[发明专利]通过在线测量光功率实现通道状态实时监测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护的光纤通信系统，尤其涉及一种通过在线测量光功率实现通道状态实时监测和报警的方法。

背景技术

目前电力系统继电保护中大量使用光纤通信系统完成数据通信，光纤损耗是反映光纤通信技术指标的重要参数，是决定光纤传输网络的传输距离、传输稳定性和可靠性的重要因素。因此，对光纤损耗进行实时监测有利于保证光纤通信中信息的正确传输，保证整个继电保护系统的正常工作。

光纤损耗检查的常用方法是采用剪断法或插入法，通过测量光纤的传输光功率，计算光纤通路的损耗量（衰减量），检查时要断开光纤传输通道，接入光功率测量设备，且在测量过程中要插拔大量的光纤连接头，易使接头受到空气中的灰尘污染，或者因为接头的对位偏移，导致光通道中额外的故障点，影响光信号传输和实际的测量结果。

对光纤信号的传输质量实时监测的常用方法是对传输的信号，如误码率、通道中断等，进行监控、检测，来辅助检查通道传输中存在的问题，但是这种方法要占用大量的CPU资源，且只能起到辅助检查的作用，无法发现和定位具体的故障和隐患。例如，当光纤通道由于光纤端面对接不准而出现耦合问题时，收信端的光功率会下降，导致收信裕度不足，但仍在收信的灵敏度范围内，此时不会产生误码，用CPU检查时无法发现此问题。但当系统有故障时，就可能导致收信端出现误码、中断等故障。而且即使检查出有误码，也无法判断是光功率下降导致误码，还是中间的传输环节异常引起的误码。

光纤通信的收信功率是影响通道质量的重要因素，对光纤信号的收信功率进行实时监测，不仅是对传输的信号进行监测的方法的重要补充，而且能识别其无法发现的通道隐患。常规的利用光功率—-光强对应关系进行光功率测量方法相关文献已有提及，参见王芊等，光功率在线测量方法及应用，电力系统自动化，2009，33（2）。但这种基于查表方式的测量方法，不仅浪费存储资源，同时精度不高（±1dBm）。

发明内容

本发明的目的是：提出基于曲线拟合技术的光功率实时在线监测方案，利用光功率测量结果和变化情况，建立完善的通道状态监测和报警机制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

（1）事先测量光模块光功率—光强曲线表格存储在MCU中；

（2）光模块中集成光强检测和变换电路；建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式，保证A/D转换在小信号时的测量精度；

（3）得到A/D 转换结果后采用曲线拟合技术计算光功率值；

（4）利用光功率测量结果和变化情况，建立完善的通道状态监测和报警机制。

具体内容包括：

（1）硬件实现方案

 A：在收信端的光模块中集成光强检测和变换电路：在进行光功率测量时，需要监测光纤通路的光强信号，光强信号由光检测电路提供，该电路的工作原理是光敏二极管接收到光纤中的光信号后，产生和光强对应的电流信号I，电流信号I经运算放大器构成的I-U转换电路转换成电压信号U输出，这部分电路集成在光模块中。

B：建立A/D转换电路，并采取分段放大的方式对不同强弱的信号采取不同的比例系数，便于保证A/D转换在小信号时的测量精度。A/D转换器电路既可是独立的，也可利用MCU内置的。

C：用MCU定时采集A/D转换结果（电压值）。

（2）曲线拟合技术

A：光功率和光强（体现为电压）具有一一对应关系。预先等间隔测量不同功率下光强信号的电平，并根据测量结果绘制对照表格，将此表格保存在MCU中（为节省存储空间，按步长为1dBm间隔的数据来存储，存储范围为-10dBm～-38dBm）。

B：当MCU采集到A/D转换的光强值，利用MCU已存储的光功率-光强数据，采用曲线拟合技术（插值技术），求出相应的光功率值，精度（±0.1dBm）。

（3）通道状态监测和报警机制

利用光功率测量结果和变化情况，建立通道状态监测和报警机制。

A：当接收光功率低于预先设定的功率门槛（如-36dBm），发“收信功率过低报警”信息，点通道异常灯；

B：当接收光功率高于预先设定的功率门槛（如-10dBm），发“收信功率过高报警”信息，点通道异常灯；

C：自动记录通道投运时的接收功率，当在线监测到的收信功率低于该值一定门槛（如正常运行时收信功率 – 当前收信功率>3dBm）时，说明通道运行过程中衰耗变大，则可能对侧装置发送功率降低，或通道路由环节出现故障，装置发“收信功率跃变报警”信息。