CN106817173B - 基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，包括：光发射次模块，用于将电信号转换为光信号并发出；驱动模块，用于驱动所述光发射次模块；调节模块，用于调节驱动模块的输出功率。本发明提供的基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，采用TOSA管作为光电转换器，光谱更窄，更容易形成干涉条件，并且由于光功率低，无需使用TEC模块，还可以根据TOSA管背光信号对光功率进行控制，保证光强不随外界温度变化而改变。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地涉及一种基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块及电路。
背景技术
近年来，分布式光纤传感由于体小质轻，响应快、精度高、动态范围宽，具有抗电磁干扰、电绝缘和耐腐蚀性等优点，在许多领域得到了广泛的应用。目前光纤传感器已经可以探测到许多物理量，如温度、应力、位移、电流、加速度、电压等。分布式光纤振动传感器就是其中的一种，利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动敏感的特性，连续实时地监测光纤附近的振动，具有很好的应用前景，是目前传感器领域研究的热点。
针对光纤安防振动传感产品的光纤信号发射电路，现有技术均采用超辐射发光二极管(SLD管)作为光发射器件。但是，由于SLD管为宽光谱器件，用于光纤振动传感时需要比较大的发射功率才能形成有效的光干涉信号，并且当功率增大后，激光器需要配TEC模块进行温度控制，否则会影响激光器工作。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对由于SLD管为宽光谱器件，用于光纤振动传感时需要比较大的发射功率才能形成有效的光干涉信号，并且当功率增大后，激光器需要配TEC模块进行温度控制，进而影响激光器工作的问题，提供了一种基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，其中光发射次模块为Transmitter Optical Sub-Assembly(TOSA)，用以替代SLD管作为光电转换器将电信号转换为光信号并发出。
根据本发明的一个方面，本发明公开了一种基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，包括：光发射次模块，用于将电信号转换为光信号并发出；驱动模块，用于驱动所述光发射次模块；调节模块，用于调节驱动模块的输出功率。
可选地，所述光发射次模块包括激光器；所述驱动模块包括激光驱动器；所述激光驱动器设置于所述激光器前端，用于驱动激光器发出光信号。
可选地，所述驱动模块包括输出控制子模块，所述调节模块包括频率调节子模块；所述频率调节子模块用于调节所述输出控制子模块的开关频率以使所述驱动模块保持恒定输出功率。
可选地，所述频率调节子模块为双数字电位器。
可选地，所述驱动模块用于输出可调恒定电流驱动所述光发射次模块发出光信号。
根据本发明的另一个方面，本发明还公开了一种光纤信号发射电路，其特征在于，用于光纤安防振动传感产品，包括：控制模块、电连接于所述控制模块的如权1-5所述的基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块、耦合模块、设置于所述光耦合器后端的振动传感模块、设置于所述光耦合器前端并与控制模块电连接的采集模块以及设置于所述振动传感模块后端的法拉第旋转镜，其中：所述控制模块用于控制所述基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块包括的驱动模块和调节模块；所述耦合模块用于耦合所述光信号；所述采集模块用于采集光电信号并传送回控制模块进行处理。
可选地，所述控制模块发出控制信号用以控制所述输出控制子模块输出特定电阻值；所述控制模块发出模拟信号以控制所述驱动模块输出特定电信号；所述特定电信号用以驱动所述光发射次模块发出光信号。
可选地，所述控制模块为单片机。
可选地，所述光纤信号发射电路通过光纤连接。
可选地，所述采集模块为光接收次模块。
与现有技术相比，本发明提供的基于TOSA的光纤安防信号发射模块，包括以下优点：
一方面，可以解决由于SLD管为宽光谱器件，用于光纤振动传感时需要比较大的发射功率才能形成有效的光干涉信号，并且当功率增大后，激光器需要配TEC模块进行温度控制，进而影响激光器工作的问题；另一方面，采用TOSA管作为光电转换器，光谱更窄，更容易形成干涉条件，并且由于光功率低，无需使用TEC模块，还可以根据TOSA管背光信号对光功率进行控制，保证光强不随外界温度变化而改变。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一基于TOSA的光纤安防信号发射模块的方框图；
图2是本发明实施例二光纤信号发射电路的电路连接图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本申请公开了一种基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，包括：光发射次模块，用于将电信号转换为光信号并发出；驱动模块，用于驱动所述光发射次模块；调节模块，用于调节驱动模块的输出功率。本发明提供的基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，采用TOSA管作为光电转换器，光谱更窄，更容易形成干涉条件，并且由于光功率低，无需使用TEC模块，还可以根据TOSA管背光信号对光功率进行控制，保证光强不随外界温度变化而改变。
实施例一
本发明实施例提供了一种基于TOSA的光纤安防信号发射模块100。图1示出的是本发明实施例一基于TOSA的光纤安防信号发射模块的方框图，可以看出，其包括：光发射次模块110、驱动模块120以及调节模块130。
其中，光发射次模块用于作为光电转换器将电信号转换为光信号并发出；驱动模块用于驱动所述光发射次模块。
可选地，光发射次模块可以包括激光器，驱动模块包括激光驱动器，那么激光驱动器用于光发射次模块前端，实现对激光器的偏置和调制，具体地，将高速的电压信号转换为高速的电流信号以调制激光器，使激光器产生高速的光信号并发出。
例如，激光驱动器为NT22L31芯片(U1)，用于驱动激光器发出数字量，本发明对该芯片进行改进，使之根据调整电阻，发出可调恒定电流用以驱动TOSA管。
另外，调节模块用于调节驱动模块的输出功率。
可选地，驱动模块还可以包括输出控制子模块，调节模块还可以包括频率调节子模块；所述频率调节子模块用于调节所述输出控制子模块的开关频率以使所述驱动模块保持恒定输出功率。
例如，输出控制子模块可以采用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxid-Semiconductor，MOS管)，此时，频率调节子模块可以选用双数字电位器(U2)，DS1856，用以调整驱动模块(NT22L31器件)内部MOS管的开关频率以确保其输出恒定电流。
对于本发明实施例的，需要注意的是：。
所述MOS管、NT22L31以及DS1856均为举例之用，具体地，其对应的输出控制子模块、驱动模块以及频率调节子模块并不以此为限，可以根据不同电路需求选用其他器件。
从上述技术方案可以看出，本发明包括以下优点：
一方面，可以解决由于SLD管为宽光谱器件，用于光纤振动传感时需要比较大的发射功率才能形成有效的光干涉信号，并且当功率增大后，激光器需要配TEC模块进行温度控制，进而影响激光器工作的问题；另一方面，采用TOSA管作为光电转换器，光谱更窄，更容易形成干涉条件，并且由于光功率低，无需使用TEC模块，还可以根据TOSA管背光信号对光功率进行控制，保证光强不随外界温度变化而改变。
实施例二
本发明实施例二提供了一种应用于光纤安防振动传感产品的光纤信号发射电路，该电路采用实施例一提供的基于TOSA的光纤安防信号发射模块。图2是本发明实施例二光纤信号发射电路的电路连接图，可见，该光纤信号发射电路包括：控制模块200、电连接于所述控制模块的如权1-5所述的基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块100、耦合模块400、设置于所述光耦合器后端的振动传感模块500、设置于所述光耦合器前端并与控制模块电连接的采集模块300以及设置于所述振动传感模块后端的法拉第旋转镜600。参照图2所示，基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块与采集模块连接耦合模块的输入端，耦合模块输出端与振动传感模块连接，振动传感模块与法拉第旋转镜连接。
其中，控制模块用于控制所述基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块包括的驱动模块和调节模块。
可选地，所述控制模块发出控制信号用以控制所述输出控制子模块输出特定电阻值；所述控制模块发出模拟信号以控制所述驱动模块输出特定电信号；所述特定电信号用以驱动所述光发射次模块发出光信号。
例如，控制模块是一个单片机(U7)，例如可以采用stm32F107，用以控制NT22L31(U1)和DS1856(U2)。具体地，单片机可以发出控制信号，控制DS1856(U2)输出一个合适的电阻值；还可以输出模拟信号控制NT22L31(U1)发出合适的电流信号以驱动TOSA管，实现光信号的发射。
另外，所述耦合模块用于耦合所述光信号。
优选地，所述光纤信号发射电路通过光纤连接。
可选地，耦合模块可以采用光耦合器。
进一步地，在上述实例中，光耦合器可以用于将所述光发射次模块发出的光信号耦合到光纤中进行传送。
具体地，光纤传感以光纤为媒介，光波为信息载体，利用光纤的一维空间连续特性来感知和传输外界测量信号，且整个光纤长度上任一点都是敏感点，沿光纤链路不存在监测盲区。光纤既是传输媒介优势传输介质，使得传感系统的结构也大为简化。光纤本身电绝缘，抗电磁干扰，耐高温高压，耐化学腐蚀，布设灵活，因此适用于各种空间环境，并特别适用于易燃、易爆、强电池干扰等恶劣环境。此外，光纤振动传感技术，能与现代通信设备高度融合，易于构建大范围长距离的网络型传感，从而使其在多个领域中有着成功的应用。主要优势如下：监测范围广、监测距离长；灵敏度高，误报率地，工作稳定；性价比高，易操作、易管理、易维护；不受雷电干扰破坏，特别是在雷雨天气比较多的地方，更显示出它的优越性；不受EMI和RFI的干扰，光纤振动传感器对电磁干扰具有天生的免疫性；在整个传感光纤长度内，其探测灵敏度具有一致性；不受土壤中金属、盐水和矿物质影响，耐腐蚀，能在恶劣的环境下稳定工作。
此外，所述采集模块用于采集光电信号并传送回控制模块。
可选地，所述采集模块为光接收次模块。
现有技术通常选用光电二极管作为采集模块，与该光电二极管相连接的放大电路也是比较复杂的电流变换电路和二级放大电路来实现的。但是放大电路复杂、电路设计成本高，而且电路安装复杂度高。与光电二极管相比，光接收次模块(Receiver Optical Sub-Assembly，ROSA)用于采集光电信号并传送回控制模块，后侧的电路采用简化的一次差分电压放大电路，在与原有电路实现同样功能的情况下，放大电路相较于现有的放大电路更为简化，因此，能够降低电路设计成本、减简化电路安装流程降低电路安装复杂度。
可选地，振动传感模块例如采用振动传感光纤。那么，耦合模块输出端与振动传感光纤初始端连接，振动传感光纤末端与法拉第旋转镜连接。
利用对外界信息具有敏感能力和功能的特殊光纤作为传感元件，将“传”和“感”合为一体，传感光纤在外界物理因素(如运动、振动和压力)的作用下，改变光纤中的光纤相位，从而对外界参数进行检测，具体来说是当外界的振动作用于光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，使纤芯折射率与长度发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输时，由于光子和纤芯晶格发生作用，不断地向后传输瑞利散射光。当外界存在振动时，背向瑞利散射光的相位变化转换为光强变化，再经光电转换和信号处理之后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。同时通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。
对于本发明实施例的，需要注意的是：
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“前”、“后”等指示的顺序、方位或者位置关系为人为定义的顺序或基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或使描述更加清晰有条理，而不是指示或者暗示所指的结构或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除实施例一提到的效果外，本实施例还具有以下优点：
首先，振动传感模块采用振动传感光纤，将“传”和“感”合为一体，当外界存在振动时，背向瑞利散射光的相位变化转换为光强变化，再经光电转换和信号处理之后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。同时通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率；
其次，采集模块采用光接收次模块，与光电二极管相比，用于采集光电信号并传送回控制模块，后侧的电路采用简化的一次差分电压放大电路，在与原有电路实现同样功能的情况下，放大电路相较于现有的放大电路更为简化，因此，能够降低电路设计成本、减简化电路安装流程降低电路安装复杂度；
第三，电路通过光纤连接，以光纤为媒介，光波为信息载体，利用光纤的一维空间连续特性来感知和传输外界测量信号，且整个光纤长度上任一点都是敏感点，沿光纤链路不存在监测盲区。
综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，具体地，需要注意以下几点：
首先，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
其次，本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包括有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
第三，本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
第四，这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
第五，这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
第六，尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
Claims (6)
1.一种基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，其特征在于，包括：
光发射次模块，用于将电信号转换为光信号并发出；
驱动模块，用于驱动所述光发射次模块；所述驱动模块包括输出控制子模块；所述驱动模块用于输出可调恒定电流驱动所述光发射次模块发出光信号；所述输出控制子模块采用金属氧化物半导体场效应晶体管；所述驱动模块根据调整电阻发出可调恒定电流；
调节模块，用于调节驱动模块的输出功率；所述调节模块包括频率调节子模块；所述频率调节子模块用于调节所述输出控制子模块的开关频率以使所述驱动模块保持恒定输出功率；所述频率调节子模块为双数字电位器。
2.根据权利要求1所述的基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块，其特征在于，
所述光发射次模块包括激光器；
所述驱动模块包括激光驱动器；
所述激光驱动器设置于所述激光器前端，用于驱动激光器发出光信号。
3.一种光纤信号发射电路，其特征在于，用于光纤安防振动传感产品，包括：控制模块、电连接于所述控制模块的如权1或2所述的基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块、光耦合器、设置于所述光耦合器后端的振动传感模块、设置于所述光耦合器前端并与控制模块电连接的采集模块以及设置于所述振动传感模块后端的法拉第旋转镜，其中：
所述控制模块用于控制所述基于光发射次模块的光纤安防信号发射模块包括的驱动模块和调节模块；
所述光耦合器用于耦合所述光信号；
所述采集模块用于采集光电信号并传送回控制模块进行处理。
4.根据权利要求3所述的光纤信号发射电路，其特征在于，所述控制模块为单片机。
5.根据权利要求3所述的光纤信号发射电路，其特征在于，所述光纤信号发射电路通过光纤连接。
6.根据权利要求3所述的光纤信号发射电路，其特征在于，所述采集模块为光接收次模块。
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2016
- 2016-12-26 CN CN201611219535.3A patent/CN106817173B/zh active Active
Patent Citations (2)
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| CN101393268A (zh) * | 2008-11-06 | 2009-03-25 | 复旦大学 | 基于通信光缆的地震预警系统 |
| CN105471510A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-04-06 | 山东航天电子技术研究所 | 一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统 |
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Denomination of invention: Optical fiber security signal transmitting module and circuit based on optical transmitting sub module Effective date of registration: 20211012 Granted publication date: 20191227 Pledgee: Beijing Yizhuang International Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: BEIJING AEROSPACE YILIAN SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2021990000950 |
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Denomination of invention: Optical fiber security signal transmitting module and circuit based on optical transmitting sub module Effective date of registration: 20220923 Granted publication date: 20191227 Pledgee: Beijing Yizhuang International Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: BEIJING AEROSPACE YILIAN SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022990000667 |
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Denomination of invention: Fiber optic security signal transmission module and circuit based on optical emission sub module Effective date of registration: 20230919 Granted publication date: 20191227 Pledgee: Beijing Yizhuang International Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Beijing Aerospace Tianhong Intelligent Equipment Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023990000460 |