CN102195711A - 具有可移置光学路径的串行光学数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种串行光学数据传输系统。该串行光学数据传输系统包括可移置光学路径，该光学路径被布置成与被配置成容纳第一监视和/或控制模块的槽相邻。当从槽移除第一监视和/或控制模块时，该光学路径朝着串行光学数据总线位置偏置，以便向或从至少一个第二监视和/或控制模块传输光学数据。此外，当第一监视和/或控制模块处于槽中时，该光学路径被移离串行光学数据总线位置。
Description
技术领域
本发明总体上涉及光学数据传输系统，比如用于向控制设备和/或受控设备分发光学信号的光学数据传输系统，本发明具体涉及用于这样的电气系统的可移置光学路径。
背景技术
比如在工业自动化应用中采用的电气系统包括由背板支撑的经封装的电气和电子部件。例如，工业控制器采用专用计算机和其它电子电路来控制工业过程和机器。工业控制器的部件/模块通常利用背板装配在提供模块之间的互连的支架内。某些系统采用串行光纤背板，所述串行光纤背板包括光纤网络来在这样的系统的电气部件和模块之间传递光学数据。
可能需要经常移除和插入系统的某些模块或部件。例如，可能需要移除故障模块并用另一个模块替换故障模块。某些系统在背板上采用诸如开关的有源部件来维持模块之间的连接，这增加了额外的成本，并且通常仅限于特定的应用。某些其它系统采用诸如设备级环(DLR)协议的环实施方式来维持模块之间的连接。然而，这样的实施方式仅对于一个从系统中丢失的模块而言可有助于连接。
因而，期望开发一种光学数据传输系统，其有助于在带电情况下插入和移除系统的部件。
发明内容
简而言之，根据本发明的一个实施例，提供了一种串行光学数据传输系统。所述串行光学数据传输系统包括可移置光学路径，所述光学路径被布置成与被配置成容纳第一监视和/或控制模块的槽相邻，当从所述槽移除所述第一监视和/或控制模块时，所述光学路径朝着串行光学数据总线位置偏置，以便向或从至少一个第二监视和/或控制模块传输光学数据，而当所述第一监视和/或控制模块处于所述槽中时，所述光学路径被移离所述串行光学数据总线位置。
根据另一方面，提供了一种串行光学数据传输系统。所述串行光学数据传输系统包括多个监视和/或控制模块，所述多个监视和/或控制模块被配置成执行用于机器系统的监视和/或控制功能。所述串行光学数据传输系统还包括被布置成与所述多个监视和/或控制模块相邻的串行光学背板。所述串行光学背板包括布置在所述串行光学背板上的多个可移置光学路径，其中，所述多个可移置光学路径中的每一个被配置成当一个或多个监视和/或控制模块被移除时朝着串行光学数据总线位置偏置，并且被配置成维持所述串行光学数据传输系统的其它监视和/或控制模块之间的光学数据传输。
根据又一方面，提供了一种支撑多个监视和/或控制模块的串行光学背板。所述背板包括多个可移置光学路径，每个光学路径被配置成通过当从所述背板移除一个或多个监视和/或控制模块时朝着串行光学数据总线位置偏置来维持所述监视和/或控制模块之间的光学数据传输。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，将变得更容易理解本发明的这些和其它特征、方面和优点；在所有附图中，同样的附图标记表示同样的部分，其中：
图1图示了根据本发明的多方面的串行光学数据传输系统；
图2图示了图1的串行光学数据传输系统的监视和/或控制模块的一个示例配置；
图3图示了图1的串行光学数据传输系统的可移置光学路径的一个示例配置；
图4图示了图3的可移置光学路径的底座的另一个示例配置；以及
图5图示了在模块的槽内有和没有监视和/或控制模块的可移置光学路径的横截面图。
具体实施方式
如下面详细所述，本技术的实施例用于提供一种串行光学数据传输系统。具体地说，本技术提供了这样的可移置光学路径：其有助于从串行光学数据传输系统移除和/或向串行光学数据传输系统插入诸如监视和/或控制模块的模块。
在说明书中对“一个(one)实施例”、“一个(an)实施例”、“示例实施例”的引用表明所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可能不必定包括该特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必定引用同一个实施例。此外，当结合一个实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合无论是否被明确描述的其它实施例实现该特征、结构或特性是在本领域技术人员的认识范围内的。
现在转到附图并首先参考图1，其图示了串行光学数据传输系统10。串行光学数据传输系统10包括比如分别由附图标记12、14、16和18表示的多个监视和/或控制模块。所述多个监视和/或控制模块12、14、16和18可以容纳在系统10的支架内。该支架可以由诸如厚钣金和强化塑料等的任何适当材料制成。
而且，系统10包括串行光学背板20，串行光学背板20被布置成与所述多个监视和/或控制模块12、14、16和18相邻。串行光学背板20可以被布置在支架后部，并且担当模块12、14、16和18和其它部件在支架内的安置结构。在此使用的术语“背板”包括用于支撑系统的独立模块、互连模块或分布式互连模块的安置结构。
串行光学背板20包括布置在背板20上的、比如由附图标记22、24、26和28表示的多个可移置光学路径。光学路径22、24、26和28中的每一个包括多于一个的光学信号传输导体。在一个示例实施例中，光学路径22、24、26和28中的每一个包括两个光学信号传输导体。在图示实施例中，光学路径22、24、26和28的光学信号传输导体分别由附图标记30、32、34和36表示。
应当注意，可以基于期望的模块配置来选择光学信号传输导体的数目。在图示实施例中，光学信号传输导体为模块12、14、16和18之间的光学数据传输提供了串行通道路径。该数据传输可以通过在系统10的仅两个模块之间连通的通道，或者通过在系统10的多个模块之间连通的共享通道。应当注意，虽然本实施方式描述了模块12、14、16和18之间的串行连接，但是使用可移置光学路径提供并行和/或串行连接的其它配置也在本发明的范围之内。
系统10还包括电源总线40，电源总线40被配置成从电源42向所述多个模块12、14、16和18中的每一个供电。在图示实施例中，可移置光学路径22、24、26和28中的每一个被配置成当一个或多个监视和/或控制模块12、14、16和18被移除时朝着串行光学数据总线位置偏置。有利的是，这样的光学路径22、24、26和28维持系统10的其它监视和/或控制模块之间的光学数据传输。
在图示实施例中，系统10包括支撑监视和/或控制模块12、14、16和18的一个光学背板20。本领域的技术人员应理解，系统10可以包括串联连接并且布置成与所述多个监视和/或控制模块12、14、16和18相邻的多个光学背板。而且，所述多个光学背板中的每一个可以包括如上所述的可移置光学路径。
在此实施例中，光学路径22、24、26和28中的每一个借助比如分别由附图标记44、46、48和50表示的弹簧朝着串行光学数据总线位置偏置。然而，也可以采用其它偏置机构。在某些实施例中，系统10可以包括感测和处理电路，感测和处理电路用于测量处于移置位置的光学路径22、24、26和28中的每一个的对准。此外，感测和处理电路可以确定系统10的相耦合的监视和/或控制模块之间的传输损耗。可以将对准和传输损耗与预定阈值作比较以确定连接的质量，并且如果需要，可以调整光学路径和/或模块的位置。在某些其它实施例中，进行电气调整以补偿损耗。这些调整可以是其中的遥控监视和管理系统的结果。
在一个实施例中，监视和/或控制模块12、14、16和18经由网络54耦合到用于机器和/或过程的遥控和/或监视系统52。此外，监视和/或控制模块12、14、16和18可以耦合到受监视/受控机器系统56。监视和/或控制模块12、14、16和18中的每一个在相应模块内包括用于向另一个模块发送光学数据和/或从另一个模块接收光学数据的电路(未在该图中单独示出)。这样的光学数据可以用来监视和/或控制机器系统56的诸如传动器58和传感器60的部件的工作。
在某些实施例中，系统10可以包括有助于系统10的特定模块之间的连接的机械键控机构。机械键控机构可以从系统10的用户接收这样的输入。有利的是，这样的机构防止非期望的模块耦合到系统10。
在一个示例实施例中，所述多个光学路径中的每一个比如光学路径28被布置成与被配置成容纳监视和/或控制模块18的槽相邻。在工作中，当从相应的槽移除模块18时，光学路径28朝着串行光学总线位置62偏置，以便向或从至少一个其它监视和/或控制模块如模块16传输光学数据。在一个可替选实施例中，当监视和/或控制模块18处于相应的槽中时，光学路径28被移离串行光学总线位置62。下面将参考图3描述光学路径28的一个示例配置。
图2图示了图1的串行光学数据传输系统10的诸如12的监视和/或控制模块的示例配置80。如图所示，模块80包括比如分别由附图标记82和84表示的光学信号传输导体，所述光学信号传输导体用于向另一个监视和/或控制模块发送光学数据和/或从另一个监视和/或控制模块接收光学数据。此外，模块80包括接收和发送电路86，接收和发送电路86被配置成接收光学数据并向光学数据传输系统10的至少一个其它监视和/或控制模块如模块14转发光学数据。
在图示实施例中，模块80还包括模块光学旁路开关88，模块光学旁路开关88具有第一状态，其中开关88向或从至少一个其它监视和/或控制模块传递光学数据。此外，开关88工作于第二状态，其中该开关向模块80内的其它电路传递光学数据。在某些实施例中，开关88包括微电子机械系统(MEMS)开关元件。其它开关器件可以包括液晶、电光器件等。
在此实施例中，该模块包括处理/存储器电路90，处理/存储器电路90耦合到接收和发送电路86并且被配置成基于光学数据执行用于机器系统的监视和/或控制功能。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以设想大量这样的模块，它们具有用于进行各种计算、执行监视和/或控制功能、与远程装置(例如，远程计算机)通信、接收和处理输入信号、提供输出信号等等的各种处理、存储器和支持电路。
应当注意，本发明不限于用于执行本发明的处理任务的任何特定处理电路。在此使用的术语“处理电路”意在表示能够执行为了执行本发明的任务所必需的计算的任何机器。术语“处理电路”意在表示能够接受结构化输入并且能够根据规定的规则处理该输入以产生输出的任何机器。
例如，处理电路可以被配置成处理从不同的监视和/或控制模块接收到的光学数据并且产生用于控制机器系统56的工作的控制信号。在典型的工业设置中，例如，这样的电路的功能可以包括从电动机或其它受控设备接收输入或反馈信号、处理和/或报告该设备的状态、并输出用于控制该设备的信号。
还应当注意，在此使用的短语“被配置成”意味着处理电路配备有用于执行本发明的任务的硬件和软件的组合，这应为本领域的技术人员所理解。
存储器电路可以包括但不限于硬盘驱动器、光学驱动器、磁带驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、独立磁盘的冗余阵列(RAID)、闪速存储器、磁光存储器、全息存储器、磁泡存储器、磁鼓、存储棒、
带、智能盘、薄膜存储器和压缩驱动器等等。
图3图示了图1的串行光学数据传输系统10的可移置光学路径的示例配置100。在图示实施例中，光学路径100由底座102支撑，并且被布置成与被配置成容纳监视和/或控制模块12(见图1)的槽104相邻。在图示实施例中，光学路径100的宽度与槽104的宽度基本上相同。然而，也可以设想其中光学路径100的宽度与槽104的宽度不同的其它配置。例如，槽和/或路径可以与安装在系统中的模块具有相同的宽度，或者可以提供更窄的槽和路径。
在图示实施例中，光学路径100包括布置在壳110内的光学信号传输导体106和108。光学信号传输导体106和108可以包括但不限于塑料、玻璃或它们的组合。然而，也可以设想适合于光学传输的其它材料。光学信号传输导体106和108可以包括单向或双向导体。
底座102包括比如由附图标记112、114、116和118表示的光导。在图示实施例中，光学信号传输导体106和108分别耦合到光波导112、114和116、118以便传输光学数据，而光学路径100被布置在槽104内。光学路径100还包括偏置机构，比如弹簧120，用于当从槽104移除监视和/或控制模块时使光学路径100朝着串行光学数据总线位置偏置。
如上所述，底座102有助于约束光学路径100的光学信号传输导体106和108，并且支撑用于使光学路径100偏置的弹簧120。在某些实施例中，光学信号传输导体106和108中的每一个包括布置在主体或包层内的多于一个的导体。在一个示例实施例中，光学信号传输导体106和108中的每一个包括布置在包层内的多个导体。在某些实施例中，光学信号传输导体106和108中的每一个包括微透镜，该微透镜耦合到相应光学信号传输导体106和108的每一端以减少光学传输损耗。
图4图示了图3的可移置光学路径100的底座102的另一个示例配置130。如图所示，配置130包括底座102，底座102被配置成向诸如光导112、114、116和118的光纤背板元件提供支撑。在此示例实施例中，底座102进一步包括布置在比如由附图标记134表示的侧壁上的通道132，通道132提供用于光学路径100的凹进区域。另外，底座102还包括布置在诸如138的上表面上的通道136，通道136被配置成在槽104内引导监视和/或控制模块140。
在图示实施例中，监视和/或控制模块140包括比如由附图标记142表示的多个楔，所述楔有助于光学路径100的偏转而不对光学路径100的部件有任何损坏。在某些实施例中，楔142有助于光学路径100的光学信号传输导体106和108的机械对准。在某些其它实施例中，配置130可以包括被配置成提供用于光学信号的光路的光管。
图5图示了在图3的槽104内有和没有监视和/或控制模块152的可移置光学路径100的横截面图150。配置154对应于在光学路径100被布置在槽104中的情况下的槽104。在此实施例中，偏置弹簧120被布置在第一位置156以维持光学数据经由光学路径100的传输。
而且，配置158对应于在光学路径100被监视和/或控制模块152移置的情况下的槽104。可以看出，一旦监视和/或控制模块152被插入在槽104内，模块152就将光学路径100移置一距离160，并且偏置弹簧120被移动到第二位置162。有利的是，光学路径100通过维持相邻模块之间通过光学路径100的光学耦合，有助于在带电情况下插入和移除系统10(见图1)中的模块。
在某些实施例中，光学路径100可以是铰接式的，或者在槽104的第一端上是可弹性弯曲的，并且可以包括弹簧，当模块152不布置在槽104内时，该弹簧有助于使光学路径100返回到其原始位置。在此示例配置中，当模块152不布置在槽104内时，光学路径100引导光通过槽104。
如上所述的结构的各方面可以用于高速串行光纤背板，比如通常在用在工业自动化应用中的监视和控制系统中见到的高速串行光纤背板。如上所述，该技术利用了有助于插入和移除来自这样的系统的监视和/或控制模块的可移置光学路径。光学路径通过当一个或多个监视和/或控制模块被移除时朝着串行光学数据总线位置偏置来维持光学数据的传输。甚至当包括多个连续模块的多个模块从系统中丢失时，如上所述的光学路径也有助于光学数据的传输。
有利的是，如上所述的技术提供了一种高速串行背板，该高速串行背板具有相当大的抗噪声性并且允许在带电情况下的移除和插入，以在诸如基于以太网的串行背板通信的应用中使用。如上所述的技术在降低制造成本和大幅度减少热耗散的同时有助于形成可靠性和鲁棒性高的连接。
虽然在此仅图示和描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员会想到许多修改和变化。因此，应理解，所附权利要求意在涵盖落入本发明的本质精神内的所有这样的修改和变化。
概念
本发明提供了如下概念：
1.一种串行光学数据传输系统，包括：
可移置光学路径，所述光学路径被布置成与被配置成容纳第一监视和/或控制模块的槽相邻，当从所述槽移除所述第一监视和/或控制模块时，所述光学路径朝着串行光学数据总线位置偏置，以便向或从至少一个第二监视和/或控制模块传输光学数据，而当所述第一监视和/或控制模块处于所述槽中时，所述光学路径被移离所述串行光学数据总线位置。
2.根据概念1所述的系统，其中，所述光学路径包括多于一个的光学信号传输导体。
3.根据概念1所述的系统，其中，使用机械预负荷使所述光学路径朝着串行光学数据总线位置偏置。
4.根据概念3所述的系统，其中，通过弹簧使所述光学路径朝着所述串行光学数据总线位置偏置。
5.根据概念1所述的系统，包括在至少所述第一监视和/或控制模块内的电路，所述电路用于当所述第一监视和/或控制模块处于所述槽中时从所述第二监视和/或控制模块接收光学数据和/或向所述第二监视和/或控制模块发送光学数据。
6.根据概念5所述的系统，其中，所述电路包括至少一个光学信号传输导体，所述光学信号传输导体用于从所述第二监视和/或控制模块的光学发送和接收部件接收光学数据和/或向所述第二监视和/或控制模块的光学发送和接收部件发送光学数据。
7.根据概念5所述的系统，其中，所述电路包括开关，所述开关具有：第一状态，其中所述开关向或从至少一个其它监视和/或控制模块传递所述光学数据；以及第二状态，其中所述开关向在所述第一监视和/或控制模块内的其它电路传递所述光学数据。
8.根据概念7所述的系统，其中，所述其它电路包括在所述第一监视和/或控制模块内的接收和发送电路，所述接收和发送电路被配置成接收所述光学数据并向至少一个其它监视和/或控制模块转发所述光学数据。
9.根据概念8所述的系统，包括在所述第一监视和/或控制模块内的处理电路，所述处理电路耦合到所述接收和发送电路，并且被配置成基于所述光学数据执行用于机器系统的监视和/或控制功能。
10.一种串行光学数据传输系统，包括：
多个监视和/或控制模块，所述多个监视和/或控制模块被配置成执行用于机器系统的监视和/或控制功能；
串行光学背板，所述串行光学背板被布置成与所述多个监视和/或控制模块相邻，所述串行光学背板包括布置在所述串行光学背板上的多个可移置光学路径，其中，所述多个可移置光学路径中的每一个被配置成当一个或多个监视和/或控制模块被移除时朝着串行光学数据总线位置偏置，并且被配置成维持所述串行光学数据传输系统的其它监视和/或控制模块之间的光学数据传输。
11.根据概念10所述的系统，其中，所述多个可移置光学路径中的每一个被布置成与被配置成容纳监视和/或控制模块的槽相邻，当从相应的槽移除所述监视和/或控制模块时，所述光学路径朝着所述串行光学数据总线位置偏置，以便向或从至少一个其它监视和/或控制模块传输光学数据，而当所述监视和/或控制模块处于所述相应的槽中时，相应的光学路径被移离所述串行光学数据总线位置。
12.根据概念11所述的系统，包括在至少所述监视和/或控制模块内的电路，所述电路用于当所述监视和/或控制模块处于所述槽中时从所述其它监视和/或控制模块接收光学数据和/或向所述其它监视和/或控制模块发送光学数据。
13.根据概念12所述的系统，其中，所述电路包括至少一个单向或双向光学信号传输导体，所述至少一个单向或双向光学信号传输导体被布置在壳内，并且被配置成从所述第二监视和/或控制模块的光学发送和接收部件接收光学数据和/或向所述第二监视和/或控制模块的光学发送和接收部件发送光学数据。
14.一种支撑多个监视和/或控制模块的串行光学背板，所述背板包括多个可移置光学路径，每个光学路径被配置成通过当从所述背板移除一个或多个监视和/或控制模块时朝着串行光学数据总线位置偏置来维持所述监视和/或控制模块之间的光学数据传输。
15.根据概念14所述的串行光学背板，其中，所述可移置光学路径包括多于一个的光学信号传输导体。
16.根据概念15所述的串行光学背板，其中，每个光学信号传输导体包括在所述光学信号传输导体的包层内的至少一个光导体。
17.根据概念15所述的串行光学背板，其中，每个光学信号传输导体包括微透镜，所述微透镜耦合到所述光学信号传输导体的每一端。
18.根据概念14所述的串行光学背板，其中，所述多个可移置光学路径中的每一个被布置成与被配置成容纳第一或第二监视和/或控制模块的槽相邻，当从所述槽移除所述第一监视和/或控制模块时，弹簧使所述光学路径朝着所述串行光学数据总线位置偏置，以便向或从至少一个第二监视和/或控制模块传输光学数据。
19.根据概念18所述的串行光学背板，其中，所述可移置光学路径铰接于所述槽的第一端，并且其中，当从所述槽移除所述第一监视和/或控制模块时，所述弹簧有助于使所述光学路径返回到其原始位置。
20.根据概念18所述的串行光学背板，其中，所述多个可移置光学路径中的每一个由底座支撑，并且其中，所述底座包括：
第一组通道，所述第一组通道被布置在所述底座的侧壁上，所述第一组通道被配置成提供用于所述光学路径的凹进区域；以及
第二组通道，所述第二组通道被布置在所述底座的上表面上，所述第二组通道被配置成在所述槽内引导所述第一监视和/或控制模块。
Claims (10)
1.一种串行光学数据传输系统，包括：
可移置光学路径，所述光学路径被布置成与被配置成容纳第一监视和/或控制模块的槽相邻，当从所述槽移除所述第一监视和/或控制模块时，所述光学路径朝着串行光学数据总线位置偏置，以便向或从至少一个第二监视和/或控制模块传输光学数据，而当所述第一监视和/或控制模块处于所述槽中时，所述光学路径被移离所述串行光学数据总线位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学路径包括多于一个的光学信号传输导体。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，使用机械预负荷使所述光学路径朝着串行光学数据总线位置偏置。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，通过弹簧使所述光学路径朝着所述串行光学数据总线位置偏置。
5.根据权利要求1所述的系统，包括在至少所述第一监视和/或控制模块内的电路，所述电路用于当所述第一监视和/或控制模块处于所述槽中时从所述第二监视和/或控制模块接收光学数据和/或向所述第二监视和/或控制模块发送光学数据。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述电路包括至少一个光学信号传输导体，所述光学信号传输导体用于从所述第二监视和/或控制模块的光学发送和接收部件接收光学数据和/或向所述第二监视和/或控制模块的光学发送和接收部件发送光学数据。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述电路包括开关，所述开关具有：第一状态，其中所述开关向或从至少一个其它监视和/或控制模块传递所述光学数据；以及第二状态，其中所述开关向在所述第一监视和/或控制模块内的其它电路传递所述光学数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述其它电路包括在所述第一监视和/或控制模块内的接收和发送电路，所述接收和发送电路被配置成接收所述光学数据并向至少一个其它监视和/或控制模块转发所述光学数据。
9.根据权利要求8所述的系统，包括在所述第一监视和/或控制模块内的处理电路，所述处理电路耦合到所述接收和发送电路，并且被配置成基于所述光学数据执行用于机器系统的监视和/或控制功能。
10.一种支撑多个监视和/或控制模块的串行光学背板，所述背板包括多个可移置光学路径，每个光学路径被配置成通过当从所述背板移除一个或多个监视和/或控制模块时朝着串行光学数据总线位置偏置来维持所述监视和/或控制模块之间的光学数据传输。
Applications Claiming Priority (2)
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