光纤通信在船舶上的应用

应 胜 陶继林

光纤具有信息传输容量大、抗干扰能力强、体积小、费用低、可靠性好等优点。光纤的应用为全球“信息化”的发展，奠定了坚实的基础。近年来，随着船舶工业的飞速发展，越来越多的高技术、高附加值船舶，陆续被开发出来。但由于种种原因，光纤通信仅局限在少数特种船舶上使用，在普通民船上几乎为零。随着信息化技术的发展，光纤在船舶上的广泛应用将是大势所趋。

光纤通信的特点

光纤通信比起普通电缆通信有许多优点，主要有以下几个方面：

首先，光纤通信容量大。理论上直径只有一条头发丝这么细的光纤，可以同时传输大约1000亿路语音通信，在实际应用中已经可以达到24万路。通常一根光纤中都含有几十甚至几百根小的光纤，其通信容量大的惊人。

其次，光纤的抗干扰能力强。我们知道，光纤在传输信号时，光信号只在纤芯内部进行，不同的光纤芯线之间几乎不会相互串扰。由于光纤中传输的是光信号，所以不会出现电磁干扰等情况，而且光纤还具有耐腐蚀、可挠性强的优点。

另外，光纤还具有：成本低、体积小、重量轻、施工和维修方便等特点。光纤的这些优点非常适合长期在潮湿、高盐雾等海洋环境中船舶使用的要求。

目前，光纤光缆在各行各业的应用十分广泛。陆上通信、航空业及跨洋通信都在大力推广使用光纤。船舶和海洋工业历来被认为是高技术、高附加值的行业。大力发展高技术、高附加值的船舶及高端海洋装备业，也是国家加大船舶工业转型的战略需要。目前，光纤在船舶上还远远没有达到很好的应用，据了解，目前仅仅在科学考察船、军舰、潜艇和豪华邮轮等特种船舶上有少量的应用，在民用商船上的应用几乎还是空白。船舶光缆的结构如图1所示。

光纤通信在船上的主要应用

图1 船用光缆的内部结构示意图

由于光纤通信的诸多优点，在船舶和海洋装备工业中应用光纤通信的前景是非常光明的。目前光纤通信在船舶上的应用主要有以下几个方面。光纤陀螺仪（FOG），这是一种基于萨格纳克效应（Sagnac）实现载体相对于惯性空间角速度测量光纤传感器件。光纤传感器、光栅传感器。应用光纤传感器的船舶系统主要有：机舱监测控制、主机机械故障诊断、货舱液位监测、通风加热空调、破损控制等系统。此外，光纤通信在船舶卫星通信、船舶局域网、船舶综合驾驶台系统（IBS）、综合航行系统（INS）以及船舶航行闭路电视系统（NCCTV）等也有少量的应用。船用光纤在众多的危险品运输船舶、油船和化学品船、LPG和LNG船舶等的应用有得天独厚的优势。我们知道上述船舶对电气设备防爆的要求非常高，常常要求船舶采用本质安全型电路或防爆的电气设备，由于光纤中传输的是光信号，而不像普通电缆传送的是电信号。所以不存在普通电缆在使用过程中会发热等缺点。光缆本身就是本安型的电路。在油船、化学品液货船上，还可以利用光纤传递的冷光源给危险区域提供照明。

光纤通信应用实例

如图2所示，某电力推进船的主要参数如下：

总长：78.25m，型宽：17.20m，型深：87.8m，发电机组功率：1200kWx4台， 载重吨：～3600dwt，设计航速：13knots，吊舱式Z型推进装置：1650kWx2台。

图2 某电力推进船舶总布置图

本船推进系统采用2台吊舱式Z型电力推进系统（1650kWx2）。其电动机与固定螺距螺旋桨轴直接相连，并安装在一个浸没于水中的可旋转吊舱中，这对提高船舶的流体动力效率和机动性有很大的好处。

根据中国船级社审批的图纸，该轮舵机控制箱以及舵角反馈装置与推进器控制单元之间，采用设备制造商提供的光纤通信。由于电力推进系统变频器、电机等工作过程中会产生大量的电磁干扰信息，如果采用普通的船用电缆通信，有可能会造成电磁干扰，而采用光纤通信则不受这方面的影响。光纤通信可以获得更加稳定的舵角反馈信号，从而实现驾驶室对转舵推进系统的精确控制。比起普通的电缆通信，其优越性是显而易见的。

船用光纤产品检验认可要求

目前，一些船级社在船用光纤的产品认可时，基本是参照船用电缆的标准进行。采用的标准主要有：《成束电缆垂直燃烧蔓延测试》IEC 60332-3-22（2009） 、《成束电线垂直燃烧蔓延测试》IEC 60332-3-24（2009）、《电缆燃烧产生的气体测试》IEC 60754-1/2：1994（GB 17650.1）、《光缆》IEC 60794-1-1和《电缆烟密度》IEC 61034-2(GB/T 17651) 等。除了进行常规电缆认可时的项目外，船用光纤在产品认可时，还应该进行如下项目的试验：

1）干热试验：+55℃，储存：+70℃；

2）湿热试验：+40℃，相对湿度：93%±3%，经过3h±0.5h，且应在10h～16h的两个循环内维持这个状态；

3）低温试验： -20℃，储存：-30℃；

4）热冲击试验：45K入水，试件应在+70℃±3℃的大气条件下保持1h，然后沉没在+25℃±3℃的水中，水没过试件表面的深度应该在100mm±5mm，保持1h；

5）向平面自由落体试验：从1m的高度自由降落6次，向硬质的实木表面自由下落。实木的厚度应不小于150mm，其质量应在30kg或以上；

6）向水中自由落体试验：从20m高度自由降落到水中3次；

7）振动试验：在3个方向上，处于30Hz，振动试验2h；

8）淋雨试验：距离试样3m，用12.5mm喷嘴以100L/min的流量喷淋；

9）浸水试验：600kPa压力下，浸水12h；

10）光辐射试验：光强1120W/m2， 80h；

11）浸油试验：ISO NO.1油，温度为19℃，时间为24h。也可以使用ASTM(美国材料协会) OIL NO.1油。如果是船用耐火光纤，还应进行船级社认可的标准耐火试验。具体到船用光纤认可时，各船级社可能会根据各自的实际情况，提出不同的试验项目。

在现场敷设船用光纤时，应特别注意光纤通过防火分隔的要求，在没有防火要求的电路中应采用普通阻燃型的船用光纤，而像火灾报警、通用报警以及穿过有较大失火危险区域时的船用光纤，需要采用专门的船用耐火光纤，当然这种光纤也需要持有船级社认可的产品证书。

进入21世纪以来，智能化、信息化的浪潮“席卷”了全球。“大数据”、“互联网+”等新概念层出不穷。从某种意义上来讲，全球信息化的发展是建立在光纤通信的不断发展以及不断普及的基础之上的。船舶和海洋装备工作历来是高技术、高附加值的行业。相信船舶与海洋装备工作的信息化也是大势所趋。要实现船舶和海洋装备工作的信息化，光纤通信在船舶和海洋装备上的广泛应用也是大势所趋。由于光纤在民用商船上的应用非常有限，导致了国际各大船级社在这方面的研究比较少。目前，各大船舶检验机构主要是按照国际电工委员会（IEC）中关于电缆的认可标准来进行认可，如：IEC 60332-3-22 、 IEC 60332-3-24 、IEC 60754-1/2 、 IEC 60794-1-1和IEC 61034-2 等标准。对于光纤光缆产品尚无检验标准或者相关的检验指南。因此，各船级社应加快推进相关工作，以适应船舶行业不断发展的新技术要求。