具有光纖信道的救生照明線裝備研發(fā)實踐

王佩青

（江西省消防救援總隊，江西 南昌 330009）

1 研究背景

在地下、建筑內部滅火行動中，消防救援人員與外部現場指揮部的通信聯系一般依靠無線電臺聯絡，但地下、建筑內部情況復雜，對無線電波有屏蔽和干擾，通信效果差，且不穩(wěn)定。為保證通信暢通，需要架設中繼，或是鋪設光纜、通信電纜等通信線路。

而因普通照明電路被切斷或損壞，消防救援行動中，偵查首攻人員進入地下、建筑內部等區(qū)域時，需從入口處開始沿搜索進入路徑鋪設一條“消防救生照明線”[1]，這條“消防救生照明線”既能為偵查首攻人員提供照明，又能在發(fā)生緊急情況時，保證偵查首攻人員順著“消防救生照明線”安全撤退，還能為后續(xù)增援人員進入現場指路。

為解決地下、建筑內部與外部現場指揮部的通信聯系難題，探索研發(fā)一種“通信型救生照明線裝備”，讓“消防救生照明線”同時具有“光纖傳輸通道”，將“信息傳輸通道”與“消防救生照明線”合為一體。既保證了救生照明，又實現地下、建筑內部與外部的穩(wěn)定可靠的數據、語音和圖像傳輸。

2 研發(fā)實踐

裝備的詳細研發(fā)探索如下。

2.1 總體結構

本裝備為一種具有光纖信道的消防救生照明線設備，總體結框架構圖如圖1，包括通信型救生照明線單元[2]、發(fā)光驅動電源、光纖收發(fā)單元A、光纖收發(fā)單元B、光纖跳線A以及光纖跳線B。

圖1的標注為：11-通信與救生照明復合線；12-前端接盒；121-光纖連接器接口A；122-電極連接接口；13-繞線盤[3]；131-盤芯；132-端板A；133-端板B；134-搖柄；135-線盤支架；14-線盤端接盒；141-光纖連接器接口B；21-整流穩(wěn)壓電路C；22-發(fā)光驅動電路；23-充電電路C；24-電池C；25-輸出接口；3-光纖收發(fā)單元A；31-光口A；32-電口A；33-光纖收發(fā)電路A；34-整流穩(wěn)壓電路A；35-充電電路A；36-電池A；41-光口B；42-電口B；43-光纖收發(fā)電路B；44-整流穩(wěn)壓電路B；45-充電電路B；46-電池B。圖中未畫出采用現有通用技術的繞線盤的搖柄和線盤支架。

圖1 通信救生照明線設備的總體框架架構

2.2 通信型救生照明線單元

通信型救生照明線單元組成示意圖如圖2，由通信救生照明復合線、前端接盒、繞線盤、線盤端接盒組成。繞線盤包括盤芯、端板A、端板B、搖柄、線盤支架等組件；端板A、端板B固定在盤芯兩端，線盤端接盒和搖柄固定在端板A上。

圖2 通信型救生照明線單元組成示意圖

如圖1所示，通信救生照明復合線一端，接入固定在前端接盒12，并分別將通信救生照明復合線中的光纖A和光纖B連接到光纖連接器接口A 121，將導線電極A和導線電極B連接到電極連接接口122；通信救生照明復合線的另一端，先固定于繞線盤的盤芯緊靠端板A處，之后穿過端板A，再接入固定在線盤端接盒14，并將通信救生照明復合線的光纖A和光纖B連接到光纖連接器接口B 141。

2.3 通信救生照明復合線

通信型救生照明線單元的重要組成部分為通信救生照明復合線，救生照明功能采用電致發(fā)光線實現，具有輕盈、低耗電特點，信息傳輸功能采用光纖實現，兩者均可彎曲，緾繞。

通信救生照明復合線的結構如圖3所示，導線電極A布設在通信救生照明復合線的中心軸線位置，光纖A和光纖B平行分布于導線電極A兩邊；導線電極A、光纖A和光纖B由絕緣層包裹，絕緣層的外表噴涂一層電致發(fā)光材料形成發(fā)光層，發(fā)光層的外表覆蓋一層透光導電層，透光導電層外表螺旋狀纏繞導線電極B，導線電極B外包裹一層透明保護層。

圖3 通信救生照明復合線結構圖

2.4 發(fā)光驅動電源

發(fā)光驅動電源，由整流穩(wěn)壓電路C 21、發(fā)光驅動電路22、充電電路C 23、電池C 24、輸出接口25組成，為保證能在救援現場獨立使用，發(fā)光驅動電源設有電池和充電電路。

如圖1所示，發(fā)光驅動電源的工作原理及工作過程為：外接交流或直流電源經整流穩(wěn)壓電路21處理后分兩路，一路給發(fā)光驅動電路22供電，發(fā)光驅動電路22產生發(fā)光驅動電源由輸出接口25輸出，在通信救生照明復合線11的導線電極A、和導線電極B之間施加發(fā)光驅動電壓，使電致發(fā)光材料發(fā)光層發(fā)光，并通過調節(jié)發(fā)光驅動電壓的波形，控制常亮、頻閃等發(fā)光方式；另一路經充電電路23對電池24進行充電，無外接電源時，充電電路23能控制電池24進行供電。

2.5 光纖收發(fā)單元

光纖收發(fā)單元A，由光口A 31、電口A 32、光纖收發(fā)電路A 33、整流穩(wěn)壓電路A 34、充電電路A 35、電池A 36組成；光纖收發(fā)單元B，由光口B 41、電口B 42、光纖收發(fā)電路B 43、整流穩(wěn)壓電路B 44、充電電路B 45、電池B 46組成，為保證能在救援現場獨立使用，光纖收發(fā)單元設有電池和充電電路。

如圖1所示，光纖收發(fā)單元A 3的工作原理及工作過程為：外接交流或直流電源經整流穩(wěn)壓電路34處理后分兩路，一路給光纖收發(fā)電路A 33供電，光纖收發(fā)電路A 33將光口A 31與電口B 32的光電信號進行光電互轉；另一路經充電電路A 35對電池A 36進行充電，無外接電源時，充電電路A 35控制電池A 36進行供電。光電收發(fā)單元B和光電收發(fā)單元A的結構相同。

3 系統(tǒng)連接和工作模式

3.1 通信功能連接與工作模式

如圖1所示，通過光纖跳線A，將前端接盒的光纖連接器接口連接到光纖收發(fā)單元A的光口A；通過光纖跳線B，將線盤端接盒的光纖連接器接口連接到光纖收發(fā)單元B的光口B，經光纖收發(fā)單元A和光纖收發(fā)單元B實現光電信號互轉，在電口A和電口B兩端可用電信號通信，方便目前大部分IP數據及音視頻設備直接使用，為地下、建筑內部等災害救援現場與外部現場指揮部提供穩(wěn)定可靠的高帶寬通信通道。

3.2 救生照明功能連接與工作模式。

如圖1所示，發(fā)光驅動電源2的輸出接口25與前端接盒12的電極連接接口122連接，為救生照明的電致發(fā)光提供驅動電源，并控制常亮、頻閃等發(fā)光方式。

4 探索成果

本裝備的應用場景如圖4所示，在現場和前方指揮部部署“具有光纖信道的救生照明線設備”，通過“現場有/無線接入網關”和“前方指揮部有/無線接入網關”將現場與前方指揮部網絡互聯?，F場的視頻、語音和數據均可實時穩(wěn)定可靠地傳送到前方指揮部，通過前方指揮部傳輸到支隊、總隊、消防救援局和應急管理部指揮中心。

圖4 應用場景示意圖

該裝備將“信息傳輸通道”與“消防救生照明線”復合為一體，在不損失現有“消防救生照明線”的便攜性、不增加太多成本，并且不改變原工作模式的前提下，實現“信息傳輸通道”和“消防救生照明線”一體化同步布設，保證消防首戰(zhàn)力量一進入現場，就能在現場與前方指揮部之間建立起高帶寬通信信道，保證數據、語音、圖像高速可靠傳輸?！跋谰壬彰骶€”鋪設到哪，“信息傳輸通道”同時也部署到哪，甚至可以邊鋪設，邊進行通信。

通過一個“通信型救生照明線單元”的“前端接盒”與另一個“通信型救生照明線單元”的“線盤端接盒”用“光纖跳線”連接，可將多個“通信型救生照明線單元”進行串聯，以靈活方便地增加通信距離，同時兼顧便攜性。該成果已獲國家專利，專利號：202122649985.9。