矿用光纤工业电视系统

矿用光纤工业电视系统由本安摄像机与监 示器、传输线路、光端机以及控制器等部分组成。

矿用本质安全型摄像机和监视器 是组成本系统 的基本设备。矿用摄像机采用电荷偶合器件CCD (charge couple device)作为将景物的光信号转变为电 信号的摄像器件。此外，它具有高的感光灵敏度以满足 井下低照度的环境使用，并具有良好的清晰度和防护 特性。感光灵敏度可以使用的最低照度(Lx)，通常在 5Lx以下。清晰度常用电视线数(TVL)表示，通常在 300TVL以上。当调度员在地面观察图像时，可采用常 规的黑白或彩色监视器。摄像机内部常配有可变焦镜 头。摄像机外部可配备隔爆兼本安的矿用电动云台，以 便使摄像机进行仰俯和回转等动作。

传输线路 采用矿用光缆，它不仅可传输图像，还 可有效地进行地面设备与井下本安设备间的电气隔 离。

光端机 为信号光电转换设备 。目前有一种将光端机与摄像机合为一体的结构， 称为矿用本安型光纤摄像仪，可以降低造价，方便使 用。

控制器 有摄像控制、切换控制和分配控制3个 部分。摄像控制是指在调试室对各摄像机电源、镜头动 作及云台动作所进行的控制，以期获得观察者满意的 图像。这种控制是由主控制器(编码器)和本地控制器 (解码器)及传输线路完成的。一台主控制器可同时控 制数台本地控制器，方法是由主控制器编码发出带有 地址和动作信息的串行码，然后由本地控制器解码识 别出动作要求，进而完成有关动作。切换控制的目的在 于同一个观察者在一台监视器上可分时观看数台摄像 机的图像。切换动作可以由装置在调度室的切换器完 成，也可以由安装在有几台摄像机相对集中的现场的 遥控切换器来完成。分配控制器的目的在于将一台摄 像机的图像分配给不同处室的观察者看，或进行录像 等。在图像分配之前，往往还要迭加上时间、地点说明 的字符和数码。图像的分配通常由分配器、字符迭加器 等设备完成。将图像的视频信号调制成射频信号进入 闭路电视系统，也是一种实现分配的好办法。图1是一个带有控制功能的系统示例。

在煤矿中使用工业电视监视，中国和其他 许多国家在20世纪70年代均有过试验。但当时只能 使用光电管作为摄像部件，有高电压，致使摄像机制成 隔爆型体积大、笨重、性能差、寿命短，传输线路也只 能采用电缆，抗干扰性能和安全性能不良，故未能推 广。80年代中期以后，由于CCD器件和光纤传输技术 的出现，解决了上述问题，并进一步完善了各种控制功 能，才使该系逐渐推广开来。今后，将摄像机安装在采 煤设备上并配合隔爆型监视器，以使操作人员可凭借 光纤工业电视系统操作某些设备，是未来的重要发展方向之一。

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。

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。