CN104538831B - 一种分布式反馈激光器温度补偿装置 - Google Patents

一种分布式反馈激光器温度补偿装置 Download PDF

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苗守功
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Abstract

本发明实施例公开了一种分布式反馈激光器温度补偿装置，包括分布式反馈激光器模块、恒流源模块、信号放大模块及处理器模块；其中，所述分布式反馈激光器模块发射光信号，并根据不同环境温度造成的不同反馈光信号，将发射光信号的反馈信号转化为电流信号发送至所述信号放大模块的输入端；所述信号放大模块通过对所述电流信号进行放大处理后转化为模拟电压信号发送至所述处理器模块；所述处理器模块对所述模拟电压信号进行处理并发送至所述恒流源模块；所述恒流源模块根据所述调整信号，发送控制信号至所述分布式反馈激光器模块。能够有效的对激光发射和接收的信号进行补偿，以保证激光器和光电管在不同的温度输出和接收能基本保持稳定。

Description

一种分布式反馈激光器温度补偿装置
技术领域
本发明涉及光纤周界报警领域，具体的说，涉及一种分布式反馈激光器温度补偿装置。
背景技术
光纤周界报警系统用于通过光纤对物体运动、压力和振动的快速感应进行行为检测。由于光纤具有特殊核心层以及特殊保护层，因此在使用过程中能够保证不受外界气候以及恶劣环境影响。并且，由于分布式反馈激光器具有非常高的共模抑制比，因此，分布式反馈激光器常作为光纤周界报警系统通信器件。
但对于分布式反馈激光器的使用也存在一定程度的局限。分布式反馈激光器在温度变化输出会产生波动，并且系统中光电二极管也会随温度产生波动，进而对信号的采集和输出造成影响。
发明内容
为解决现有技术中，分布式反馈激光器在温度变化输出会产生波动，并且系统中光电二极管也会随温度产生波动的问题，本发明提供一种分布式反馈激光器温度补偿装置，该装置能够对温度波动对激光发射和接收的影响进行补偿，以保证激光器和光电管在不同的温度输出和接收能基本保持稳定，从而提高了光纤周界报警系统工作的稳定性。
一种分布式反馈激光器温度补偿装置，包括分布式反馈激光器模块、恒流源模块、信号放大模块及处理器模块；
其中，所述分布式反馈激光器模块发射光信号，根据不同环境温度产生不同反馈信号，并将反馈信号转化为电流信号发送至所述信号放大模块的输入端；
所述信号放大模块通过对所述电流信号进行放大处理后转化为模拟电压信 号发送至所述处理器模块；
所述处理器模块对所述模拟电压信号进行数字化处理并阈值判断，将阈值范围之外信号发送调整信号至所述恒流源模块；
所述恒流源模块根据所述调整信号，通过电压跟随的做作用发送控制信号至所述分布式反馈激光器模块。
进一步的，所述分布式反馈激光器模块包括：光源及光电管单元。
进一步的，所述恒流源模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一电容、第二电容，第一运放器、第二运放器，第一二极管，第一接口，第一级联三极管；
其中，所述第一电阻的一端与所述处理器单元的输出端相连，所述第一运放器同相输入端以及所述第一电容的一端相连；所述第一电容的另一端接地；
所述第一运放器的正向供电输入端与第一直流电源相连，所述第一运放器的负向供电输入端与数字信号地相连；所述第一运放器的反向输入端与所述第一运放器的输出端以及所述第二电阻的一端相连；
所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端以及所述第二运放器的同相输入端相连；所述第二电容的另一端接地；
所述第二运放器的反向输入端与所述第三电阻的一端以及所述第一级联三极管的发射极相连，所述第二运放器正向供电输入端与第二直流电源相连，所述第二运放器的负向供电输入端与数字信号地相连；所述第二运放器的输出端与所述第四电阻的一端相连；
所述第三电阻的另一端与数字信号地相连；
所述第四电阻的另一端与所述第一二极管正极相连，所述第一二极管的负极与所述第一级联三极管的基极相连；所述第一级联三极管的集电极与所述第 一接口的第二端相连，所述第一级联三级管的发射极与所述第三电阻的一端相连；
所述第一接口的第一端与所述第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端与直流供电输入端相连。
进一步的，所述信号放大模块包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻，第二二极管，第三电容，第三运放器，第四运放器以及所述第一接口；
其中，所述第一接口的第三端与数字信号地相连，所述第一接口的第四输入端与所述第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端所述第七电阻的一端以及所述第三运放器的反向输入端相连，所述第七电阻的另一端与所述第三运放器的输出端、第二二极管正极以及所述第八电阻的一端相连；
所述第三运放器的正向供电输入端与第三直流电源相连，所述第三运放器的负向供电输入端与第四直流电源相连；
所述第二二极管负极与第五直流电源相连；
所述第八电阻的另一端与所述第三电容的一端以及所述第四运放器的同相输入端相连；所述第三电容的另一端接模拟信号地；
所述第四运放器的反向输入端与所述第九电阻的一端以及所述第十电阻的另一端相连，所述第四运放器的正向供电与第六直流电源相连，所述第四运放器的负向供电与模拟信号地连接，所述第四运放器的输出端与所述第十电阻的一端以及所述第十一电阻的一端相连；
所述第九电阻的另一端与模拟信号地相连；
所述第十一电阻的另一端与所述处理器单元输入端相连相连。
进一步的，所述第一运放器为LM258,所述第二运放器为TLV2211，所述第 一级联三极管为2N6039。
进一步的，所述第三运放器为CA3140，所述第四运放器为LM258。
进一步的，所述第一运放器正向供电输入端与第一直流电源相连，所述第一直流电源为正向电压5V,所述第二运放器正向输入端与第二直流电源相连，所述第二直流电源为正向电压5V；所述第三运放器的正向供电输入端与第三直流电源相连，所述第三直流电源为正向电压5V；所述第三运放器的负向供电输入端与第四直流电源相连，所述第四直流电源为负向5V；所述第二二极管负极与第五直流电源相连，
所述第五直流电源为正向3.3V；所述第四运放器的正向供电与第六直流电源相连，所述第六直流电源为正向3.3V；
其中，所述第一直流电源、第二直流电源为数字电路电源；第三直流电源、第四直流电源、第五直流电源、第六直流电源为模拟电路电源。
进一步的，所述恒流源模块通过第一接口的第一端及第二端与所述分布式反馈激光器模块信号输入端相连；所述信号放大单元通过第一接口的第三端及第四端与所述光电管单元相连。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种分布式反馈激光器温度补偿装置结构示意图。
图2是本发明实施例提供的分布式反馈激光器温度补偿装置中恒流源模块原理图。
图3是本发明实施例提供的分布式反馈激光器温度补偿装置中信号放大模块原理图。
图4是本发明实施例中提供的分布式反馈激光器温度补偿装置工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种分布式反馈激光器温度补偿装置结构示意图。该装置包括：分布式反馈激光器模块110、信号放大模块120、处理器模块130及恒流源模块140；
其中，所述分布式反馈激光器模块110发射光信号，并根据不同环境温度造成的不同反馈光信号，将发射光信号的反馈信号转化为电流信号发送至所述信号放大模块120的输入端；
所述信号放大模块120通过对所述电流信号进行放大处理后转化为模拟电压信号发送至所述处理器模块130；
所述处理器模块130对所述模拟电压信号进行数字化处理并阈值判断，进而发送调整信号至所述恒流源模块140；
所述恒流源模140块根据所述调整信号，发送控制信号至所述分布式反馈激光器模块110。
其中，所述分布式反馈激光器模块110包括所述光源111以及所述光电管单元112；所述光源111通过对外界环境发射探测光线进而探测外界环境情况；所述光电管单元112采集所述探测光线经外界环境反射后的反射光线，并将所述反射光线的光信号转化为电流信号。进而所述光电管单元112将所述电流信号发送至所述信号放大模块120。值得注意的是，根据外界环境不同及温度的影 响，所述反射光线会有所不同。
所述电流信号通过所述信号放大模块120中第一接口的第四端进入所述信号放大模块120；所述电流信号首先经过转化形成相应电压信号，所述电压信号经过过压保护及滤波环节，进行信号放大并输出至所述处理器模块130。
所述处理器模块130接收放大后的电压信号，通过模数转换将其转化成为对应数字信号并进行判断。若此时数字信号值超过既定的阈值范围，则所述处理器模块将对其进行调整并转化为模拟控制信号，并将该模拟控制信号发送至所述恒流源模块140。
所述恒流源模块140接收所述模拟控制号，经过电压跟随器调整转化为电流信号，通过滤波及电流放大器件的作用，将放大后的电流信号发送至所述分布式反馈激光器模块110。
所述分布式反馈激光器模块110根据所述放大后的电流信号进而调整所述光源111以适应外界环境及温度。
实施例二
图2是本发明实施例提供的分布式反馈激光器温度补偿装置中恒流源模块原理图。其中，所述恒流源模块140包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，第一电容C1、第二电容C2，第一运放器A1、第二运放器A2，第一二极管D1，第一接口H1，第一级联三极管Q1；
其中，所述第一电阻R1的一端与所述处理器模块130的输出端相连，所述第一运放器A1同相输入端以及所述第一电容C1的一端相连；所述第一电容C1的另一端接地；
所述第一运放器A1的正向供电输入端与第一直流电源相连，所述第一运放器A1的负向供电输入端与数字信号地相连；所述第一运放器A1的反向输入端 与所述第一运放器A1的输出端以及所述第二电阻R2的一端相连；
所述第二电阻R2的另一端与所述第二电容C2的一端以及所述第二运放器A2的同相输入端相连；所述第二电容C2的另一端接地；
所述第二运放器A2的反向输入端与所述第三电阻R3的一端以及所述第一级联三极管Q1的发射极相连，所述第二运放器A2正向供电输入端与第二直流电源相连，所述第二运放器A2的负向供电输入端与数字信号地相连；所述第二运放器A2的输出端与所述第四电阻R4的一端相连；
所述第三电阻R3的另一端与数字信号地相连；
所述第四电阻R4的另一端与所述第一二极管D1正极相连，所述第一二极管D1的负极与所述第一级联三极管Q1的基极相连；所述第一级联三极管Q2的集电极与所述第一接口H1的第二端相连，所述第一级联三级管Q1的发射极与所述第三电阻R3的一端相连；
所述第一接口H1的第一端与所述第五电阻R5的一端相连，所述第五电阻R5的另一端与直流供电输入端相连。
其中，所述恒流源模块140接收所述模拟控制号，经过第一电阻R1以及第一电容C1组成的RC滤波器进行滤波，其中R1为2.2K欧姆，C1为2.2u法；
滤波后经过所述第一运放器A1组成的电压跟随器降低阻抗，转化为相应电流信号；其中所述第一运放器A1为LM258；
所述电流信号经过第二电阻R2以及第二电容C2组成的RC滤波器进行滤波，其中R2为2.2K欧姆，C2为2.2u法；
滤波后的电流信号经过所述第二运放器A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1以及第一级联三极管1组成的反馈放大电路对所述电流信号进行放大；其中，所述第二运放器A2为TLV2211，第三电阻R3为10欧姆、第四电阻 为1K欧姆、第一级联三极管为2N6039。
放大后的电流信号通过第一接口H1的第二端接入所述分布式反馈激光器模块110进行控制。所述第一接口H1的第一端通过所述第五电阻R5进行上拉保护后接入直流5V电源。
图3是本发明实施例提供的分布式反馈激光器温度补偿装置中信号放大模块原理图。其中所述信号放大模块120包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11，第二二极管D2，第三电容C3，第三运放器A3，第四运放器A4以及所述第一接口H1；
其中，所述第一接口H1的第三端与数字信号地相连，所述第一接口的第四输入端与所述第六电阻R6的一端相连，所述第六电阻R6的另一端所述第七电阻R7的一端以及所述第三运放器A3的反向输入端相连，所述第七电阻R7的另一端与所述第三运放器A3的输出端、第二二极管D2正极以及所述第八电阻R8的一端相连；
所述第三运放器A3的正向供电输入端与第三直流电源相连，所述第三运放器A3的负向供电输入端与第四直流电源相连；
所述第二二极D2管负极与第五直流电源相连；
所述第八电阻R8的另一端与所述第三电容C3的一端以及所述第四运放器A4的同相输入端相连；所述第三电容C3的另一端接模拟信号地；
所述第四运放器A4的反向输入端与所述第九电阻R9的一端以及所述第十电阻R10的另一端相连，所述第四运放器A4的正向供电与第六直流电源相连，所述第四运放器A4的负向供电与模拟信号地连接，所述第四运放器A4的输出端与所述第十电阻R10的一端以及所述第十一电阻R11的一端相连；
所述第九电阻R9的另一端与模拟信号地相连；
所述第十一电阻R11的另一端与所述处理器模块103输入端相连。
其中，所述信号放大模块120接收来自所述光电管112的电流信号后，通过所述第六电阻R6、第七电阻R7以及所述第三运放器A3转化为相应电压信号；其中所述第六电阻R6为100K欧姆，第七电阻R7为10K欧姆，第三运放器A3为CA3140。
所述电压信号经过所述第二二极管D2进行过流保护，经过所述第八电阻R8以及所述第三电容C3进行RC滤波，其中所述第八电阻R8为1K欧姆，第三电容C3为100n法；
滤波后的电压信号经过所述第九电阻R9、第十电阻R10、第四运放器A4进行电压反馈放大；其中，所述第九电阻R9为100K欧姆、第十电阻R10为100K欧姆、第四运放器A4为LM258。
放大后的电压信号经过所述第十一电阻R11进行过流保护后，发送到所述处理器模块103进行信号处理。
实施例三
图4是本发明实施例中提供的分布式反馈激光器温度补偿装置工作流程图。
其具体步骤为：
201、所述分布式反馈激光器模块110中光源111向周围环境发射光信号；周围环境接收到光信号后会产生反射；
202、所述分布式反馈激光器模块110中光电管单元112接收周围环境反射反馈光信号，并将其转化为相应的电流信号，并输入到所述信号放大模块输入端120；
203、所述信号放大模块120接收所述电流信号，所述电流信号通过所述第六电阻R6、第七电阻R7以及所述第三运放器A3转化为相应电压信号；其中所 述第六电阻R6为100K欧姆，第七电阻R7为10K欧姆，第三运放器A3为CA3140。
所述电压信号经过所述第二二极管D2进行过流保护，经过所述第八电阻R8以及所述第三电容C3进行RC滤波，其中所述第八电阻R8为1K欧姆，第三电容C3为100n法；
滤波后的电压信号经过所述第九电阻R9、第十电阻R10、第四运放器A4进行电压反馈放大；其中，所述第九电阻R9为100K欧姆、第十电阻R10为100K欧姆、第四运放器A4为LM258。
放大后的电压信号经过所述第十一电阻R11进行过流保护后，发送到所述处理器模块103进行信号处理。
204、所述处理器模块103接收所述放大电压信号后，首先通过所述处理器内部模数转换模块进行模数转换，将其转化为对应数字电压信号；之后与所述处理器模块103内部既定的初始电压阈值进行比较；若所述数字电压信号超出内部既定阈值电压范围，则所述处理器模块103发出数字控制信号，并通过内部数模转换模块转化为控制模拟信号。
205、所述恒流源模块104接收所述控制模拟信号，经过第一电阻R1以及第一电容C1组成的RC滤波器进行滤波，其中R1为2.2K欧姆，C1为2.2u法；
滤波后经过所述第一运放器A1组成的电压跟随器降低阻抗，转化为相应电流信号；其中所述第一运放器A1为LM258；
所述电流信号经过第二电阻R2以及第二电容C2组成的RC滤波器进行滤波，其中R2为2.2K欧姆，C2为2.2u法；
滤波后的电流信号经过所述第二运放器A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1以及第一级联三极管1组成的反馈放大电路对所述电流信号进行放大；其中，所述第二运放器A2为TLV2211，第三电阻R3为10欧姆、第四电阻 为1K欧姆、第一级联三极管为2N6039。
206、放大后的电流信号通过第一接口H1的第二端接入所述分布式反馈激光器模块110进行控制。所述第一接口H1的第一端通过所述第五电阻R5进行上拉保护后接入直流5V电源。其中，所述分布式反馈激光器模块110根据放大后的电流信号调整所述光源111的输出。
本发明通过采用闭环控制处理的方式，在装置中加入所述恒流源模块以及所述信号放大模块，通过所述处理器模块的控制，有效的实现了对激光发射和接收的信号进行补偿，以保证激光器和光电管在不同的温度输出和接收能基本保持稳定。
上所述仅为本发明实施例的优选实施例，并不用于限制本发明实施例，对于本领域技术人员而言，本发明实施例可以有各种改动和变化。凡在本发明实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于：
包括分布式反馈激光器模块、恒流源模块、信号放大模块及处理器模块；
其中，所述分布式反馈激光器模块发射光信号，根据不同环境温度产生不同反馈信号，并将反馈信号转化为电流信号发送至所述信号放大模块的输入端；
所述信号放大模块通过对所述电流信号进行放大处理后转化为模拟电压信号发送至所述处理器模块；
所述处理器模块对所述模拟电压信号进行数字化处理并阈值判断，将阈值范围之外信号发送调整信号至所述恒流源模块；
所述恒流源模块根据所述调整信号，通过电压跟随的作用发送控制信号至所述分布式反馈激光器模块；所述恒流源模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻，第一电容、第二电容，第一运放器、第二运放器，第一二极管，第一接口，第一级联三极管；
其中，所述第一电阻的一端与所述处理器单元的输出端相连，所述第一运放器同相输入端以及所述第一电容的一端相连；所述第一电容的另一端接地；
所述第一运放器的正向供电输入端与第一直流电源相连，所述第一运放器的负向供电输入端与数字信号地相连；所述第一运放器的反向输入端与所述第一运放器的输出端以及所述第二电阻的一端相连；
所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端以及所述第二运放器的同相输入端相连；所述第二电容的另一端接地；
所述第二运放器的反向输入端与所述第三电阻的一端以及所述第一级联三极管的发射极相连，所述第二运放器正向供电输入端与第二直流电源相连，所述第二运放器的负向供电输入端与数字信号地相连；所述第二运放器的输出端与所述第四电阻的一端相连；
所述第三电阻的另一端与数字信号地相连；
所述第四电阻的另一端与所述第一二极管正极相连，所述第一二极管的负极与所述第一级联三极管的基极相连；所述第一级联三极管的集电极与所述第一接口的第二端相连，所述第一级联三级管的发射极与所述第三电阻的一端相连；
所述第一接口的第一端与所述第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端与直流供电输入端相连。
2.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于，所述分布式反馈激光器模块包括：光源及光电管单元。
3.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于，所述信号放大模块包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻，第二二极管，第三电容，第三运放器，第四运放器以及所述第一接口；
其中，所述第一接口的第三端与数字信号地相连，所述第一接口的第四输入端与所述第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端所述第七电阻的一端以及所述第三运放器的反向输入端相连，所述第七电阻的另一端与所述第三运放器的输出端、第二二极管正极以及所述第八电阻的一端相连；
所述第三运放器的正向供电输入端与第三直流电源相连，所述第三运放器的负向供电输入端与第四直流电源相连；
所述第二二极管负极与第五直流电源相连；
所述第八电阻的另一端与所述第三电容的一端以及所述第四运放器的同相输入端相连；所述第三电容的另一端接模拟信号地；
所述第四运放器的反向输入端与所述第九电阻的一端以及所述第十电阻的另一端相连，所述第四运放器的正向供电与第六直流电源相连，所述第四运放器的负向供电与模拟信号地连接，所述第四运放器的输出端与所述第十电阻的一端以及所述第十一电阻的一端相连；
所述第九电阻的另一端与模拟信号地相连；
所述第十一电阻的另一端与所述处理器单元输入端相连相连。
4.根据权利要求1所述的分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于，所述第一运放器为LM258,所述第二运放器为TLV2211，所述第一级联三极管为2N6039。
5.根据权利要求3所述的分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于，所述第三运放器为CA3140，所述第四运放器为LM258。
6.根据权利要求3所述的分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于，所述第一运放器正向供电输入端与第一直流电源相连，所述第一直流电源为正向电压5V,所述第二运放器正向输入端与第二直流电源相连，所述第二直流电源为正向电压5V；所述第三运放器的正向供电输入端与第三直流电源相连，所述第三直流电源为正向电压5V；所述第三运放器的负向供电输入端与第四直流电源相连，所述第四直流电源为负向5V；所述第二二极管负极与第五直流电源相连，
所述第五直流电源为正向3.3V；所述第四运放器的正向供电与第六直流电源相连，所述第六直流电源为正向3.3V；
其中，所述第一直流电源、第二直流电源为数字电路电源；第三直流电源、第四直流电源、第五直流电源、第六直流电源为模拟电路电源。
7.根据权利要求2所述的分布式反馈激光器温度补偿装置，其特征在于，所述恒流源模块通过第一接口的第一端及第二端与所述分布式反馈激光器模块信号输入端相连；所述信号放大模块通过第一接口的第三端及第四端与所述光电管单元相连。
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