宁波西门子授权一级代理商CPU供应商

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在光纤通信中，复用技术被认为是扩展现存光纤网络工程容量的主要手段。复用技术主要包括时分复用TDM（Time Division Multiplexing）技术、空分复用SDM（Space Division Multiplexing）技术、波分复用WDM（WaveLength Division Multiplexing）技术和频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）技术。但是，因为FDM和WDM一般认为并没有本质上的区别，所以可以认为波分复用是“粗分”，而频分复用是“细分”，从而把两者归入一类。下面主要讨论空分复用（SDM）、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）、稀疏波分复用(CWDM)、光分插复用（OADM）复用方式。
   
    1.TDM技术
   
    TDM技术在电子学通信中已经是很成熟的复用技术。这种技术就是将传输时间分割成若干个时隙，将需要传输的多路信号按一定规律插入相应时隙，从而实现多路信号的复用传输。但是，这种技术在电子学通信使用中，由于受到电子速度、容量和空间兼容性诸多方面的限制，使得电子时分复用速率不能太高。例如，PDH信号仅达到0.5Gbps，尽管SDH体制信号采用同步交错复接方法己达到10Gbps（STM-64）的速率，但是，达到20Gbps却是相当困难的。另一方面，在光纤中，对于光信号产生的损耗（Attnuation）、反射（Reflectance）、颜色色散（Chromatic Dispersion）以及偏振模式色散PMD（Polarization Mode Dispersion）都将严重影响高速率调制信号的传输。当信号达到STM-64或者高速率时，PMD的脉冲扩展效应，就会造成信号“模糊”，引起对于信号的错误判断从而产生误码。这是由于不同模式的偏振光在光纤运行中会产生轻微的时间差，因而一般要求PMD系数在0.1ps/km以下。综上所述，电时分复用技术的局限性，将电子学通信的传输速率限制在10～20Gbps以下。
   
    1.1光时分复用（OTDM）
   
    　　光时分复用是用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同信道，经复用后在同一根光纤传输的扩容技术。光时分复用技术主要包括:窄光脉冲的产生与调制技术、全光复用/去复用技术、光定时提取技术。
   
    　　1.1.1窄光脉冲的产生。光时分复用要求光源提供5～20GHz的占空比相当小的窄光脉冲输出，实现的方法有增益开关法、LD的模式锁定法、电吸收连续光选通调制法及光纤光栅法、SC（Supercontinum）光脉冲。增益开关法可以产生脉宽5～7ps、脉冲重复频率在10GHz左右可任意调整的光脉冲，其优点是很容易与其它信号同步。增益开关法已用于各种高速光传输实验中的脉冲源产生和光测量中。SC光脉冲宽度可大于1ps，窄达0.17ps。另外，利用调整线性调制光纤光栅的色散值对电吸收调制器输出的光脉冲形状进行修正，也可以产生脉宽为5.8ps、占空比为6.3%的10GHz的光脉冲。
   
    　　1.1.2全光复用/去复用技术。全光时分复用可由光延迟线和3dB光方向耦合器构成。在高速系统中，将光延迟线及3dB光方向耦合器集成在一个平面硅衬底上，形成平面光波导回路（PLC）作为光复用器。全光去复用器在光接收端对OTDM信号进行去复用。目前已研制出4种形式的器件作为去复用器:光克尔开关矩阵光去复用器、交叉相位调制频移光去复用器、四波混频开关光去复用器和非线性光纤环路镜式（NOLM）光去复用器。无论采用何种器件，都要求其工作性能稳定，控制用光信号功率低，与偏振无关。
   
    　　1.1.3光定时提取技术。光定时提取要求高速运转、低相位噪声、高灵敏度以及与偏振无关。目前已研制出一种采用高速微波混频器作为相位探测器构成的锁相环路（PLL），另外使用法布里—珀涉光路构成的光振荡回路（FPT）也可以完成时钟恢复功能。
   
    2.SDM技术
   
    对SDM的一般理解是：多条光纤的复用即光缆的复用。在某些地方，有现成的光纤通信网管道，并且还有空余的位置。所以为了增加容量，可以在管道中拉入多光纤，这比电子学方法便捷。对于空分复用的另一种理解是：在一根光纤中实现空分复用，即对于光纤的纤芯区域光束的空间分割。因为单模光纤纤芯部分芯径仅有9～10mm，而且传输的光束波面各点相位要存在涨落，因而这种波面的空间分割是为困难的。尽管近有人提出了相干度的理论分割方法，但是距离实用化还有漫长的道路要走。
   
    3.WDM技术
   
    光波分复用是多个信源的电信号调制各自的光载波，经复用后在一根光纤上传输，在接收端可用外差检测的相干通信方式或调谐无源滤波器直接检测的常规通信方式实现信道的选择。采用WDM技术不仅可以扩大通信容量，而且可以为通信带来的经济效益。因而，近几年对这方面的研究方兴未艾，WDM技术是在一根光纤上承载多个波长（信道）系统，将一根光纤转换为多条“虚拟”纤，每条虚拟纤立工作在不同波长上。每个信道运行速度高达2.5～10Gbps。
   
    　　WDM技术作为一种系统概念，可以追溯到1970年初，在当时仅用两个波长，在1300nm窗口一个波长、在1500nm窗口一个波长，利用WDM技术实现单纤全双工传输。初期的WDM网络主要致力于点对点系统的研究，作为WDM技术发展的重要阶段，1987年Bellcore在LAMB-DANET规划中开发出有18个波长波道的WDM系统。具有开拓性进展的是1978年K.O.Hill等人发现掺锗光纤中的光感应光栅效应，在此基础上Meltz等人于1989年终于研究发明出紫外光侧面写入光折度光栅技术，从而使采用光纤光栅实现WDM复用技术获得突破性进展，其复用波道数增加到100个以上。初期报道在1550nm窗口实现25个波道的WDM系统，总容量达到500Gbps。接着又有报道在1550nm窗口实现25个波道的WDM系统，其波道间隔仅为0.6nm，总容量达1.1Tbps，到1999年中期WDM实用化系统已经实现96个波道。北电公司宣布于2000年起开发有160个波长波道数的WDM系统，每个波道传输10Gbps，其一根光纤传输信息总容量为1.6Tbps。由于WDM系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。特别是密集波分复用（DWDM）技术可望很快获得应用。目前，大部分公司的DWDM系统都是以2.5Gb/ｓ为基本速率，仅加拿大北电网络等少数公司是以10Gb/ｓ为基本速率。MCI公司70%的网络中已采用了WDM系统。泛欧运营商HER公司（HermsEuropeRailbbb）将采用Cienc公司的40×2.5Gb/ｓ系统。Williams公司将为Frontier在休士顿、亚特兰大等地的网络提供16×10Gb/ｓ的ＤWDM系统。目前，国内开发ＤWDM系统的单位有原邮电部五所、北京大学、华为公司和武汉邮电科学研究院等。武汉邮电研究院的8×2.5Gb/ｓ波分复用系统已用于济南—青岛工程。
   
    3.1密集波分复用DWDM
   
    所谓密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing）技术，也就是人们常说的DWDM，指的是一种光纤技术，这一技术利用激光的波长按照比特位并行传输或者字符串行传输方式在光纤内传送数据。
   
    DWDM把引入的光信号分配给特定频带内的频率（波长，lambda），然后把信号复用到一根光纤中去，采用这种方式就可以大大增加已铺设光缆的带宽。由于引入（incoming）信号并不在光层终止，接口的速率和格式就可以保持立，这样就允许服务供应商把DWDM技术和网络中现有的设备集成起来，同时又获得了现有铺设光缆中没有得以利用的大量带宽。
   
    DWDM可以把多个光信号搭配起来传输，结果这些光信号可以编成同一组同时被放大并且通过单一的光纤传输，网络的带宽也就大大增加了。每个承载的信号都可以设置为不同的传输速率（OC–3/12/24等）和不同的格式（SONET、ATM、数据等）。比方说，某个DWDM网络可以在DWDM基础上混合OC–48 （2.5 Gbps）和OC–192 （10 Gbps）两种速率的SONET信号。从而获得高达40 Gbps的带宽。采用DWDM的系统在达到以上目标的同时仍然可以维持和现有传输系统同等程度的系统性能、性和稳固性。今后的DWDM终端可以承载总计80个波长之多的OC–48以达到200 Gbps的传输速率或者高达40波长的 OC–192以达到400 Gbps的传输速率，这个带宽已经足以在一秒钟之内传输9万卷的大百科全书！
   
    3.2FDM技术
   
    FDM是将在光纤中传输的光波按其频率进行分割成若干光波频道，使其每个频道作为信息的立载体。从而实现在一条光纤中的多频道复用传输。FDM技术可以与WDM技术联合使用，使复用路数成倍提高，即将光波波道按波长进行粗分，若每个波道宽度为Δλ，则在每个宽度为Δλ波道内，再载入几个频道(f1、f2、…、fn)，每个频道还可以立荷载信息。由于相干光通信提供了好的选择性，因此FDM技术与其相结合，为采用FDM技术的光纤网络实用化创造了条件。光FDM复用技术设备复杂，对于光器件性能的要求高，因此进入实用工程阶段还需要不少努力。
   
    3.3稀疏波分复用(CWDM)
   
    DWDM（密集波分复用）无疑是当今光纤应用领域的技术，但其昂贵的价格影响其广泛应用。面对通信市场的需求，CWDM（稀疏波分复用）应运而生。稀疏波分复用，顾名思义，是密集波分复用的近亲，它们的区别主要有二点：
   
    3.3.1CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；
   
    3.3.2CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。
   
    CWDM用很低的成本提供了很高的接入带宽，适用于点对点、以太网、SONET环等各种流行的网络结构，特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合，如大楼内或大楼之间的网络通信。尤其值得一提的是CWDM与PON（无源光网络）的搭配使用。PON是一种廉价的、一点对多点的光纤通信方式，通过与CWDM相结合，每个单波长信道都可作为PON的虚拟光链路，实现节点与多个分布节点的宽带。
   
    目前，有几家公司正推出与CWDM相关的产品。LuxN公司出品的WideWav系列CWDM模块支持8个CWDM信道，或者支持4个CWDM信道加16个DWDM信道。时代公司已与LuxN公司签署长期采购协议，用包含WideWave模块的WavSystem DWDM设备在纽约、俄亥俄等地部署千兆以太网。Ocular公司推出的采用CWDM技术的产品有OSX-6000和OSX-1000两个系列的交换机，其大特色在于能为用户提供波长信道服务和SAN服务。
   
    但是，CWDM是成本与性能折衷的产物，不可避免地存在一些性能上的局限。指出，CWDM目前尚存在以下4点不足：
   
    （1）CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少，导致日后扩容成本较高；
   
    （2）复用器、复用解调器等设备的成本还应进一步降低，这些设备不能只是DMDM相应设备的简单改型；
   
    （3）CWDM还未形成标准。
   
    4.光分插复用（OADM）
   
    　　在波分复用（WDM）光网络领域，人们的兴趣越来越集中到光分插复用器上。这些设备在光波长领域内具有传统SDH分插复用器（SDM）在时域内的功能。特别是OADM可以从一个WDM光束中分出一个信道（分出功能），并且一般是以相同波长往光载波上插入新的信息（插入功能）。OADM具有选择性，可以从中选择下路信号或上路信号，或仅仅通过某个波长信号，但不影响其他波长信道的传输。OADM在光域内实现了SDH中的分插复用器在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号。它能提高网络的性，降低节点成本，提高网络运行效率，是组建全光网的关键性设备。对于OADM，在分出口和插入口之间以及输入口和输出口之间有很高的隔离度（>25dB），以大限度地减少同波长干涉效应，否则将严重影响传输性能。已经提出了实现OADM的几种技术：WDMMUX/DEMUX；光循环器间或在MachZehnder结构中的光纤光栅;用集成光学技术实现的串联MachZehnder结构中和干涉滤波器。前两种方式使隔离度达到，但它们需要昂贵的设备， MachZehnder结构（用光纤光栅或光集成技术）还在开发中，并需要进一步改进以达到所要求的隔离度。
   
    上面几种OADM都被设计成以固定的波长工作。近，意大利电信研究实验室研制了一种新结构——使用干涉滤波器的OADM。与传统的单根光纤设计相比，它提供了插入口和分出口之间的高隔离度，具有对输出口分出信号双倍的抑制功能以及波长可调性。这种方法的可行性已通过样机进行了试验，测得的输入和分出口之间隔离度>55dB，对分出信道的抑制>16dB，调节范围>8nm。
   
    从目前来看，全光网络是应用于局域网（LAN）、城域网（MAN）等内部的光路由选择，所采用的技术主要是基于WDM和宽带的EDFA。从长远来说，全光网必然向着波分、时分、空分3种方式结合的方向发展。其应用将扩展到广域网。网络范围可以覆盖整个国家或几个国家，终实现一个高速大容量能满足未来通信业务需求的全光网络。

密集波分复用光网络的不断演进带动节点器件技术飞速发展，光滤波技术作为其中的关键之一已不仅仅是原来狭义的复用/解复用器的概念，其涵盖的范畴越来越多，包括光分插复用(OADM)、光交叉连接(OXC)、增益平坦滤波(GFF)、色散补偿(DC)、泵浦合波器(PBC)、动态增益均衡器(DGE)、波长锁定器(Wave locker)等。滤波手段层出不穷，多腔介质膜滤波器(MDTFF)、阵列波导光栅(AWG)、光纤布拉格光栅(FBG)、熔融拉锥器件(FBT)、奇偶交错滤波器(Interleaver)，此外还有声光可调谐滤波器(AOTF)、闪耀光栅、全息光栅、全光纤March-Zehnder干涉仪滤波器和全光纤F-P腔滤波器等。这些滤波技术随着人们追求的目标而不断变化，从窄信道间隔、大自由谱域(FSR)、高边模抑制比到现在的平(Fat-top)频响、动态可调谐、低色度色散和偏振模色散，各有市场，互相，长期共存。总之，在系统需求的刺激下，光滤波技术在不断进步。
   
    主流光滤波技术
   
    多腔介质膜光滤波器(MDTFF)
   
    采用镀膜工艺的介质薄膜滤波器(TFF)是性能良好的带通滤波器，基于薄膜滤光片的器件可广泛用于多信道复用与解复用器以及光分插复用器(OADM)，同时还被广泛应用于光纤放大器的增益平坦、频带分割、C和L通道的分离、泵浦光的合波、波长监控和锁定等等。在新近出现的CWDM和BWDM网络中，薄膜滤光片技术是迄今为止有实用的选择。目前的报道是，2002年 Agere公司宣布推出基于薄膜滤波片技术的50GHz mux/demux 产品，OFC"2002文献报导了信道间隔25GHz的介质薄膜滤波器。
   
    阵列波导光栅(AWG)
   
    AWG具有双向操作能力，可以实现光网络的诸多功能，如复用/解复用器、光波长路由器、多波长光源、光开关、色散补偿等。与其它类型的解复用器相比，AWG有如下优点：介入损耗小，串音低，性高，加工要求较低，器件尺寸小。此外，AWG还比较容易与光放大器、半导体激光器等有源器件以及PLC型奇偶交错滤波器等无源器件结合，实现单片集成。所以，AWG在密集波分复用系统，尤其是在40波长以上的系统中，占据了优势。
   
    尽管AWG器件已经商用，但国外(尤其是日本)对AWG的研究仍十分活跃，目前的研究方向主要集中在以下四个方面：
   
    * 多通道AWG的研制，尤其在OFC"2001会议上，报导了制作在6英寸硅基片上的400个通道25GHz通道间隔的AWG，该器件覆盖了C＋L波段，充分利用了EDFA的常规增益带宽，介入损耗非常低(3.8～6.4dB)，相邻信道串扰为-20dB，远端串扰-30dB，可支持4Tbit/s的传输；
   
    * 平频谱响应的研究；
   
    * 偏振相关性。NTT采用半波片法双折射的影响。另外还有使用反射式设计、高台波导结构、非双折射波导等方法来降低器件的偏振敏感性；
   
    * 聚合物(Polymer) AWG。由于聚合物器件比相应硅基底器件，其热光系数比硅大10倍左右，因此聚合物波导可在宽范围内实现温度调谐，所以聚合物AWG已引起了人们的重视，在OFC"2001会议上，N.Keil提出全聚合物方法，将聚合物材料用于波导结构和基质，通过匹配聚合物基质的热膨胀系数和波导材料的热光系数，可实现无热和偏振无关的AWG。
   
    光纤布拉格光栅(FBG)
   
    光纤光栅作为光子研究领域的一门新兴技术，具有其广阔的应用前景，光纤光栅的选频特征使之成为光纤通信中一种重要的无源器件，受到普遍关注。
   
    使用光纤光栅可制成光纤激光器、密集波分复用/解复用器、光分插复用器(OADM)、色散补偿器、滤波器、光放大器的增益平坦化、窄光脉冲产生器、泵浦激光器的波长锁定等光通信器件，目前正向实用化方向发展。光纤光栅将使全光纤器件的研制成为可能，因而所谓的全光纤一维光子集成(即将各种全光纤器件集成在一根光纤里，形成诸多集成型光纤信息系统)也将成为现实。
   
    熔融拉锥型(FBT)全光纤器件
   
    目前熔锥型滤波器件主要是两波复用的，其波长分别是980/1550nm; 1310/1550nm; 1480/1550nm; 1510/1550nm; 980/1590nm 1480/1590nm。其中980/1550nm及1480/1550nm的波分复用器主要用于C波段的EDFA的泵浦光与信号光的合波，现已被大量应用于实用化的EDFA之中；980/1590nm 和1480/1590nm的器件主要用于L波段的EDFA。与镀膜技术相比，熔锥型泵浦合波器的优点是耐高功率性能好，而且工艺简单，价格低廉，介入损耗很小。1310/1550nm器件主要应用于宽带波分复用系统中，或者在早期铺设的1310nm波长光纤系统上扩展1550nm波段新业务，在旧光纤通信系统的扩容过程中发挥重要作用。
   
    在熔锥系列器件中还有一种特殊的由单根光纤拉制而成的双锥器件，它可以用作带通滤波器、带阻滤波器、窄带滤波器、波分复用器等。双锥光纤滤波器可用于EDFA的增益平坦化，为了解决级联EDFA的增益均衡问题，又研制出其透过谱形状与基于光纤光栅的增益均衡器的透过谱十分相似的带阻双锥滤波器。研究者提出在一根光纤上拉制几个连续的锥可有效扩展谱响应透过峰峰值间的波长间隔，降低透过峰的带宽，形成一个全光纤的高消光比窄带滤波器。
   
    奇偶交错滤波技术
   
    这种滤波技术的器件主要有以下几种类型：
   
    * 晶体双折射型；
   
    * 迈克尔逊干涉仪+G-T干涉仪型(MGTI)；
   
    * 非平衡Mach-Zehnder干涉仪型；
   
    * 取样光纤光栅型奇偶交错滤波器；
   
    * 光纤光栅组合型Interleaver器件；
   
    * AWG型奇偶交错滤波器；
   
    * 光纤F-P型奇偶交错滤波器。
   
    声光可调谐滤波器(AOTF)
   
    由于声光可调谐波长滤波器(AOTF)具有调谐范围宽的特点，还具有多态波分复用开关(Multistate WDM Switch)如上下行波长路由的功能，因此，在20世纪末的十年曾一度成为研究热点。
   
    全光纤声光可调谐滤波器是近期的一个研究热点，这里，调谐声波的频率可实现对滤波器的峰值波长进行调谐。
   
    光滤波技术的发展趋势
   
    光滤波技术主要发展趋势包括：(1) 信道间隔向两个方向发展，密集波分复用和粗波分复用各有市场。(2) 通带形状向平通带频响发展。(3) 对其它通道较强的抑制能力，陡峭的滚降特性，高隔离度。(4) 可调谐滤波器，信道间隔和带宽动态可调。(5) 向可编程方向发展。(6) 低色度色散和偏振膜色散。(7) 优良的时域特性，对光信号的损伤尽可能小。
   
    从目前的情况看，在MUX/DEMUX(复用/解复用)应用方面，薄膜型滤波器仍是工艺成熟、性能稳定的产品，在市场上会保持其主导地位。
   
    在OADM应用方面，尤其是固定波长的OADM，目前仍是薄膜型滤波器的；未来对其造成冲击的有FBG型OADM和SOA型的OADM，特别是在可调谐OADM的应用中。不过，在OXC和波长路由应用方面，由于薄膜型需要光开关等器件的配合，所以结构较复杂；相比之下，AWG可以很容易实现波长路由。据有关资料统计，在小于16通道的DWDM 滤波器中，薄膜技术占65%，AWG占25%，FBG占10%；而在大于16通道的模块制作中，薄膜技术占15%，AWG占65%，全息技术20%。由此统计结果可知，在现今薄膜技术仍是主流，而发展趋势是AWG技术。
   
    此外，Interleaver的出现巧妙地解决了DWDM系统信道间隔不断细化同传统光学滤波技术之间的矛盾，是一种快速发展的很有前景的新型复用/解复用器件。

一、前言
    在船舶动力工程设计中，有一个重要的装置，即油的喷雾阀，其性能的好坏直接影响着柴油发电机的发电效率和性能。本文在广泛分析喷雾阀喷吹过程的基础上，设计了喷雾阀性能监测装置。该装置借助压力变送器、加速度变送器等，通过计算机采集喷雾阀出口的压力、气包压力、标靶加速度信号，能实时在线评估喷雾阀的性能品质，适应各种不同结构与尺寸的喷雾阀监测需求。

二、监测的状态量主要有：
    喷雾阀出口的压力波形及其上升速率()；喷吹令标靶产生的加速度波形 ； 稳压气包内压力变化波形；喷吹气量(△Q)；电喷雾时间(te)。

三、监测原理及监测过程的实现
    空压机为稳压气包提供压缩空气，通过调压阀调节至需要压力，由计算机向喷雾阀发出开启指令喷雾喷吹(延时设定时间关闭，电喷雾时间可调)，在计算机向喷雾阀发送开启指令的同时启动采样程序，采集气包压力、喷雾阀出口的压力(全压)、标靶加速度信号，并将采样数据存入计算机，对采样数据进行处理分析，实时在线绘制喷雾阀出口压力、稳压气包内压力变化及标靶加速度波形图。通过分析以上图形，可评估喷雾阀性能品质的优劣。

装置的主要功能如下：
1)信号采集功能：主要完成包括喷雾阀出口的压力、气包压力、标靶加速度信号等在内的实时采集，且采样频率可调；
2)屏幕显示功能：以曲线和数字方式分别显示各通道数据趋势曲线以及分析后的数据和谱线数据；
3)存储和回放功能：完成采集数据和分析数据的存储、回放分析、信号分离并进行数据的时域和频域分析；
4)喷雾阀性能评定功能：通过对输入标定数据的分段拟合进行数据修正。

四、系统配置
    为满足检测装置对控制系统的设计要求，我们选用了Advantech的IPC-610P型工业控制计算机(PCA6180主板、256MSDRAM、PIII 1GH CPU)作为主控制器，完成人机交互、实时数据采集、分析、存贮、图形绘制与打印等任务；WP系列的一体化(传感器和变送器合二为一)压力变送器、CA-GT系列的一体化加速度变送器分别变送气包压力、喷雾阀出口压力和标靶加速度电信号；、高采集速率的数据采集板卡PCL－818HD用来采集三个变送器的标准电信号，同时，由于要在电磁阀开启的同时启动采样线程，选用三菱PCL协助主控制器来控制电磁阀的开启、延时、关闭等动作，其驱动由继电器输出板卡PCL-725来完成。
 
    PCL-818HD 能保证在所有增益(x 1, 2, 4 或 8, 可编程)和输入范围内都有 100kHz 采样速率和转换速度。它有一个 1 K 的 FIFO(先出)缓冲器以获得快的和 bbbbbbs 下好的性能。这正是本系统选用该板卡的重要依据。同时为提高信号的抗共模干扰的能力，本系统采用差分模拟量输入方式。

    为了提高整个控制系统的抗干扰能力，选用继电器隔离的数字输入输出板卡PCL－725，其板上的八个 SPDT 继电器非常适合本系统电磁阀的开/关控制。每个继电器旁边的红色 LED 用来显示继电器的开/关状态。

    模拟量输出板卡PCL-728，能输出-10V~+10V的模拟信号，实时控制变频器的反、正转，PCL-728采用光隔离措施，提高系统的抗干扰能力。

    为保证喷雾阀动作的性及获得喷雾阀不同开启时间，喷雾阀的开启延时采用日本三菱公司的FX2N系列的可编程控制器(PLC)进行控制。喷雾阀电磁阀的开启延时由PLC内部定时器自动延时，延时时段为20ms、30ms、50ms，延时时段的选择通过改变PLC的外部输入点的地址来实现。

五、监测系统中几项关键技术
   1、A/D触发方式的选择
     因为控制程序运行于bbbbbbs平台，而bbbbbbs是一多任务、多用户的而非实时操作系统，在高速数据采集时有可能会丢失数据，数据的丢失意味着测试数据不完整。为满足控制系统的高速数据采集的需要，保证采集数据的连续性、完整性，采用了定时器同步触发A/D与FIFO方式相结合的方法，大大提高了系统的采样频率和数据的性，改善了在bbbbbbs环境下的性能。

   2、多种应用程序的无缝连接技术
      Visual C++是bbbbbbs平台下强大的应用程序开发环境,MATLAB是一个功能强大的数值计算和结果可视化的软件。如将MATLAB和Visual C++结合起来,取长补短无疑是一个有效的途径。本设计利用MATLAB Compile (编译器),将MATLAB函数编译成可以脱离MATLAB环境使用的Ｃ函数,在Visual C++中将此Ｃ函数编译成动态连接库,在Visual C++中加载这个动态连接库,这种方法能实现两者之间的无缝连接,仅需利用相关的MATLAB应用程序接口(API)函数编写一个C语言的接口函数即可。

    3、多线程的数据软件设计
     由于整个应用程序需要在较短的时间内完成数据采集、去噪声、数据整理与分析、压力数据实时图表显示、数据分析计算以及数据存储与管理等任务,如果仅使用单线程模型来设计系统,就不能很好地完成数据采集和分析的任务,因此考虑采用多线程模型,利用多个线程分别完成各项任务。

    本系统通过并行设计充分利用Win32 操作系统的多任务特点将不同的任务分布到各个线程中，使各个任务同步进行而互不影响。系统中的主线程负责创建用户界面、接收消息等工作。另外，由于Win32 系统是抢先式系统，为了保证数据的采集不被其他线程中断就要开辟一个级较高的线程来采集数据。同时，为保证系统硬件相关部分和硬件不相关部分的相互立，将采集模块做成动态链接库，采集到的数据存入内存池中，然后调用动态链接库中的相应函数定时内存池中的数据。由于数据的分析、存储和性能在线评估耗时较多，且各个任务所占用的时间段不同，故将其分别置于不同的线程中，在数据采集的同时进行数据的分析存储和各通道的巡回监视，各个线程(数据采集线程、数据分析与处理线程以及数据动态显示线程)中所要完成的工作并行进行，线程间的通信可以通过消息响应函数PostMessage 来实现。

    由于本系统是一个工业化的连续运行的实用系统,系统的性非常重要,协调以下工作：
1)注意释放内存, 在系统的调试过程中避免线程阻塞。在bbbbbbs环境下若有某个任务持续长时间运行时,会导致所占用的存储空间逐渐膨胀,因此有时会因内存自由空间的过少而出现有关线程阻塞的现象,甚至出现死机，故在开发程序的过程中,考虑有效措施使程序能自动释放内存。
2)注意节约占用CPU的时间。系统规定数据采集线程和数据处理线程的级为,其余任务注意节约占用CPU的时间,否则会降低系统的运行效率。
3)合理规划线程内容,控制线程个数。虽然系统采用多线程模型可以有效地提高采集和监控效率，但系统中所拥有的线程不能太多。因为可运行的线程越多，对所有线程轮询一次所需的时间越长，系统延时越大。同时系统的吞吐量将相对减少，当系统总的延时过一定的限制时，系统将变得不可使用。
4) 合理解决数据缓冲区的并发和同步。多线程应用程序基于级的可抢先调度和不可预测性,使得其同步问题变得非常重要。如何正确、地实现多线程系统中各个线程之间的通信,使得相关线程之间能够对临界区的访问达成同步,对提高多线程数据采集系统的效率有着重要的作用。在本系统中,采用事件Event方法，用于封锁对一个资源的访问直到出现了某些线程或进程的信号即一个事件的信号。使用事件同步一般用CreateEvent 创建事件，Waitbbbbultibbbbbb等待事件的发生，SetEvent 标记一个事件的发生，ResetEvent 事件发生的标记。由于CPU的运行速度远卡采集数据的速度,因此,数据处理线程的大部分时间是在等待读取缓冲区的数据,不会因为来不及处理缓冲区的数据而使数据采集线程因等待缓冲区的释放造成采集数据的丢失。这样线程之间较好地实现了对数据缓冲区访问的并发和同步。

六、控制系统软件设计
    整个控制系统软件基于bbbbbbs 9X操作系统平台，人机交互的应用程序采用编程功能强大的Visual C++，并辅以多线程编程技术以及和具有强大数值计算和处理功能的Matlab进行无缝连接技术，完善和弥Visual C++的功能。程序采用面向对象的设计方法，增强了应用程序的实用性、性。

七、系统抗干扰措施
    在本实时控制系统中，采用各种抗干扰手段来抑制干扰对测量结果的影响。其主要干扰有：部分电气的脉冲型干扰、继电器开断产生的随机型脉冲干扰、传感器以及变送器自身噪声等，这些干扰进测系统主要通过(1)从系统的工频电源进入，(2)通过电磁耦合，(3)通过监测元件进入。为获得较好的试验结果，本设计采取以下抗干扰措施：
   1、共模抑制技术
    为提高系统的抗干扰性能，系统采用差分输入方式，差分输入可使来自设备震动、以及变送器的白噪声干扰相互抵消，实现共模抑制电噪声。
   2、模拟地隔离技术
    为了使控制系统防止外界干扰，除了供电系统采用隔离变压器以外，在过程与过程通道之间也采取隔离方法，使其计算机系统与外界的过程控制器和变送仪表之间没有公共地线，而是采用继电器隔离方式，以提高系统的抗干扰能力。
   3、数字滤波处理技术
    在数据处理过程中，对于采样信号中的各类噪音和失真采取了软件滤波与硬件滤波相结合的方法，通过模拟低通滤波器(硬件滤波)滤去5Hz的噪音，对于5Hz的噪音则采取软件方法进行滤波。
1)对采集到的数据实行五点三次平滑法滤波
2)在信号采集中，常有系统误差，而这些误差主要是由系统噪音引起的，与当时实验的条件如温度、仪器老化时间等因素有关，所以在正式采样之前需进行全程背景噪音扣除，以系统噪音，在正式采样之前行一次与正式采样相同条件的空采样，得到的数据全部是背景噪音，在正式采样中将刚才的背景噪音全程扣除。
3)在采集信号中，常有“毛刺”干扰，根据经验，确定出两次采样输入信号可能出现的大偏差ΔH，两次采样值之差若过此偏差值且又持续时间很短，则表明该输入信号是干扰“毛刺”，应该去掉，若小于此偏差值，可将信号作为本次采样值。

    经过以上软硬结合的滤波，微伏级的信号可正确分辨，大信号也不会失真，效果显著。

结语
    系统设计采用了较为的设计方案，并加入了多种硬件和软件抗干扰措施，同时，在软件设计时，充分考虑了bbbbbbs操作系统的特点，应用了多种应用程序无缝连接以及多线程编程技术，保证了系统设计的性，提高了系统的稳定性以及自动化水平。