CN107870003B - 一种光纤传感光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤传感光模块，属于光纤传感领域，其包括传感光模块本体和光模块外壳，外壳包套在传感光光模块本体外，传感光模块本体包括光源、光探测器、光纤连接器、光源驱动电路、传感数据处理器、电源管理模块以及基板，光源、光探测器和光纤连接器集成在光收发一体组件中或者各自独立设置，光收发一体组件利用光纤复用方式在一根光纤上实现光信号的发送与接收，或者光源、光探测器和光纤连接器不集成时，采用至少两个光纤连接器进行光路连接，传感数据处理器用于控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作。本发明模块体积小、可热插拔并且具有数据采集和处理功能。

Description

一种光纤传感光模块
技术领域
本发明属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种光纤传感光模块。
背景技术
光模块(optical module)由光电子器件、功能电路和光接口等组成，是用于光电转换的模块。其发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号，光模块是光纤通信应用中重要的器件。
通常情况下，光纤传感主机通过电路板焊接集成了光纤传感所需的光学器件和电子器件。由于模块化程度不高，造成了不同型号的光纤传感主机难以共用不同功能规格的电路模块以实现不同的光纤传感功能。同时，电路集成度不高也可能造成单台传感主机的无法容纳足够多的光纤传感通道。
在光电转换功能的实现中，即便采用了模块化的设计以使得通用性更好，但无法在某一模块损坏后在线更换，导致传感主机停机并引发传感主机应用的停摆。
在传统的光纤传感主机中，光电的光纤传感数据的采集、存储、分析、传输都在同一处理器中完成，但是，多光纤传感通道的主机中，由于处理器负载过大，可能造成处理器主动抛弃部分传感数据，从而降低传感系统的性能。
因此，需要开发一种新型的光纤传感光模块，以能克服以上缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤传感光模块，其目的在于，利用巧妙的硬件结构设计，形成一种体积小、热插拔并且具有数据采集和处理功能的光纤传感光模块，以能克服现有技术中处理器抛弃数据、模块处程度不高、更换麻烦的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤传感光模块，其包括传感光模块本体和光模块外壳，其中，
所述光模块外壳包套在传感光光模块本体外，所述光模块外壳用于起到固定、安装以及连接的作用，
所述传感光模块本体包括光源、光探测器、光纤连接器、光源驱动电路、传感数据处理器、电源管理模块以及基板，
光源、光探测器和光纤连接器集成在光收发一体组件中，光源的出射光口和光探测器的入射光口分别通过光收发一体组件中的耦合光器件连接到光纤连接器，光纤连接器同时还连接外部光纤，
光收发一体组件利用光纤复用方式在一根光纤上实现光信号的发送与接收，其中，所述光源用于根据传感数据处理器的指令信号发出直流光或编码脉冲光，所述光探测器用于侦测传感用途的反射光或散射光，并将其转换为传感电流信号，该反射光或者散射光由直流光或编码脉冲光形成，
所述光源驱动电路用于向所述光源提供驱动电流，
所述传感数据处理器用于控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作，并将传感结果数据通过所述基板发送到外界使用光纤传感光模块的主机，
所述电源管理模块用于给光源驱动电路和传感数据处理器提供电源，
所述基板用于连接和固定所述光源、所述光探测器以及所述传感数据处理器，并提供导电触片组以能与外界触片连接。
进一步的，传感光模块本体包括1个光收发一体组件、1个传感数据处理器，1个光源驱动电路，1个电源管理模块，
其中，所述光收发一体组件分别与传感数据处理器与光源驱动电路相连，传感数据处理器分别与光源驱动电路和基板导电触片组相连，所述电源管理模块连接基板导电触片组以获得主机电源，并分别与光源驱动电路和传感数据处理器相连以分别向其提供电源。
进一步的，传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路、1个传感数据处理器，1个电源管理模块，
其中，第一光收发一体组件分别与传感数据处理器和第一光源驱动电路相连，第二光收发一体组件分别与传感数据处理器和第二光源驱动电路相连，传感数据处理器分别与第一、第二光源驱动电路、基板导电触片组相连，所述电源管理模块与基板导电触片组相连以获得主机电源，同时，所述电源管理模块分别与第一、第二光源驱动电路和传感数据处理器相连，以分别向其提供电源。
进一步的，传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路，第一、第二传感数据处理器，1个电源管理模块，
其中，第一光收发一体组件分别与第一传感数据处理器和第一光源驱动电路相连，第一传感数据处理器分别与第一光源驱动电路和基板导电触片组相连，
第二光收发一体组件分别与第二传感数据处理器和第二光源驱动电路相连，第二传感数据处理器分别与第二光源驱动电路和基板导电触片组相连，
所述电源管理模块与基板导电触片组相连以通过基板导电触片组获得外接的主机电源，同时，所述电源管理模块分别与第一、第二光源驱动电路、第一、第二传感数据处理器相连，以分别向其提供电源。
进一步的，所述光收发一体组件的光纤复用方式为空间分割复用，或者时分复用，或者波分复用。
进一步的，所述传感数据处理器还用于检测光探测器的传感光接收端的光功率，并依此调整光源驱动电路，还用于通过改变光源驱动电路驱动电流大小从而改变所述光收发一体组件中所述光源输出光功率，以使得光探测器的传感光接收端光功率更加稳定。
进一步的，所述传感光模块本体、所述光模块外壳的外观尺寸以及导电触片组尺寸同时遵循SFP光模块标准，或者同时遵循SFF光模块标准，或者同时遵循GBIC光模块标准，以保证结构件的通用性。
进一步的，所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器具体为FP激光器，或者为DFB激光器；所述光探测器为PIN光探测器，或者为APD光探测器。
按照本发明的第二个方面，还提供一种光纤传感光模块，其包括传感光模块本体和光模块外壳，其中，所述光模块外壳包套在传感光光模块本体外，所述光模块外壳用于起到固定、安装以及连接的作用，所述传感光模块本体包括2个光纤连接器、1个光源、1个光探测器、1个传感数据处理器、基板和光源驱动电路，其中，2个光纤连接器、1个光源以及1个光探测器相互独立设置在基板上，2个光纤连接器分别为第一、第二光纤连接器，其中，第一光纤连接器与光源相连，第二光纤连接器与光探测器相连，传感数据处理器分别与光源和光探测器相连，所述光源用于根据传感数据处理器的指令信号发出直流光或编码脉冲光，所述光探测器用于侦测传感用途的反射光或散射光，并将其转换为传感电流信号，该反射光或者散射光由直流光或编码脉冲光形成，所述光源驱动电路用于向所述光源提供驱动电流，所述传感数据处理器用于控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作，并将传感结果数据通过所述基板发送到外界使用光纤传感光模块的主机，所述基板用于连接和固定所述光源、所述光探测器以及所述传感数据处理器，并提供导电触片组以能与外界触片连接。
进一步的，所述传感数据处理器还用于检测光探测器的传感光接收端的光功率，并依此调整光源驱动电路，还用于通过改变光源驱动电路驱动电流大小从而改变所述光源输出光功率，以使得光探测器的传感光接收端光功率更加稳定，
所述传感光模块本体与所述光模块外壳的外观尺寸、导电触片组尺寸同时遵循SFP光模块标准，或者同时遵循SFF光模块标准，或者同时遵循GBIC光模块标准，以保证结构件的通用性，
所述光源为半导体激光器，或者为SLED光源，其中，半导体激光器具体为FP激光器，或者为DFB激光器，所述光探测器为PIN光探测器或者为APD光探测器。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明中，将多个光学构件和电路元件设计成一体，形成一种结构更为紧凑的小型化模块，其物理尺寸更小，有利于降低光纤传感主机的空间占用，也有利于光纤传感主机集成不同种类的光纤传感光模块并集中上报传感数据。
本发明的传感光模块本体与光纤传感光模块外壳的底座之间采用导电触片组连接，可以支持带电的热插拔操作。一旦单个光纤传感光模块发生故障可不断电更换新的光纤传感光模块，不影响其所在光纤传感主机上其他光纤传感光模块的数据采集与分析，也不影响其所在光纤传感主机的其他通道传感数据存储与上报功能。
本发明利用传感数据处理器不仅完成了传感数据的采集，还完成了传感数据的分析，降低了传感主机的总体计算负载。
附图说明
图1是本发明实施例中传感光模块本体包括1个光收发一体组件、1个传感数据处理器、1个光源驱动电路以及1个电源管理模块的结构示意图；
图2是本发明实施例中传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路、1个传感数据处理器以及1个电源管理模块的结构示意图；
图3是本发明实施例中传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路，第一、第二传感数据处理器，1个电源管理模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明形成一种体积小、热插拔并且具有数据采集和处理功能的光纤传感光模块，其能克服现有技术中处理器抛弃数据、模块处程度不高、更换麻烦的问题。
本发明提供的一种光纤传感光模块，其包括传感光模块本体和光模块外壳，其中，所述光模块外壳包套在传感光光模块本体外，所述光模块外壳用于起到固定、安装以及连接的作用，所述传感光模块本体包括光源、光探测器、光纤连接器、光源驱动电路、传感数据处理器、电源管理模块以及基板，光源、光探测器和光纤连接器集成在光收发一体组件中，光源的出射光口和光探测器的入射光口分别通过光收发一体组件中的耦合光器件连接到光纤连接器，光纤连接器同时还连接外部光纤，光收发一体组件利用光纤复用方式在一根光纤上实现光信号的发送与接收，其中，所述光源用于根据传感数据处理器的指令信号发出直流光或编码脉冲光，所述光探测器用于侦测传感用途的反射光或散射光，并将其转换为传感电流信号，该反射光或者散射光由直流光或编码脉冲光形成，所述光源驱动电路用于向所述光源提供驱动电流，所述传感数据处理器用于控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作，并将传感结果数据通过所述基板发送到外界使用光纤传感光模块的主机，所述电源管理模块用于给光源驱动电路和传感数据处理器提供电源，所述基板用于连接和固定所述光源、所述光探测器以及所述传感数据处理器，并提供导电触片组以能与外界触片连接。
以上发明构思中，光源、光探测器和光纤连接器集成在光收发一体组件中，光源的出射光口和光探测器的入射光口分别通过光收发一体组件中的耦合光器件连接到光纤连接器，再通过光纤连接器与外界的元器件相连，光收发一体组件形成一个整体的单元，这样的设计有利于光模块体积的小型化。
图1是本发明实施例中传感光模块本体包括1个光收发一体组件、1个传感数据处理器、1个光源驱动电路以及1个电源管理模块的结构示意图，由图可知，其中，所述光收发一体组件分别与传感数据处理器与光源驱动电路相连，传感数据处理器分别与光源驱动电路和基板导电触片组相连，所述电源管理模块连接基板导电触片组以获得主机电源，并分别与光源驱动电路和传感数据处理器相连以分别向其提供电源。
图2是本发明实施例中传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路、1个传感数据处理器以及1个电源管理模块的结构示意图，由图可知，第一光收发一体组件分别与传感数据处理器和第一光源驱动电路相连，第二光收发一体组件分别与传感数据处理器和第二光源驱动电路相连，传感数据处理器分别与第一、第二光源驱动电路、基板导电触片组相连，所述电源管理模块与基板导电触片组相连以获得主机电源，同时，所述电源管理模块分别与第一、第二光源驱动电路和传感数据处理器相连，以分别向其提供电源。
图3是本发明实施例中传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路，第一、第二传感数据处理器，1个电源管理模块的结构示意图，由图可知，第一光收发一体组件分别与第一传感数据处理器和第一光源驱动电路相连，第一传感数据处理器分别与第一光源驱动电路和基板导电触片组相连，第二光收发一体组件分别与第二传感数据处理器和第二光源驱动电路相连，第二传感数据处理器分别与第二光源驱动电路和基板导电触片组相连，所述电源管理模块与基板导电触片组相连以通过基板导电触片组获得外接的主机电源，同时，所述电源管理模块分别与第一、第二光源驱动电路、第一、第二传感数据处理器相连，以分别向其提供电源。
本发明中，光收发一体组件的光纤复用方式为空间分割复用，或者时分复用，或者波分复用。所述传感数据处理器还用于检测光探测器的传感光接收端的光功率，并依此调整光源驱动电路，还用于通过改变光源驱动电路驱动电流大小从而改变所述光收发一体组件中所述光源输出光功率，以使得光探测器的传感光接收端光功率更加稳定。
在本发明的一个实施例中，所述传感光模块本体、所述光模块外壳的外观尺寸以及导电触片组尺寸同时遵循SFP光模块标准，或者同时遵循SFF光模块标准，或者同时遵循GBIC光模块标准，以保证结构件的通用性。所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器具体为FP激光器，或者为DFB激光器；所述光探测器为PIN光探测器，或者为APD光探测器。
在实际工程实践中，光源、光探测器和光纤连接器也可不集成在光收发一体组件中，此时，需要至少两个光纤连接器进行光路的互联。
具体的，传感光模块本体包括2个光纤连接器、1个光源、1个光探测器、1个传感数据处理器、基板和光源驱动电路，其中，2个光纤连接器、1个光源以及1个光探测器相互独立设置在基板上，2个光纤连接器分别为第一、第二光纤连接器，其中，第一光纤连接器与光源相连，第二光纤连接器与光探测器相连，传感数据处理器分别与光源和光探测器相连，所述光源用于根据传感数据处理器的指令信号发出直流光或编码脉冲光，所述光探测器用于侦测传感用途的反射光或散射光，并将其转换为传感电流信号，该反射光或者散射光由直流光或编码脉冲光形成，所述光源驱动电路用于向所述光源提供驱动电流，所述传感数据处理器用于控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作，并将传感结果数据通过所述基板发送到外界使用光纤传感光模块的主机，所述基板用于连接和固定所述光源、所述光探测器以及所述传感数据处理器，并提供导电触片组以能与外界触片连接。
在本发明的一个实施例中，传感数据处理器还用于检测光探测器的传感光接收端的光功率，并依此调整光源驱动电路，还用于通过改变光源驱动电路驱动电流大小从而改变所述光源输出光功率，以使得光探测器的传感光接收端光功率更加稳定，所述传感光模块本体与所述光模块外壳的外观尺寸、导电触片组尺寸同时遵循SFP光模块标准，或者同时遵循SFF光模块标准，或者同时遵循GBIC光模块标准，以保证结构件的通用性，所述光源为半导体激光器，或者为SLED光源，其中，半导体激光器具体为FP激光器，或者为DFB激光器，所述光探测器为PIN光探测器或者为APD光探测器。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤传感光模块，其特征在于，其包括传感光模块本体和光模块外壳，其中，
所述光模块外壳包套在传感光模块本体外，所述光模块外壳用于起到固定、安装以及连接的作用，
所述传感光模块本体包括光源、光探测器、光纤连接器、光源驱动电路、传感数据处理器、电源管理模块以及基板，
光源、光探测器和光纤连接器集成在光收发一体组件中，光源的出射光口和光探测器的入射光口分别通过光收发一体组件中的耦合光器件连接到光纤连接器，光纤连接器同时还连接外部光纤，
光收发一体组件利用光纤复用方式在一根光纤上实现光信号的发送与接收，其中，所述光源用于根据光源提供驱动电流发出直流光或编码脉冲光，所述光探测器用于侦测传感用途的反射光或散射光，并将其转换为传感电流信号，该反射光或者散射光由直流光或编码脉冲光形成，
所述光源驱动电路用于根据传感数据处理器的指令信号向所述光源提供驱动电流，
所述传感数据处理器用于通过光源驱动电路的驱动电流控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作，并将传感结果数据通过所述基板发送到外界使用光纤传感光模块的主机，
所述电源管理模块用于给光源驱动电路和传感数据处理器提供电源，
所述基板用于连接和固定所述光源、所述光探测器以及所述传感数据处理器，并提供导电触片组以能与外界触片连接。
2.如权利要求1所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，传感光模块本体包括1个光收发一体组件、1个传感数据处理器，1个光源驱动电路，1个电源管理模块，
其中，所述光收发一体组件分别与传感数据处理器与光源驱动电路相连，传感数据处理器分别与光源驱动电路和基板导电触片组相连，所述电源管理模块连接基板导电触片组以获得主机电源，并分别与光源驱动电路和传感数据处理器相连以分别向其提供电源。
3.如权利要求1所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路、1个传感数据处理器，1个电源管理模块，
其中，第一光收发一体组件分别与传感数据处理器和第一光源驱动电路相连，第二光收发一体组件分别与传感数据处理器和第二光源驱动电路相连，传感数据处理器分别与第一、第二光源驱动电路、基板导电触片组相连，所述电源管理模块与基板导电触片组相连以获得主机电源，同时，所述电源管理模块分别与第一、第二光源驱动电路和传感数据处理器相连，以分别向其提供电源。
4.如权利要求1所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，传感光模块本体包括第一、第二光收发一体组件，第一、第二光源驱动电路，第一、第二传感数据处理器，1个电源管理模块，
其中，第一光收发一体组件分别与第一传感数据处理器和第一光源驱动电路相连，第一传感数据处理器分别与第一光源驱动电路和基板导电触片组相连，
第二光收发一体组件分别与第二传感数据处理器和第二光源驱动电路相连，第二传感数据处理器分别与第二光源驱动电路和基板导电触片组相连，
所述电源管理模块与基板导电触片组相连以通过基板导电触片组获得外接的主机电源，同时，所述电源管理模块分别与第一、第二光源驱动电路、第一、第二传感数据处理器相连，以分别向其提供电源。
5.如权利要求2-4之一所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，所述光收发一体组件的光纤复用方式为空间分割复用，或者时分复用，或者波分复用。
6.如权利要求5所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，所述传感数据处理器还用于检测光探测器的传感光接收端的光功率，并依此调整光源驱动电路，还用于通过改变光源驱动电路驱动电流大小从而改变所述光收发一体组件中所述光源输出光功率，以使得光探测器的传感光接收端光功率更加稳定。
7.如权利要求6所述的光纤传感光模块，其特征在于，所述传感光模块本体、所述光模块外壳的外观尺寸以及导电触片组尺寸同时遵循SFP光模块标准，或者同时遵循SFF光模块标准，或者同时遵循GBIC光模块标准，以保证结构件的通用性。
8.如权利要求7所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，所述光源为半导体激光器，所述半导体激光器具体为FP激光器，或者为DFB激光器；
所述光探测器为PIN光探测器，或者为APD光探测器。
9.一种光纤传感光模块，其特征在于，其包括传感光模块本体和光模块外壳，其中，
所述光模块外壳包套在传感光模块本体外，所述光模块外壳用于起到固定、安装以及连接的作用，
所述传感光模块本体包括2个光纤连接器、1个光源、1个光探测器、1个传感数据处理器、基板和光源驱动电路，
其中，2个光纤连接器、1个光源以及1个光探测器相互独立设置在基板上，
2个光纤连接器分别为第一、第二光纤连接器，其中，第一光纤连接器与光源相连，第二光纤连接器与光探测器相连，传感数据处理器分别与光源和光探测器相连，
所述光源用于根据传感数据处理器的指令信号发出直流光或编码脉冲光，
所述光探测器用于侦测传感用途的反射光或散射光，并将其转换为传感电流信号，该反射光或者散射光由直流光或编码脉冲光形成，
所述光源驱动电路用于向所述光源提供驱动电流，
所述传感数据处理器用于控制光源发出直流光或编码脉冲光，并接收光探测器输出的传感电流信号，还用于对传感电流信号进行滤波和解析操作，并将传感结果数据通过所述基板发送到外界使用光纤传感光模块的主机，
所述基板用于连接和固定所述光源、所述光探测器以及所述传感数据处理器，并提供导电触片组以能与外界触片连接。
10.如权利要求9所述的一种光纤传感光模块，其特征在于，所述传感数据处理器还用于检测光探测器的传感光接收端的光功率，并依此调整光源驱动电路，还用于通过改变光源驱动电路驱动电流大小从而改变所述光源输出光功率，以使得光探测器的传感光接收端光功率更加稳定，
所述传感光模块本体与所述光模块外壳的外观尺寸、导电触片组尺寸同时遵循SFP光模块标准，或者同时遵循SFF光模块标准，或者同时遵循GBIC光模块标准，以保证结构件的通用性，
所述光源为半导体激光器，或者为SLED光源，其中，半导体激光器具体为FP激光器，或者为DFB激光器，所述光探测器为PIN光探测器或者为APD光探测器。
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