[发明专利]一种光纤供能系统的带内通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种光纤供能系统的带内通信系统及方法，包括含激光器电流调制模块、激光器电流驱动模块、光电池状态采集模块，根据实时采集光电池侧电压解调信号的特征，闭环调节激光器电流调制深度。本发明在提高系统可靠性的同时实现了不同工况下，较高速率、较大容量POF带内数据的可靠传输。本发明方法对POF系统正常供能效率影响小，核心LD器件一直处于通态工作区，不受开关冲击及开关损耗，大大增加了系统可靠性及寿命。

技术领域

本发明涉及光纤供能系统中的通信技术，尤其涉及一种光纤供能系统的带内通信系统及方法。

背景技术

分布式采集系统是工业领域常用的采样系统，一般由中控单元、分布式采集器、供电及信号传输通道组成。

在高压输电、医疗、矿产采集传感、无线电监测、航空等中控单元需与采集器电气隔离的采样系统中，无法采用传统输电线或其他取能方式实现采集器的长期、可靠供电。采用电气绝缘的光纤供能(POF)系统可为此类采集器提供工作电源，作为供能介质的光纤绝缘成本低，安全性高，是目前该类系统的主要供能方式之一。为满足电气隔离的需求，在该类系统中信号传输也一般采用光纤介质。

在采用POF方式供能的系统中，中控单元与采集器的数据交互分为上行通道(数据由中控单元发送至采集器)与下行通道(数据由采集器发送至中控单元)，下行一般采用独立通信光纤，上行通道目前主要存在两种方式：

(1)采用独立上行光纤通信方式；

(2)POF光纤传输信号方式；受限于器件特性，激光器(LD)电流与光电池(PPC)电压成非线性关系，且与工况密切相关，因此无法直接通过调制激光器电流的方式实现信号的调制与解调，目前POF光纤传输信号一般通过开关激光器方式实现。

在采集器与本地中控单元上行通信实现上，如采取增加独立上行光纤方式，不仅增加采集器功耗，而且光纤布线数量的增加意味着增加现场光纤施工的复杂程度和风险点，降低系统可靠性，因此该方式实际应用较少。

通过开关激光器实现POF光纤传输信号的方式应用较为广泛，虽然该方式可传输较少的数据或同步信号，但存在以下缺点：

(1)该方法需根据所传输的信号频率及占空比，频繁开关POF系统中的核心激光器器件，激光器所受开关冲击及损耗大，极大降低了激光器的工作寿命及POF系统的可靠性；

(2)当传输较高速率的信号或较长数据时，激光器关闭时间长，影响POF系统的供能效率，严重时影响POF系统供能可靠性，因此该方式无法满足高速、大容量数据传输需求。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种光纤供能系统的带内通信系统及方法，对光纤供能系统正常供能效率影响小，核心激光器器件一直处于通态工作区，不受开关冲击及开关损耗，增加了系统可靠性及寿命。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种光纤供能系统的带内通信系统，包括编码模块、激光器电流调制模块、激光器电流驱动模块、激光器、光纤、光电池、解调模块、译码模块、光电池状态采集模块；编码模块根据编码规则对传输数据进行编码产生编码信号，激光器电流调制模块根据编码信号和光电池状态采集模块反馈的光电池实时电压解调信号特征计算得到激光器电流控制值，激光器电流驱动模块根据激光器电流控制值调制激光器驱动电流，激光器供能并通过光纤发送光功率，光电池接收光功率产生电压，解调模块根据变化的光电池电压解调出编码信号，译码模块根据译码规则对编码信号进行译码得到传输数据。

进一步地，所述激光器电流调制模块包括位宽计算模块、差值模块和控制器；所述位宽计算模块输入光电池实时电压对应的数字采样码值，与设定的门槛电压值相比较得到高低电平，并通过时钟计数得到当前的信号位宽；所述差值模块计算得到信号位宽与给定的信号位宽参考值的差值，控制器根据差值采用PI算法计算得到当前的激光器电流控制值。