[发明专利]一种针对单端高温环境的非对称式宽带光纤传输方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术、光电子元器件、全双工通信、油田测井等技术领域。

背景技术

在各种通用、专用通信与传感领域，利用光纤感知和传输各类信息越来越引起人们的重视。因为，光纤要比用常规同轴电缆及微波传输有许多优点：首先，光纤的低衰减和宽频带性能，允许长距离传输和大传输容量；其次，光纤作为绝缘传输媒介，光发射机和光接收机之间电气上是绝缘的，并且可以不受来自强电磁场及其他线路的干扰，从而提高了信号传输质量。

在常规情况下光纤通信速度极高(可达数Gbit/s、几十Gbit/s、甚至Tbit/s以上)，但工作温度有限，无法工作在高温环境下；而高温环境下的宽带通信需求很大，例如石油测井、地质钻探、飞机发动机控制系统等都需要在高温环境下进行通信，石油测井作为一种典型的应用极具代表性，它是石油工业中最基本和最关键的环节之一，通过对井下视频、音频、环境参数等重要物理参量的实时监测，及时获取井下信息，对优化采油方案、提高油田开采效率等有着重要的意义。

就目前的技术而言，在高温环境下进行数据传输或通信，要么距离短(达不到数km或千米)，要么传输速率低(很难超过100Kbit/s)。传统的通信方式包括有线通信和无线通信。有线通信中电缆传输是比较普遍的传输方式：在高温环境下，其数据传输速率可以达到100Kbit/s，但是在无中继的条件下经数千米传输后信号衰减在70dB以上，在接收端很难被探测和恢复，同时其体积大，不适宜在油田测井、地质勘探等空间严格受限的场景中使用。而在无线传输中，常规的Wi-Fi无线通信技术、超宽带无线通信技术、蓝牙技术等可以轻易达到Mbit/s的数据传输速率，但收发模块或终端基本上工作在常温下(低于85摄氏度)，不适宜于长期高温宽带通信，此外，油田测井中常用的泥浆脉冲传输方式、声波传输方式、低频电磁波传输方式，它们的传输速率偏低(从几bit/s到几百Kbit/s)，而且后两种方式还易受环境、电磁干扰，传输距离严格受限。

发明内容

本发明的任务在于克服上述已有方案的不足，能够同时提供长时间高温工作性能、宽带数据传输、长距离传输的解决途径，以常温光收发模块、高温光收发模块、光纤链路，在不低于125摄氏度高温下，实现Mbit/s量级、数千米传输距离的远程全双工宽带通信。

一种针对单端高温环境的非对称式宽带光纤传输装置，主要由上位机或监控主机100、常温光收发模块200、下行多模光纤链路301、上行多模光纤链路302、高温光收发模块400以及下位机或远程终端构成。所述常温光收发模块和高温光收发模块由发射部分和接收部分组成，所述常温光收发模块发射部分由光发射驱动电路和常温发光二极管组成，接收部分由光电信号前置放大电路和主放大电路以及常温光电二极管构成；所述高温光收发模块发射部分由光发射驱动电路和高温发光二极管组成，接收部分由光电信号前置放大电路和主放大电路以及高温光电二极管构成，常温光收发模块和高温光收发模块之间由两条等长的长达数千米的多模光纤相连。

所述常温光收发模块和所述高温光收发模块通过所述多模光纤对称连接。

所述常温光收发模块的另一端与上位机或者监控主机相连接，所述高温光收发模块的另一端与下位机或者远程终端相连接。

所述高温光收发模块和多模光纤能够长期工作在不低于125摄氏度的高温环境下，高温光模块电路板耐温值更是高达280摄氏度，无需额外的保温措施或装置(比如将收发模块置于保温瓶或恒温瓶内等)。同时，传输距离达到数千米，串行数据传输速率达到Mbit/s。

一种针对单端高温环境的非对称式宽带光纤传输方法，其特征在于，在下行链路中，上位机或监控主机发送控制指令信号至常温光收发模块的发送部分，转换成光信号经多模光纤链路传输至下位机或远程终端的高温光收发模块的接收部分，然后恢复出所述的控制指令；在上行链路中，下位机将采集到的现场视频、音频、环境参数数据发送到高温光收发模块的发送部分，转换成光信号经多模光纤链路传输至上位机的常温光收发模块的接收部分，然后恢复出所述的视频、音频、环境参数数据。

本发明具有以下有益技术效果：

本方法和装置中的高温光电元器件均可工作在不低于125摄氏度的环境中，突破了常规的有线/无线通信系统的工作温度限制(约85摄氏度)，实现距离长达数千米(km)宽带传输；同时整个系统的传输速率可达Mbit/s，适用于高温环境下宽带串行数据通信需求与应用，将在高温极端环境下(比如油田开发)等需要高可靠性、实时性的工业控制中具有重要的应用价值。

附图说明：