CN109991652A - 一种内置式远程遥控光电探测系统 - Google Patents

一种内置式远程遥控光电探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内置式远程遥控光电探测系统，所述的光电探测模块包括有处于真空环境中的屏蔽壳以及安装在屏蔽壳一端的微型快门和安装在屏蔽门内部的光电探测器、模数转化模块、嵌入式控制系统和无线收发模块一。本发明采用无线感应电源与无线通讯模块替换现有的信号电缆传输信号的工作模式，仅需一个小的信号窗口，即可完成测量信号的数字化传输，大幅度的减少窗口空间的占用；信号的采集、放大、模数转化实现高度集成，体积缩小，功耗降低；统一的屏蔽壳能实现高质量的屏蔽，增强测量信号的信噪比；小型化的内置式模块能方便选择最佳的观测角度进行安装，还可安装于隐蔽，狭小的空间，提供特殊位置的测量数据。

Description

一种内置式远程遥控光电探测系统
技术领域
本发明涉及光电传感技术领域，尤其涉及一种内置式远程遥控光电探测系统。
背景技术
在磁约束聚变研究中，高温等离子体被强磁场约束在内真空室腔室中，常应用等离子体辐射光谱进行等离子体参数的测量。各类观测系统的测量波段覆盖了真空紫外，软X射线及硬X射线波段，相关探测器的结构、功能原理也差异巨大，安装方式，观测位置不尽相同；尽管如此，这些探测器都可归属于固体光电探测器，且大多安装在装置井管靠近等离子体的区域。由于探测器需工作在真空环境中，电信号的引出需借助于真空穿墙法兰，再通过信号电缆把信号传递至实验室，经过放大，模数转换，最终上传服务器以供后续分析与研究。由穿墙法兰，信号线，后端放大器构成的复杂，开放式信号传输与采集系统，极易受到等离子体放电，高压电源，辅助加热等强电磁设备的干扰；复杂的屏蔽，接地也给干扰及异常信号的排查带来极大的不便。除此之外，庞大的安装井管，前置保护shutter不仅占用了宝贵的窗口资源，也带来了真空泄露的安全隐患。
发明内容
本发明目的是提供一种封闭真空腔室中，内置微型光电探测器的智能控制与数据传输解决方案。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种内置式远程遥控光电探测系统，包括有光电探测模块、近场无线传递模块和远程控制模块，所述的光电探测模块安装于真空环境中，光电探测模块包括有屏蔽壳以及安装在屏蔽壳一端的微型快门和安装在屏蔽门内部的光电探测器、模数转化模块、嵌入式控制系统和无线收发模块一，所述的近场无线传递模块包括有真空法兰以及安装在真空法兰上的信号窗口和无线感应电源，所述的远程控制模块包括有无线收发模块二和上位机，所述的微型快门的控制端与嵌入式控制系统的输出端连接，光电探测器的输出端与模数转化模块的输入端连接，模数转化模块的输出端与嵌入式控制系统的输入端连接，嵌入式控制系统还与无线收发模块一连接，无线收发模块一的无线信号依次通过信号窗口、无线收发模块二传递至所述的上位机，所述的无线感应电源给光电探测模块供电；当上位机接收到工作指令后，通过无线收发模块二转化为无线信号，无线信号穿透信号窗口被无线收发模块一接收，处于待机状态的嵌入式控制系统在接收到无线收发模块一发送的工作指令后，开启微型快门，由光电探测器接收辐射信号，通过模数转化模块获得数字信号存储至嵌入式控制系统，数字信号依次通过无线收发模块一、信号窗口、无线收发模块二传递至上位机，由上位机完成存储；一个采集工作周期完成后，嵌入式控制系统关闭微型快门、转入待机状态，等待接受下一个工作指令。
所述的近场无线传递模块还包括有散热器，散热器给光电探测模块散热。
所述的真空法兰的密封形式为刀口密封或者橡胶圈密封或者金属丝密封，将光电探测模块隔离在真空环境中。
所述的无线收发模块一和无线收发模块二均为无线WiFi模块或者3G、4G、5G移动通讯模块或者LiFi模块或者光纤通讯模块。
所述的光电探测器为固体探测器，具体为APD探测器或者光电倍增管或者热电偶或者热释电探测器。
所述的信号窗口为可穿透无线通讯载波电磁波的真空窗口，是由陶瓷或者玻璃或者聚四氟乙烯或者树脂材料制成的。
所述的微型快门为电磁快门或者超声波快门，由嵌入式控制系统控制其开启或者关闭。
所述的无线感应电源包括有内侧感应线圈和外侧感应线圈，内侧感应线圈和外侧感应线圈分别安装在真空法兰的内外两侧，外侧感应线圈接市电，内侧感应线圈感应外侧感应线圈的电能，经过整流后为光电探测模块供电。
处于真空环境中的光电探测模块由微型shutter，屏蔽壳，光电探测器，模数转化模块，嵌入式控制系统，无线模块组成。内置式光电探测模块由无线感应电源供电，通过嵌入式控制系统控制微型shutter的开闭、信号的采集；通过无线模块接受工作指令与数据的回传。
近场无线传递模块由真空法兰、无线感应电源，信号窗口，散热器构成。近场无线传递模块处于真空环境与大气环境之间，起到隔绝真空、传递指令与数据、无线供电与散热功能。
远程控制模块由上位机与无线模块组成，承担控制指令的发送与数据的接收，存储，初步分析与上传服务器功能。
本发明将无线通讯模块应用在磁约束聚变装置的光电探测类诊断中，应用嵌入式控制系统，将光电转化、模数转化、信号采集功能集约在一个小型模块中，通过无线电信号传递指令与数据，规避了传统电缆传递信号带来的异常干扰，占用空间，安装与维护不便、真空引线困难等缺点。
本发明的优点是：本发明采用无线感应电源与无线通讯模块替换现有的信号电缆传输信号的工作模式，仅需一个小的信号窗口，即可完成测量信号的数字化传输，大幅度的减少窗口空间的占用；信号的采集、放大、模数转化实现高度集成，体积缩小，功耗降低；统一的屏蔽壳能实现高质量的屏蔽，增强测量信号的信噪比；小型化的内置式模块能方便选择最佳的观测角度进行安装，还可安装于隐蔽，狭小的空间，提供特殊位置的测量数据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种内置式远程遥控光电探测系统，包括有光电探测模块、近场无线传递模块和远程控制模块，所述的光电探测模块安装于真空环境中，光电探测模块包括有屏蔽壳2以及安装在屏蔽壳2一端的微型快门1和安装在屏蔽门2内部的光电探测器3、模数转化模块4、嵌入式控制系统5和无线收发模块一6，所述的近场无线传递模块包括有真空法兰以及安装在真空法兰上的信号窗口8和无线感应电源7，所述的远程控制模块包括有无线收发模块二10和上位机11，所述的微型快门1的控制端与嵌入式控制系统5的输出端连接，光电探测器3的输出端与模数转化模块4的输入端连接，模数转化模块4的输出端与嵌入式控制系统5的输入端连接，嵌入式控制系统5还与无线收发模块一6连接，无线收发模块一6的无线信号依次通过信号窗口8、无线收发模块二10传递至所述的上位机11，所述的无线感应电源7给光电探测模块供电；当上位机11接收到工作指令后，通过无线收发模块二10转化为无线信号，无线信号穿透信号窗口8被无线收发模块一6接收，处于待机状态的嵌入式控制系统5在接收到无线收发模块一6发送的工作指令后，开启微型快门1，由光电探测器3接收辐射信号，通过模数转化模块4获得数字信号存储至嵌入式控制系统5，数字信号依次通过无线收发模块一6、信号窗口8、无线收发模块二10传递至上位机11，由上位机11完成存储；一个采集工作周期完成后，嵌入式控制系统关闭微型快门1、转入待机状态，等待接受下一个工作指令。 光电探测模块全部处于屏蔽壳2内， 工作过程中产生的热量由散热器9带走，维持光电探测模块处于合理工作温度范围内。
所述的近场无线传递模块还包括有散热器9，散热器9给光电探测模块散热。
所述的真空法兰的密封形式为刀口密封或者橡胶圈密封或者金属丝密封，将光电探测模块隔离在真空环境中。
所述的无线收发模块一6和无线收发模块二10均为无线WiFi模块或者3G、4G、5G移动通讯模块或者LiFi模块或者光纤通讯模块。
所述的光电探测器3为固体探测器，具体为APD探测器或者光电倍增管或者热电偶或者热释电探测器。
所述的信号窗口8为可穿透无线通讯载波电磁波的真空窗口，是由陶瓷或者玻璃或者聚四氟乙烯或者树脂材料制成的。
所述的微型快门1为电磁快门或者超声波快门，由嵌入式控制系统控制其开启或者关闭。
所述的无线感应电源7包括有内侧感应线圈和外侧感应线圈，内侧感应线圈和外侧感应线圈分别安装在真空法兰的内外两侧，外侧感应线圈接市电，内侧感应线圈感应外侧感应线圈的电能，经过整流后为光电探测模块供电。

Claims (8)

1.一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：包括有光电探测模块、近场无线传递模块和远程控制模块，所述的光电探测模块安装于真空环境中，光电探测模块包括有屏蔽壳以及安装在屏蔽壳一端的微型快门和安装在屏蔽门内部的光电探测器、模数转化模块、嵌入式控制系统和无线收发模块一，所述的近场无线传递模块包括有真空法兰以及安装在真空法兰上的信号窗口和无线感应电源，所述的远程控制模块包括有无线收发模块二和上位机，所述的微型快门的控制端与嵌入式控制系统的输出端连接，光电探测器的输出端与模数转化模块的输入端连接，模数转化模块的输出端与嵌入式控制系统的输入端连接，嵌入式控制系统还与无线收发模块一连接，无线收发模块一的无线信号依次通过信号窗口、无线收发模块二传递至所述的上位机，所述的无线感应电源给光电探测模块供电；当上位机接收到工作指令后，通过无线收发模块二转化为无线信号，无线信号穿透信号窗口被无线收发模块一接收，处于待机状态的嵌入式控制系统在接收到无线收发模块一发送的工作指令后，开启微型快门，由光电探测器接收辐射信号，通过模数转化模块获得数字信号存储至嵌入式控制系统，数字信号依次通过无线收发模块一、信号窗口、无线收发模块二传递至上位机，由上位机完成存储；一个采集工作周期完成后，嵌入式控制系统关闭微型快门、转入待机状态，等待接受下一个工作指令。
2.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：所述的近场无线传递模块还包括有散热器，散热器给光电探测模块散热。
3.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：所述的真空法兰的密封形式为刀口密封或者橡胶圈密封或者金属丝密封，将光电探测模块隔离在真空环境中。
4.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：所述的无线收发模块一和无线收发模块二均为无线WiFi模块或者3G、4G、5G移动通讯模块或者LiFi模块或者光纤通讯模块。
5.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：所述的光电探测器为固体探测器，具体为APD探测器或者光电倍增管或者热电偶或者热释电探测器。
6.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：所述的信号窗口为可穿透无线通讯载波电磁波的真空窗口，是由陶瓷或者玻璃或者聚四氟乙烯或者树脂材料制成的。
7.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：
所述的微型快门为电磁快门或者超声波快门，由嵌入式控制系统控制其开启或者关闭。
8.根据权利要求1所述的一种内置式远程遥控光电探测系统，其特征在于：所述的无线感应电源包括有内侧感应线圈和外侧感应线圈，内侧感应线圈和外侧感应线圈分别安装在真空法兰的内外两侧，外侧感应线圈接市电，内侧感应线圈感应外侧感应线圈的电能，经过整流后为光电探测模块供电。
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