(bǔ)償衰減的訊號(hào)振幅。另外,基帶訊號(hào)本身不耐傳輸,對(duì)失真及干擾的容忍度低,同時(shí)也不能整合多路訊號(hào)傳輸。市售許多只支持一路影像訊號(hào)的平價(jià)光電影像轉(zhuǎn)換器都屬于這一類,但若要應(yīng)用在專業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域,業(yè)者則必須特別注意其是否符合需求。

  2、頻率調(diào)變

  如同F(xiàn)M廣播的調(diào)變方式,將原本以「振幅變化」描述的訊號(hào),轉(zhuǎn)換為以「頻率變化」描述的訊號(hào),再將調(diào)變后的電訊號(hào)轉(zhuǎn)為光訊號(hào)傳輸,之后再以相反的過程解調(diào)變成原始的訊號(hào)。

  經(jīng)由頻率調(diào)變之后,實(shí)際訊號(hào)的頻率會(huì)增加,但對(duì)于可接受高速調(diào)變的光組件來說不成問題。由于頻率成分在傳輸過程中不易變化,因此FM訊號(hào)也較能避免傳輸過程中產(chǎn)生的失真。

  頻率調(diào)變的另一好處是,可以將不同訊號(hào)調(diào)變至不同載波頻率上,以實(shí)現(xiàn)訊號(hào)的多任務(wù)傳輸;但是,除了成本增加之外,頻率調(diào)變?nèi)杂蓄l率調(diào)整的問題,如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)頻率不能搭配,系統(tǒng)即無法工作。而且,如果多任務(wù)的頻道數(shù)目增加,整個(gè)電路的復(fù)雜度將大幅增加,當(dāng)然也會(huì)反應(yīng)在成本上。

  3、數(shù)位調(diào)變

  這是一種最近出現(xiàn)較先進(jìn)的通訊方式,但是整個(gè)過程也比較復(fù)雜。原始訊號(hào)經(jīng)過取樣、編碼等過程,變成數(shù)字訊號(hào)之后,再透過光纖傳輸,最后再由數(shù)字模擬傳換器轉(zhuǎn)回原始的訊號(hào)。

  數(shù)字訊號(hào)最大的好處是,可以容忍極大的失真和干擾,原本評(píng)斷模擬通訊系統(tǒng)的指針(如訊號(hào)噪聲比、波形失真等)都變得不再重要,只要能控制好誤碼率(bit-error rate),就可讓訊號(hào)經(jīng)由長距離的傳輸之后,仍然維持完全一樣的訊號(hào)質(zhì)量。

  另外,使用數(shù)字傳輸?shù)募夹g(shù)時(shí),訊號(hào)的多任務(wù)也相對(duì)容易,不需因?yàn)轭l道數(shù)的增加而大幅變更硬件的架構(gòu),也不會(huì)增加許多需要人為調(diào)整的工作,對(duì)于系統(tǒng)整體成本的控制有很大的幫助。

  光纖設(shè)備建置施工要點(diǎn)

  上期已介紹過光纖傳輸系統(tǒng)在工程施作上需注意的管道布線問題,本期則針對(duì)「設(shè)備」部分進(jìn)行說明。

  1.所有光電轉(zhuǎn)換器必須注意供電設(shè)備的電壓及電流量的足夠與否,若電壓與電流不足經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生傳輸訊號(hào)有光訊號(hào)但卻無法接收訊號(hào)的情況發(fā)生。

  2.光電轉(zhuǎn)換器必須注意散熱及排列空間問題,很多時(shí)候光電轉(zhuǎn)換器會(huì)因過熱而產(chǎn)生訊號(hào)傳送中斷的情況。

  3.光電轉(zhuǎn)換設(shè)備盡量要在較高的位置,設(shè)備接頭要避面在空調(diào)出口,以免經(jīng)常產(chǎn)生臟污情況。

  4.設(shè)備應(yīng)避開變壓器等容易產(chǎn)生熱源的部份,以免造成光纖接續(xù)端子損壞。

  光纖電纜介紹

  光纖優(yōu)點(diǎn)眾多,如:帶寬大、通訊量大,低損耗、屏蔽電磁輻射、重量輕、安全性高、隱密性高等。它可以像一般用的銅纜、電纜、雙絞線,傳送音頻、警報(bào)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù),唯獨(dú)與一般傳輸不同的是,光纖所傳送的訊號(hào)是光訊號(hào)而不是電訊號(hào)。

  目前在國內(nèi)真正可自制光纖的光纖廠還不多,多半的國內(nèi)光纖生產(chǎn)商都是由國外買進(jìn)光纖后,在國內(nèi)工廠自行封管加工制成光纜。光纖裸纖的構(gòu)成主要分為三層,由內(nèi)至外分別是:

  · 中心:高折射率玻璃芯(芯徑多為單模9μm,多模50或62.5μm);

  · 夾層:低折射率硅玻璃包層(直徑為125μm);

  · 外層:加強(qiáng)用樹脂涂層(直徑為250μm)。

  光纖型態(tài)

  單模態(tài)光纖VS.多模態(tài)光纖

  依光波長在光纖中的傳輸模式分類。多模態(tài)光纖的中心玻璃芯(纖核)較粗(50或62.5μm),外層纖殼為125μm,可傳輸多種模代的光波長。但其模間色散較大,限制了傳輸訊號(hào)的頻率,隨著距離的增加會(huì)更嚴(yán)重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時(shí),則只有300MB的帶寬。因此,多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近,一般只有幾公里的距離。

  單模態(tài)光纖的中心玻璃芯較細(xì)(纖核一般為9-10μm),只能傳一種模式的光。因此其模間色散小,適用于遠(yuǎn)距離通訊,但其色度色散起了主要作用,這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求,即譜寬要窄,穩(wěn)定性要好。一般監(jiān)控項(xiàng)目多使用單模光纖傳輸。

  常規(guī)型單模光纖VS.色散位移型單模光纖

  按最佳傳輸頻率窗口區(qū)分。常規(guī)型單模光纖即是光纖生產(chǎn)廠將光纖傳輸頻率優(yōu)化在單一波長的光上,如1300μm。色散位移型單模光纖則是光纖生產(chǎn)廠將光纖傳輸頻率最佳兩個(gè)波長的光上,如1300μm和1550μm。

  光纖≠光纜!

  「光纖」與「光纜」這兩個(gè)名詞經(jīng)常被混淆,光纖是一種將訊號(hào)從A端傳送到B端的傳輸媒介,材質(zhì)是高純度玻璃或是塑料纖維,作為讓光訊號(hào)通過的傳輸媒介。光纜中心主要是由光導(dǎo)纖維(以二氧化硅抽絲而成的玻璃絲)和塑料保護(hù)套管及塑料外皮組成,光纜內(nèi)基本上只含微量的金屬,所以大多無回收價(jià)值。

  光纖在使用前必須經(jīng)過幾層的保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆,而包覆后的纜線即稱之為「光纜」。光纖外層的保護(hù)結(jié)構(gòu)可以防止周遭環(huán)境對(duì)于光纖纜線的傷害,例如:水、火、電擊等。

  光纜則是將光纖集結(jié)成束后加上防水、被覆以及支撐介質(zhì),已達(dá)到維持原有光纖的傳輸特性,使其纜線利于施工,更可達(dá)到保護(hù)光纖的功能,光纜的組成大致為:光纖(中心)、緩沖層(膏狀)及被覆(最外層)。

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