[科普中国]-矿用光纤通信

煤矿环境中通过光导纤维传输信息的通信。矿用光纤通信传输的信息，包括工业电视图像、话音及数据等。矿用光纤通信传输的是光信号其优点是： 无电火花、具有本质安全性、无电磁干扰、无雷电感应、 有良好的电气绝缘性、具有大的传输容量等。此外，光缆的重量轻、柔性好、制造长度大、利于敷设与施工， 还可以节省大量铜。1

简史20世纪80年代初，世界各采 煤技术先进国家，如日本、德国、法国、英国等都先后 进行了一系列在矿井中应用光纤通信的试验。如1982 年在太平洋煤矿钏路矿进行了井下工业电视与监测数 据传输的试验，距离为4.8km。联邦德国在Haus Aden 矿进行了近10km的数据传输试验。英国曾在海伦矿 进行了用光纤传输采煤机遥控信号的试验等等。这些 试验，包括了工业电视、数据传输和话音传输等各个方 面。

中国于80年代初开始进行光纤通信在煤矿中应用研究工作，1988年鉴定了中国第一条矿用光缆和光 端机，并解决了光缆在井下现场接续等一系列技术问 题。经过几年的努力，已经形成了能够传输工业电视、 话音和数据的许多矿用光纤通信产品。这些产品正逐 步在中国煤矿推广使用。

随着采矿设备自动化水平的提高，需要传输的信 息日益增加。利用光纤不受电磁干扰的优良特性，可将 光纤置于采煤设备的电力电缆之中，使采煤设备的大 量信息传输成为可能。

组成它由电端机、光端机、矿用光缆和矿用光缆连接器等部分组成(图1)。有时，电端机与光端 机制成一个装置，统称光端机。

在光纤中传输的光信号的波长，有长波长和短波 长两种，称0.85μm左右的波长为短波长，把1.3μm左 右和1.55μm左右的波长称为长波长。

电端机 实现模拟信号与数字信号的双向转换及 多路信号时分复用的装置。

光端机 实现电信号与光信号的互相转换，以便 能够在光纤中传输信息的发送或接收的装置。

矿用光缆 用一根或多根光纤或光纤束制成，其 光学特性、机械特性和环境特性满足煤矿使用要求。在 煤矿井下的光缆应是不延燃或阻燃的。在矿用光缆中， 通常还配有一对或两对铜芯线，以作传输其它信号之 用。矿用光缆的结构型式有许多种，常见的有绞合型与骨架型。绞合型光缆是将光纤扭绞在中心加强芯上，而 骨架型光缆是将光纤嵌于光缆的中心骨架上，它们的 结构如图2所示。

矿用光缆连接器 一种可在煤矿环境中使用的， 对光纤及铜芯线进行连接的装置。它通常由防护外壳 和光纤连接器组成。光纤连接器是实现光纤连接的器 件。由于煤矿井下不允许有放电火花，所以地面上利用 电弧放电熔接光纤的方法不适用于井下。在井下连接 光纤常采用活动连接器连接或机械对接两种方法。中 国煤矿井下使用双棒法光纤连接器。

分类矿用光纤通信根据通信制式可分为模拟光 纤通信和数字光纤通信两大类。电视图像的传输，常采 用模拟光纤通信，而数据和话音常采用数字光纤通信。

模拟光纤通信 可分为直接或经预调制后对发光 器件进行调制两种。直接调制的电路简单，但对发光器 件的线性要求较高，只适用于传输距离较近的场合。预 调制的方式有许多种，常用的有脉冲频率调制方式 PFM (pulse frequency modulation)，即待传输的基带 信号对脉冲序列的频率进行调制。这种方式有效地克 服了发光器件非线性的影响，适用于传输距离较远的 场合。

数字光纤通信 首先对传输的基带信号进行数字 编码成PCM信号(pulse code modulation)，然后对发 光器件进行调制。为了满足光信号传输的要求，还需再 次进行线路编码。常用的线路码型有1B2B，5B6B， CMI等许多种标准码型。2

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学