CN112531458A - 用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路 - Google Patents

用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路 Download PDF

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CN112531458A CN202110178516.5A CN202110178516A CN112531458A CN 112531458 A CN112531458 A CN 112531458A CN 202110178516 A CN202110178516 A CN 202110178516A CN 112531458 A CN112531458 A CN 112531458A
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费明和
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Abstract

本发明公开一种用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，包括比较放大电路、开关电路及半导体激光器电路；本发明通过比较放大电路对模数转换器输入的信号进行比较，并使用比较结果控制开关电路以控制半导体激光器电路，解决了现有技术中半导体激光器控制方式复杂，控制成本高的技术问题，本发明通过上述技术方案简化了控制半导体激光器所需的电路，降低了成本。

Description

用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路。
背景技术
分布式光纤测温系统也称为光纤测温，依据光时域反射原理和拉曼散射效应对温度的敏感从而实现温度监测。全系统采用光纤作为敏感信息传感和信号传输的载体，具有连续测温、分布式测温、实时测温、抗电磁干扰、本征安全、远程监控、高灵敏度、安装简便、长寿命等特点，广泛应用于市政综合管廊、管道、隧道、电缆、石油石化、煤矿等行业。
目前，用于分布式光纤测温系统的激光器控制电路大多采用白皮书提供的参考设计，控制方式繁琐，控制电路复杂，且由于安装场景的限制，用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路小型化已经迫在眉睫，如何使用简单的电路驱动半导体激光器以降低控制难度，减少电路面积，降低电路损耗，减少整机发热已经成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，旨在解决现有技术中用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路过于复杂，电路面积过大，不利于小型化且整体电路功耗较高，发热较严重的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的所述用于分布式光纤测温系统的激光器电路包括比较放大电路、开关电路及半导体激光器电路；所述比较放大电路与所述开关电路连接，所述开关电路与所述半导体激光器电路连接；
所述比较放大电路，用于接收模数转换器输出端输入的信号并将其比较及放大处理后转换为方波信号，从而根据所述方波信号为所述开关电路提供偏置电压；
所述开关电路，用于根据所述偏置电压控制所述电源与所述半导体激光器电路的通断；
所述半导体激光器电路，用于在与电源导通时发射激光，在与电源断开时停止发射激光。
优选地，还包括第一保护电路及第二保护电路；所述第一保护电路与所述比较放大电路连接，所述第二保护电路与所述开关电路连接；
所述第一保护电路，用于平缓输入至所述比较放大电路的电压突变，滤除高频噪声；
所述第二保护电路，用于在所述开关电路导通时，平缓输入至所述半导体激光器电路的电压突变，滤除高频噪声，并在突然断电时为所述半导体激光器电路提供缓慢降低的电压。
优选地，所述比较放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容及电压比较器；
所述第一电阻的第一端与所述模数转换器输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述电压比较器的同向输入端连接，所述电压比较器的反向输入端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述半导体激光器电路的对地端连接，所述电压比较器的输出端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述开关电路的控制端连接，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端与模拟接地端连接，所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端与模拟接地端连接，所述电压比较器的电源输入端与所述电源连接，所述电压比较器的接地端与模拟接地端连接。
优选地，所述开关电路包括第一三极管，所述第一三极管的集电极与电源连接，所述第一三极管的发射极与所述半导体激光器电路连接，所述第一三极管的基极与所述比较放大电路的输出端连接。
优选地，所述半导体激光器电路包括第一二极管、第五电阻、第六电阻及半导体激光器；
第一二极管的输出端与所述开关电路的输出端连接，所述第一二极管的输入端与所述第五电阻及所述第六电阻的第一端连接，所述第五电阻及所述第六电阻的第二端与模拟接地端连接，所述第五电阻的第一端还与所述半导体激光器电路的反向接地端连接，所述第六电阻的第二端还与所述半导体激光器的检测保护正极连接，所述半导体激光器的激光正极与所述第一二极管的输出端连接，所述半导体激光器的激光负极与所述第一二极管的输入端连接，所述半导体激光器的第一可变电阻端、制冷正极、制冷负极以及检测保护负极不连接，所述半导体激光器的第二可变电阻端与模拟接地端连接。
优选地，所述第一保护电路包括第二电容及第三电容；
所述第二电容的第一端与电源连接，所述第二电容的第二端与模拟接地端连接，所述第三电容的第一端与电源连接，所述第三电容的第二端与模拟接地端连接。
优选地，所述第二保护电路包括第四电容及第五电容；
所述第四电容的第一端与电源连接，所述第四电容的第二端与模拟接地端连接，所述第五电容的第一端与电源连接，所述第五电容的第二端与模拟接地端连接。
本发明还提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器装置，所述用于分布式光纤测温系统的激光器装置包括如上所述的用于分布式光纤测温系统的激光器电路。
本发明还提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器装置的控制方法，所述用于分布式光纤测温系统的激光器装置的控制方法包括：
所述比较放大电路接收模数转换器输出端输入的信号并将其比较及放大处理后转换为方波信号，从而根据所述方波信号为所述开关电路提供偏置电压；
所述开关电路根据所述偏置电压控制电源与所述半导体激光器电路的通断；
所述半导体激光器电路在与电源导通时发射激光，在与电源断开时停止发射激光。
本发明还提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器，所述用于分布式光纤测温系统的激光器设置于分布式光纤测温系统中，包括如上所述的用于分布式光纤测温系统的激光器装置，或者所述用于分布式光纤测温系统的激光器应用如上所述的用于分布式光纤测温系统的激光器装置的控制方法。
本发明技术方案通过设置比较放大电路、开关电路及半导体激光器电路，形成了一种用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，仅通过一个比较放大电路与开关电路即实现了半导体激光器的启停控制，在分布式光纤测温系统中，根据模数转换器的输出信号即可实现对应的控制，极大的简化了控制电路，一定程度上提升了控制电路的可靠性，降低了成本，减少了空间占用，减少了电量消耗与发热情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路第一实施例的功能模块图；
图2为本发明用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路另一实施例的功能模块图；
图3为本发明用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路另一实施例的电路示意图。
附图标号说明：
比较放大电路：100；开关电路：200；半导体激光器电路：300；第一保护电路：400；第二保护电路：500；第一电容：C1；第二电容：C2；第三电容：C3；第四电容：C4；第五电容：C5；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；第六电阻：R6；第一二极管：D1；第一三级管：Q1；电压比较器：U1；模拟接地端：AGT；电源：3.3AT；半导体激光器：U2。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路。
参照图1，在本发明实施例中，该用于分布式光纤测温系统的激光器电路包括比较放大电路100、开关电路200及半导体激光器电路300；所述比较放大电路100与所述开关电路200连接，所述开关电路200与所述半导体激光器电路300连接；
所述比较放大电路，用于接收模数转换器输出端输入的信号并将其比较及放大处理后转换为方波信号，从而根据所述方波信号为所述开关电路提供偏置电压；
所述开关电路200，用于根据所述偏置电压控制所述电源3.3AT与所述半导体激光器电路300的通断；
所述半导体激光器电路300，用于在与电源3.3AT导通时发射激光，在与电源3.3AT断开时停止发射激光。
易于理解的是，模数转换器输出端输入的信号被发送至比较放大电路100进行比较及放大，使得其电压等级达到控制开关电路200的要求，进而控制半导体激光电路的启停。
本实施例技术方案仅通过一个比较放大电路100与开关电路200即实现了半导体激光器U2的启停控制，在分布式光纤测温系统中，根据模数转换器的输出信号即可实现对应的控制，极大的简化了控制电路，一定程度上提升了控制电路的可靠性，降低了成本，减少了空间占用，减少了电量消耗与发热情况。
参照图2，还包括第一保护电路400及第二保护电路500；所述第一保护电路400与所述比较放大电路100连接，所述第二保护电路500与所述开关电路200连接；其中，
所述第一保护电路400，用于平缓输入至所述比较放大电路100的电压突变，滤除高频噪声；
所述第二保护电路500，用于在所述开关电路200导通时，平缓输入至所述半导体激光器电路300的电压突变，滤除高频噪声，并在突然断电时为所述半导体激光器电路300提供缓慢降低的电压。
需要说明的是，由于比较放大电路100与半导体激光器U2控制电路接入的电源3.3AT并不是同一个电源3.3AT端口，因此本实施例使用两个保护电路分别对两个电路进行保护，分开电源3.3AT的方式可以降低激光器耗电对比较放大电路100的干扰，提高了发送至开关电路200的控制信号的精准程度。
参照图3，所述比较放大电路100包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1及电压比较器U1；其中，
所述第一电阻R1的第一端与所述模数转换器输出端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述电压比较器U1的同向输入端连接，所述电压比较器U1的反向输入端与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述半导体激光器电路300的对地端连接，所述电压比较器U1的输出端与所述第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述开关电路200的控制端连接，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接，所述第二电阻R2的第二端与模拟接地端AGT连接，所述第一电容C1的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接，所述第一电容C1的第二端与模拟接地端AGT连接，所述电压比较器U1的电源3.3AT输入端与所述电源3.3AT连接，所述电压比较器U1的接地端与模拟接地端AGT连接。
需要说明的是，本实施例电压比较器U1的反向输入端经过第四电阻R4后，再经由半导体激光器电路300的部分元器件，最终与模拟接地端AGT连接，即电压比较器U1将模数转换器输出端输出至比较放大电路100的信号波转换为方波，从而实现对开关电路200的控制。
具体地，所述开关电路200包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的集电极与电源3.3AT连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述半导体激光器电路300连接，所述第一三极管Q1的基极与所述比较放大电路100的输出端连接。
值得说明的是，本实施例仅使用一个三极管即可实现对半导体激光器电路300的控制，极大的简化了电路设计，减小了控制电路的面积，使得控制电路能够安装进更狭窄的区域中，增大了适用场景。
具体地，所述半导体激光器电路300包括第一二极管D1、第五电阻R5、第六电阻R6及半导体激光器U2；其中，
第一二极管D1的输出端与所述开关电路200的输出端连接，所述第一二极管D1的输入端与所述第五电阻R5及所述第六电阻R6的第一端连接，所述第五电阻R5及所述第六电阻R6的第二端与模拟接地端AGT连接，所述第五电阻R5的第一端还与所述半导体激光器电路300的反向接地端连接，所述第六电阻R6的第二端还与所述半导体激光器U2的检测保护正极连接，所述半导体激光器U2的激光正极与所述第一二极管D1的输出端连接，所述半导体激光器U2的激光负极与所述第一二极管D1的输入端连接，所述半导体激光器U2的第一可变电阻端、制冷正极、制冷负极以及检测保护负极不连接，所述半导体激光器U2的第二可变电阻端与模拟接地端AGT连接。
易于理解的是，开关电路200导通时，半导体激光器U2的激光正极与激光负极之间形成电压差，半导体激光器U2中的激光组件开始工作，本实施例还通过将半导体激光器U2的第二可变电阻端及检测保护正极接地，实现对半导体激光器U2的诱骗，使得半导体激光器U2在部分组件不工作的情况下实现激光组件正常工作，由于本实施例技术方案的使用场景大都功耗较小，因此并不需要使用半导体激光器U2中的可变电阻组件、检测保护组件及制冷组件，上述组件的停用可以进一步降低电量消耗，进一步减少整体发热。
具体地，所述第一保护电路400包括第二电容C2及第三电容C3；其中，
所述第二电容C2的第一端与电源3.3AT连接，所述第二电容C2的第二端与模拟接地端AGT连接，所述第三电容C3的第一端与电源3.3AT连接，所述第三电容C3的第二端与模拟接地端AGT连接。
需要说明的是，在本实施例中第二电容C2为有极性电容，第一保护电路400用于保护比较放大电路100，本实施例使用一个有极性电容及一个普通电容实现平缓输入至所述比较放大电路100的电压突变，滤除高频噪声，通过有极性电容极大的减少了模拟接地端AGT可能存在的电荷对比较放大电路100形成冲击，通过普通电容增加了保护电路的容值，以较低的成本实现了采用单一大容值的有极性电容的效果，且由于同等类型的电容器，容值越大体积越大，使用两个电容器的空间占用与使用一个同容值的电容器空间占用较为接近，在实际使用中并不会增加电路板的大小。
具体地，所述第二保护电路500包括第四电容C4及第五电容C5；其中，
所述第四电容C4的第一端与电源3.3AT连接，所述第四电容C4的第二端与模拟接地端AGT连接，所述第五电容C5的第一端与电源3.3AT连接，所述第五电容C5的第二端与模拟接地端AGT连接。
易于理解的是，在本实施例中，第二保护电路500的电路连接与第一保护电路400相同，不同点在于第一保护电路400保护的是比较放大电路100，而第二保护电路500保护的是半导体激光器电路300，因此第二保护电路500中的电容容值会大于第一保护电路400中的电容容值。
本实施例通过公开具体的电路连接，完善了本申请技术方案，模数转换器输出端输入至比较放大电路100后，抵达电压比较器U1的同相输入端，而后电压比较器U1将输入信号变为方波后发送至开关电路200的第一三极管Q1基极，通过转换后的方波实现对第一三极管Q1的通断控制，进而驱动半导体激光器U2，并通过两个分开的电源3.3AT端及第一保护电路400与第二保护电路500实现了对电压比较器U1及半导体激光器U2的保护，提升了控制的准确程度，延长了电路的使用寿命。
本发明还提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置，该用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置包括如上所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，该用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路的具体结构参照上述实施例，由于本用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法，所述用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法包括：
所述比较放大电路100接收模数转换器输出端输入至所述比较放大电路100的信号并与模拟接地端AGT进行比较及放大得到比较结果信号，从而根据所述比较结果信号为所述开关电路200提供偏置电压；
易于理解的是，由于分布式光纤测温系统依赖光时域反射原理和拉曼散射效应需要快速实现激光器的通断，本实施例通过模数转换器输出端输出的信号进行控制，由于模数转换器输出端输出的信号的波形并不能直接控制因此需要进行比较放大电路100的转换。
所述开关电路200根据所述偏置电压控制电源3.3AT与所述半导体激光器电路300的通断；
需要说明的是，经过比较放大电路100转换的信号可以实现对开关电路200的控制，而该信号能量较为微弱，仅能提供开关作用，并不能为半导体激光器电路300供电，因此需要在开关电路200外接入电源3.3AT，通过该电源3.3AT为半导体激光电路供电。
所述半导体激光器电路300在与电源3.3AT导通时发射激光，在与电源3.3AT断开时停止发射激光。
值得强调的是，由于半导体激光器电路300在工作时需要消耗电能，且其主要供电电源3.3AT为与开关电路200连接的电源3.3AT，因此可以实现在与该电源3.3AT导通时发射激光，在与该电源3.3AT断开时停止发射激光的效果。
需要说明的是，用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法至少具有上述实施例所带来的有益效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种用于分布式光纤测温系统的激光器，所述用于分布式光纤测温系统的激光器设置于分布式光纤测温系统中，包括如上所述的用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置，或者所述用于分布式光纤测温系统的激光器应用如上所述的用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法；易于理解的是，该用于分布式光纤测温系统的激光器至少具有上述实施例所带来的有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，所述用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路包括比较放大电路、开关电路及半导体激光器电路；所述比较放大电路与所述开关电路连接，所述开关电路与所述半导体激光器电路连接；其中，
所述比较放大电路，用于接收模数转换器输出端输入的信号并将其比较及放大处理后转换为方波信号，从而根据所述方波信号为所述开关电路提供偏置电压；
所述开关电路，用于根据所述偏置电压控制电源与所述半导体激光器电路的通断；
所述半导体激光器电路，用于在与电源导通时发射激光，在与电源断开时停止发射激光。
2.根据权利要求1所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，还包括第一保护电路及第二保护电路；所述第一保护电路与所述比较放大电路连接，所述第二保护电路与所述开关电路连接；其中，
所述第一保护电路，用于对电源输出的电压执行平缓电压突变，滤除高频噪声的步骤后输出至所述比较放大电路；
所述第二保护电路，用于在所述开关电路导通时，对输出至所述半导体激光器电路的电压执行平缓电压突变，滤除高频噪声的步骤，并在突然断电时为所述半导体激光器电路提供缓慢降低的电压。
3.根据权利要求1或2所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，所述比较放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容及电压比较器；其中，
所述第一电阻的第一端与所述模数转换器输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述电压比较器的同向输入端连接，所述电压比较器的反向输入端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述半导体激光器电路的对地端连接，所述电压比较器的输出端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述开关电路的控制端连接，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端与模拟接地端连接，所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端与模拟接地端连接，所述电压比较器的电源输入端与所述电源连接，所述电压比较器的接地端与模拟接地端连接。
4.根据权利要求3所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括第一三极管，所述第一三极管的集电极与电源连接，所述第一三极管的发射极与所述半导体激光器电路连接，所述第一三极管的基极与所述比较放大电路的输出端连接。
5.根据权利要求1或2或4所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，所述半导体激光器电路包括第一二极管、第五电阻、第六电阻及半导体激光器；其中，
第一二极管的输出端与所述开关电路的输出端连接，所述第一二极管的输入端与所述第五电阻及所述第六电阻的第一端连接，所述第五电阻及所述第六电阻的第二端与模拟接地端连接，所述第五电阻的第一端还与所述半导体激光器电路的反向接地端连接，所述第六电阻的第二端还与所述半导体激光器的检测保护正极连接，所述半导体激光器的激光正极与所述第一二极管的输出端连接，所述半导体激光器的激光负极与所述第一二极管的输入端连接，所述半导体激光器的第一可变电阻端、制冷正极、制冷负极以及检测保护负极不连接，所述半导体激光器的第二可变电阻端与模拟接地端连接。
6.根据权利要求2所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，所述第一保护电路包括第二电容及第三电容；其中，
所述第二电容的第一端与电源连接，所述第二电容的第二端与模拟接地端连接，所述第三电容的第一端与电源连接，所述第三电容的第二端与模拟接地端连接。
7.根据权利要求2所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路，其特征在于，所述第二保护电路包括第四电容及第五电容；其中，
所述第四电容的第一端与电源连接，所述第四电容的第二端与模拟接地端连接，所述第五电容的第一端与电源连接，所述第五电容的第二端与模拟接地端连接。
8.一种用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置，其特征在于，所述用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置包括如权利要求1-7任意一项所述的用于分布式光纤测温系统的激光器驱动电路。
9.一种用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法，其特征在于，所述用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法包括：
所述比较放大电路接收模数转换器输出端输入的信号并将其比较及放大处理后转换为方波信号，从而根据所述方波信号为所述开关电路提供偏置电压；
所述开关电路根据所述偏置电压控制电源与所述半导体激光器电路的通断；
所述半导体激光器电路在与电源导通时发射激光，在与电源断开时停止发射激光。
10.一种用于分布式光纤测温系统的激光器，其特征在于，所述用于分布式光纤测温系统的激光器设置于高压线缆的电场中，包括如权利要求8所述的用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置，或者所述用于分布式光纤测温系统的激光器应用权利要求9所述的用于分布式光纤测温系统的激光器控制装置的控制方法。
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