CN113947887A - 一种基于光电技术的新型高频信号传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，针对信号检测电路中信号长距离传输信号频率差的问题，提供了以下技术方案，包括信号驱动单元和信号调理单元；信号驱动单元用于接收待测信号；信号调理单元用于收集信号数据；信号驱动单元与信号调理单元之间设置信号转换电路；信号调理单元外接信号输出单元；通过在信号转换电路中设置多模光纤实现对长距离信号的传输，能够在信号传输转换的过程中具备较强的抗干扰性能以及绝缘性能强。本发明借助光电转换器中设置的电压调制发光二极管的光强、电光转换器和光电转换器作用于线性区来实现高频模拟信号的传输。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测技术领域，更具体地说，它涉及一种基于光电技术的新型高频信号传输装置。
背景技术
尤其是现在科学技术和社会经济的高速发展，在建设、制造、服务、科研等领域，信号监测的需求越来越大，传感器的使用量也呈指数级增加；信号监测通常涉及传感器变换、信号采集、信号传输、信号还原（可视化）等环节；对于高频信号监测而言，传输信号的方式有两类：一是将待测信号通过高速采集装置转换为高速数字信号再通过信号电缆、光纤、无线网络传输，但是该种传输信号的采集装置功耗高和成本高；二是将待测信号调理为模拟电压信号直接通过信号电缆传输，该种传输方式由于长距离传输会使得信号频率响应差、抗干扰能力差且不适用于强电场环境；此外，高频信号的传输过程中的传输线具有较高的要求，由于高频信号在远距离传输的过程中会遇到调频、调幅等各种问题，因此对于高频信号传输过程中需要使用的传输介质具有更高的要求。
目前，授权公告号为CN108289368A的中国专利公开了一种高频信号传输结构，其包括空气腔及传输线，通过将空气腔制作形成阶梯形状，使传输线位于较空气腔较大孔径的一端，即空气腔在传输线所在的位置跨度最大，从而可以改善在压合形成空气腔时所承受的力，使在压合过程中空气腔不易变形，保证了空气腔的完整性。
该高频信号传输结构是通过改善空气腔的结构来实现高频信号的传输，并且整个传输的过程需要保证空气腔的结构不受压合变形。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，具有功耗低，便于高频模拟信号传输的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，包括信号驱动单元和信号调理单元；所述信号驱动单元用于接收待测信号；所述信号调理单元用于收集信号数据；所述信号驱动单元与所述信号调理单元之间设置信号转换电路，通过所述信号转换电路实现高频模拟信号的传输；所述信号调理单元连接信号输出单元。
采用上述技术方案，待测信号输入至信号驱动单元便于将信号输入至电路中，输入电路的信号经过信号转换电路进行转换，经过信号转换电路的信号在信号调理单元中进行处理，使得转换后输出的信号实现精细的处理，经信号调理单元处理后的信号最终通过信号输出单元进行输出，信号输出单元采用输出波形的形式来反映输出信号的状态。
进一步，所述待测信号由滤波放大电路输出，所述滤波放大电路上设置通过导线连接的电流传感器，所述滤波放大电路的输出端与所述信号驱动单元的输入端连接。
采用上述技术方案，待测信号由不同类型的传感器变换输出的高频信号，经过滤波放大电路将该信号进行放大传输。
进一步，所述电流传感器采用频带宽的罗格夫斯基线圈。
采用上述技术方案，电流传感器用于将导线中高频电流信号变换成可测量的电压信号，电流传感器与滤波放大电路连接，滤波放大电路输出的信号需匹配驱动单元的入口电平范围并符合测量频带要求。
进一步，所述信号驱动单元包括电源模块A和信号驱动电路A，所述信号驱动电路A的电压输入端与所述滤波放大电路的电压输出端连接，所述电源模块A的输出端与所述滤波放大电路的输入端连接，所述信号驱动单元的输出端连接信号转换电路。
采用上述技术方案，电源模块A采用磷酸铁锂电池组作为电源为电路供电，以便电路的正常运行，通过电源模块A供电后的电路，外接的待测信号经过信号驱动电路进行传输，实现待测信号与信号转换电路之间的接通。
进一步，所述信号转换电路包括电光转换器和光电转换器，用于电信号与光信号之间的转换；所述电光转换器与所述光电转换器之间设置多模光纤；所述电光转换器的输入端与所述信号驱动单元的输出端连接，所述光电转换器的输出端连接信号调理单元。
采用上述技术方案，使用多模光纤作为信号传输线具有抗干扰性能好和绝缘性能优异的特点，实现信号发送侧和接收侧的电气隔离，提高信号传输的效率。
进一步，所述电光转换器采用电压调幅方式将电压信号转换为光信号，所述光电转换器将电压调幅后的光信号转换为电压信号。
采用上述技术方案，光信号的光强随电压幅值呈线性变化，电压信号幅值随光强线性变化，光电转换器的核心部件为光电半导体；采用的光源为820纳米砷化铝嫁发光二极管。
进一步，所述多模光纤传输的信号为经电压调幅后的光信号。
采用上述技术方案，经过电压调幅后的光信号使得载波的振幅按照传送信号的变化规律而变化。
进一步，所述信号调理单元包括电源模块B和信号驱动电路B，用于将经过信号转换电路的信号进行传输；所述信号驱动电路B的电压输入端与所述光电转换器的输出端连接，所述电源模块B的输入端与所述光电转换器的输出端连接，所述信号驱动电路B的输出端连接信号输出单元。
采用上述技术方案，信号调理单元将经过信号转换电路调整后的信号数据进行采集或记录下信号转换电路过程中的信号转换的数据，以便该信号调理单元对信号的处理。
进一步，所述信号输出单元采用示波器，用于展现输出线号的波形，所述示波器的输入端与所述信号调理单元中的信号驱动电路的输出端连接。
采用上述技术方案，通过示波器将传输的信号展现为波形输出以便信号状态得到直观展示。
进一步，所述滤波放大电路、所述信号驱动单元、所述信号转换电路中的电光转换器布置于金属外壳内或集成到电流传感器外壳内。
采用上述技术方案，将滤波放大电路、信号驱动单元和电光转换器集成在外壳内部能够对于在现场使用的时候更加方便安装。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.采用多模光纤作为信号传输线，具备抗干扰性能好和绝缘性能优异的特点，能够可实现信号发送侧与接收侧的电气隔离，并采用电压调制发光二极管的光强度，使得电光转换器和光电转换器都工作于线性区，从而实现高频模拟信号的传输，实现该装置的系统频带范围处于赫兹至几十兆赫兹之间，便于信号传输；
2.采用该装置能够降低功耗，特别是在信号源侧部分的功耗极低；因此，对于不同场景下的高频信号传输时都能够使用该装置，提升高频信号传输的效率。
附图说明
图1为本发明实施例中的原理示意图；
图2为本发明实施例中展现待测信号的原理示意图；
图3为本发明实施例中峰值100A的浪涌冲击电流曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“ 设置”、连接应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，参见图1至图2，包括用于接收待测信号的信号驱动单元，用于收集信号数据的信号调理单元；通过在信号驱动单元与信号调理单元之间设置信号转换电路实现高频模拟信号的传输；具体体现为待测信号输入至信号驱动单元便于将信号输入至电路中，输入电路的信号经过信号转换电路实现信号的电光转换以及光电转换，经过信号转换电路的信号在通过信号调理单元对信号数据进行处理收集，以便得到精细处理后的信号，最后经过信号调理单元处理后的信号通过信号输出单元采用输出波形的形式来反映输出信号的状态进行输出。
具体的，待测信号由滤波放大电路输出，待测信号由不同类型的传感器变换输出的高频信号，经过滤波放大电路将该信号进行放大传输；滤波放大电路上设置通过导线连接的电流传感器，电流传感器采用频带宽、灵敏度高的罗格夫斯基线圈；用于将导线中高频电流信号变换成可测量的电压信号；电流传感器与滤波放大电路连接，滤波放大电路输出的信号需匹配驱动单元的入口电平范围并符合测量频带要求，随后滤波放大电路的电压输出端与信号驱动单元中的信号驱动电路A的输入端连接，通过信号驱动电路A的输出端与信号转换电路连接实现待测信号接入电路之后进行电信号与光信号之间的转换，信号驱动单元中的电源模块A的输出端与滤波放大电路的输入端连接，为电路提供电源驱动进行供电，其中电源模块A采用磷酸铁锂电池组作为电源为电路供电，以便电路的正常运行，通过电源模块A供电后的电路，待测信号经过信号驱动电路进行传输，实现待测信号与信号转换电路之间的接通。
信号转换电路中的电光转换器和光电转换器用于电信号与光信号之间的相互转换；在电光转换器与光电转换器之间设置多模光纤实现信号传输，由于多模光纤作为信号传输线具有抗干扰性能好和绝缘性能优异的特点，实现信号发送侧和接收侧的电气隔离，提高信号传输的效率；电光转换器的输入端与信号驱动单元的输出端连接，光电转换器的输出端连接信号调理单元；整个信号转换电路使用的过程中通过电光转换器采用电压调幅方式将电压信号转换为光信号，采用电压调制发光二极管的光强度，使得电光转换器和光电转换器都工作于线性区，采用的光源为820纳米砷化铝嫁发光二极管，实现高频模拟信号的传输，实现该装置的系统频带范围处于赫兹至几十兆赫兹之间；多模光纤将经过电压调幅后的光信号进行传输；经光电转换器将电压调幅后的光信号转换为电压信号，经过电压调幅后的光信号使得载波的振幅按照传送信号的变化规律而变化；其中光信号的光强随电压幅值呈线性变化，电压信号幅值随光强线性变化，光电转换器采用光电半导体作为核心部件帮助在信号转换电路中传输的高频信号的输送。
经过信号转换电路传输的信号进入信号调理单元，信号调理单元中信号驱动电路B的电压输入端以及电源模块B的输入端与光电转换器的输出端连接，电源模块B的输入端与光电转换器的输出端连接，实现信号调理单元将经过信号转换电路调整后的信号数据进行采集或记录下信号转换电路过程中的信号转换的数据，以便该信号调理单元对信号的处理；在信号驱动电路B的输出端连接采用示波器作为信号输出的信号输出单元，来展现输出线号的波形以便信号状态在示波器的波形上得到直观展示。
具体的，在该装置设计的过程中滤波放大电路、信号驱动单元、信号转换电路中的电光转换器可以布置于金属外壳内或集成到电流传感器外壳内；将滤波放大电路、信号驱动单元和电光转换器集成在外壳内部能够对于在现场使用的时候更加方便安装，并且由于装置的简单特性，对于携带和使用更加方便。
参见图3，当导线中流过装置监测频带范围内的电流信号为8/20µs，峰值为100A的浪涌冲击电流时，实时观测到的电流波形的形状，以便于掌握和观察信号的输出状态，此处的电源模块可以采用市电、太阳能或磷酸铁锂电池组作为电源。
本发明的工作原理：
本发明通过采用具备抗干扰性能强以及绝缘性能高的结构设置，并且采用功耗低的整套装置能够用于测量处于复杂电磁场及高电场环境下（例如高压输电线路）流过的高频电流信号，在高频信号进行传输的过程中采用多模光纤作为传输介质，由于多模光纤具有抗干扰性能好以及绝缘性能优异的特点，能够实现信号发送侧与接收侧的电气隔离，并且采用电压调制发光二极管的光强度，便于电光转换器和光电转换器都作用于线性区，实现高频模拟信号的传输，且整个装置的功耗低，节约成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：包括信号驱动单元和信号调理单元；所述信号驱动单元用于接收待测信号；所述信号调理单元用于收集信号数据；所述信号驱动单元与所述信号调理单元之间设置信号转换电路，通过所述信号转换电路实现高频模拟信号的传输；所述信号调理单元外接信号输出单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述待测信号由滤波放大电路输出，所述滤波放大电路上设置通过导线连接的电流传感器，所述滤波放大电路的输出端与所述信号驱动单元的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述电流传感器采用频带宽的罗格夫斯基线圈。
4.根据权利要求2所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述信号驱动单元包括电源模块A和信号驱动电路A，所述信号驱动电路A的电压输入端与所述滤波放大电路的电压输出端连接，所述电源模块A的输出端与所述滤波放大电路的输入端连接，所述信号驱动单元的输出端连接信号转换电路。
5.根据权利要求4所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述信号转换电路包括电光转换器和光电转换器，用于电信号与光信号之间的转换；所述电光转换器与所述光电转换器之间设置多模光纤；所述电光转换器的输入端与所述信号驱动单元的输出端连接，所述光电转换器的输出端连接信号调理单元。
6.根据权利要求5所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述电光转换器采用电压调幅方式将电压信号转换为光信号，所述光电转换器将电压调幅后的光信号转换为电压信号。
7.根据权利要求5所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述多模光纤传输的信号为经电压调幅后的光信号。
8.根据权利要求5所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述信号调理单元包括电源模块B和信号驱动电路B，用于将转换的信号进行传输；所述信号驱动电路B的电压输入端与所述光电转换器的输出端连接，所述电源模块B的输入端与所述光电转换器的输出端连接，所述信号驱动电路B的输出端连接信号输出单元。
9.根据权利要求8所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述信号输出单元采用示波器，用于展现输出线号的波形，所述示波器的输入端与所述信号调理单元中的信号驱动电路的输出端连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于光电技术的新型高频信号传输装置，其特征在于：所述滤波放大电路、所述信号驱动单元、所述信号转换电路中的电光转换器布置于金属外壳内或集成到电流传感器外壳内。
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| CN205507012U (zh) * | 2016-04-08 | 2016-08-24 | 哈尔滨理工大学 | 一种低损耗远距离传输局部放电超声信号的检测装置 |
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