CN114216489B - 一种模块化的光传感解调系统及调解方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种模块化的光传感解调系统及调解方法，采用可拔插结构后互换性强，当光路中的易损件损坏时可以对损坏的光路进行及时的更换。光接收发射模块中将光路部分与电路部分分开，电路部分设有光接收发射模块的插槽，能够实现对光传感器的拔插设置。在光接收发射模块中，采用了有差分输出的跨阻放大器进行光电流的电压转换与放大，解决了模块化造成的噪声和外界干扰增大的问题。采集后的传感数据通过信号处理单元进行数字封包后通讯到数据处理中心，无需在解调系统中进行进一步的处理，从而降低系统的成本。
Description
技术领域
本申请属于光传感技术领域，尤其是涉及一种模块化的光传感解调系统及调解方法。
背景技术
光传感技术凭借抗电磁干扰、电绝缘性好、耐高温高压、可分布式测量等电类传感不具备的特有优点，在航空航天、隧道桥梁、油罐煤田、交通运输等领域具有广泛的应用潜力，可实现对应变、温度、振动等多种物理量的测量。
光传感系统包括传感和解调两个过程。传感过程是指外界参量（如温度、应变等）对光的强度、波长、相位光参数等进行调制。而解调过程与传感过程相反，是将传感器反映的光参数的变化量和外界参量变化相对应的精确测量。传统的光传感解调仪硬件部分主要包括激光器，激光器控制模块、光电转换模块、采样模块和通信模块。另外，解调仪硬件电路需要电源模块对各功能模块进行供电。激光器驱动模块中的自动功率控制电路和温控电路保证激光器功率的稳定。光信号经过传感器调制进入光电探测器，利用光电探测器以及转换模块将光强转换为电压值，经采样模块中的数模转换单元将模拟信号转化为数字信号后进行数据的采样，采样后的数据通过通信模块与上位机软件进行数据通讯和交互。
目前的光传感解调仪器体积较大且无固定的行业标准，导致了该设备具有多个缺点：一、光路部分价格昂贵，且激光器等寿命相较电子器件较短，难以更换；二、光路通道数量固定，不适用于需求灵活的用户；三、解调仪器中光电探测器所输出的共模电流信号较小，需要经过电流电压转换以及电压放大器等部件转化为合适大小的电压信号且有比较大的噪声，难以实现模块化；四、难以将采集的数据上传从而实现传感场景的在线监测和云端数据处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种方便插接不同光传感器的模块化的光传感解调系统及调解方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种模块化的光传感解调系统，包括：光传感器、光接收发射模块、数模转换单元和信号采集处理单元，所述光接收发射模块通过可拔插接口与光传感器连接，光传感器能够将光信号发送到光接收发射模块并能够接收光接收发射模块的供电，光接收发射模块能够将模拟信号发送到数模转换单元，数模转换单元将模拟信号转换为数字信号后将数字信号发送到信号采集处理单元，并由信号采集处理单元通过通讯接口与其他设备进行通信；
所述光接收发射模块包括模块电接口、光源部分和光电转换部分，光源部分包括激光发生器以及激光器功率控制电路或稳压电路，光电转换部分包括光电探测器和跨阻放大器；
所述光电探测器用于接收光传感器的光信号并转换成模拟信号，所述光电探测器发出的模拟信号能够发送到跨阻放大器，跨阻放大器采用差模形式输出电压信号至模块电接口，检测装置检测跨阻放大器输出电信号的电压值，当电压值小于设定的第一预设阈值时，则判定传感信号丢失，当电压值大于等于设定的阈值时，则认为工作正常；
激光发生器通过稳压电路或激光器功率控制电路接收模块电接口的供电。
优选地，本发明的模块化的光传感解调系统，从稳压电路或激光器功率控制电路处检测电流大小以判断稳压电路或激光器功率控制电路是否处于工作状态。
优选地，本发明的模块化的光传感解调系统，所述光接收发射模块为多个，且同时与若干光传感器进行连接。
优选地，本发明的模块化的光传感解调系统，通讯接口为以下中的一种或者并列的多个：串口通信，串行外设接口，背板总线，以太网，无线通讯，无源光纤网络，光传送网络。
优选地，本发明的模块化的光传感解调系统，所述检测装置检测跨阻放大器输出电信号的电压值时，还检测电压值是否大于设定的第二预设阈值。
本发明还提供一种模块化的光传感解调方法，包括以下步骤：
S1：将光传感器插接在光接收发射模块上，激光发生器通过稳压电路或激光器功率控制电路接收模块电接口的供电，并由激光发生器发出光线进入光传感器；
S2：光电探测器用于接收光传感器的光信号并将光信号转换为模拟信号，光电探测器发出的模拟信号发送到跨阻放大器，并通过检测装置检测跨阻放大器输出电信号的电压值，当电压值小于设定的第一预设阈值时，则判定传感信号丢失，当电压值大于等于设定的第一预设阈值时，则认为工作正常；
S3：光传感器工作正常时，跨阻放大器采用差模形式输出电压信号至模块电接口，模块电接口再将信号发送到信号采集处理单元，并由信号采集处理单元通过通讯接口与其他设备进行通信。
优选地，本发明的模块化的光传感解调方法，S1步骤中，还从稳压电路或激光器功率控制电路处检测电流大小以判断稳压电路或激光器功率控制电路是否处于工作状态。
优选地，本发明的模块化的光传感解调方法，所述光接收发射模块为多个，且同时与若干光传感器进行连接。
优选地，本发明的模块化的光传感解调方法，通讯接口为以下中的一种或者并列的多个：串口通信，串行外设接口，背板总线，以太网，无线通讯，无源光纤网络，光传送网络。
优选地，本发明的模块化的光传感解调方法，S2步骤中，所述检测装置检测跨阻放大器输出电信号的电压值时，还检测电压值是否大于设定的第二预设阈值。
本发明的有益效果是：
本申请的模块化的光传感解调系统，采用可拔插结构后互换性强，当光路中的易损件（如激光器）损坏时可以对损坏的光路进行及时的更换。光接收发射模块中将光路部分与电路部分分开，电路部分设有光接收发射模块的插槽，能够实现对光传感器的拔插设置。在光接收发射模块中，采用了有差分输出的跨阻放大器进行光电流的电压转换与放大，解决了模块化造成的噪声和外界干扰增大的问题。采集后的传感数据通过信号处理单元进行数字封包后通讯到数据处理中心，无需在解调系统中进行进一步的处理，从而降低系统的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例中单一接口的模块化的光传感解调系统的结构示意图；
图2是本申请实施例中多接口的模块化的光传感解调系统的结构示意图；
图3是本申请实施例中光接收发射模块的结构示意图；
图4是本申请实施例2中光传感调解方法的流程图；
图中的附图标记为：
1 光传感器；
2 光接收发射模块；
3 数模转换单元；
4 信号采集处理单元；
5 通讯接口；
21 模块电接口；
22 光源部分；
23 光电转换部分；
221 激光发生器；
222 激光器功率控制电路；
223 稳压电路；
231 光电探测器；
232 跨阻放大器；
233 检测装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种模块化的光传感解调系统，如图1所示，包括：
光传感器1、光接收发射模块2、数模转换单元3和信号采集处理单元4，所述光接收发射模块2通过可拔插接口与光传感器1连接，光传感器1能够将光信号发送到光接收发射模块2并能够接收光接收发射模块2的供电，光接收发射模块2能够将模拟信号发送到数模转换单元3，数模转换单元3将模拟信号转换为数字信号后将数字信号发送到信号采集处理单元4，并由信号采集处理单元4通过通讯接口5与其他设备进行通信；
光接收发射模块2包括模块电接口21、光源部分22和光电转换部分23，光源部分22包括激光发生器221、激光器功率控制电路222、稳压电路223，光电转换部分23包括光电探测器231和跨阻放大器232；
所述光电探测器231用于接收光传感器1的模拟信号，所述光电探测器231发出的模拟信号发送到跨阻放大器232，跨阻放大器232采用差模形式输出电压信号至模块电接口21，并通过检测装置233检测跨阻放大器232输出电信号的电压值，当电压值小于设定的第一预设阈值时，则判定传感信号丢失，当电压值大于等于设定的第一预设阈值时，则认为工作正常；所述检测装置233还可以检测跨阻放大器232输出电信号的电压值时，还检测电压值是否大于设定的第二预设阈值。由于同种规格的光传感器1发出的光信号的频率（波长）和光强相同，因此再经过光信号转电信号后，电压值也处于基本相同的范围，通过电压值的阈值校验，可以判断光传感器1的种类是否为所需的种类；
激光发生器221通过稳压电路223或激光器功率控制电路222接收模块电接口21的供电，并且从稳压电路223或激光器功率控制电路222处检测电流大小以判断稳压电路223或激光器功率控制电路222是否处于工作状态。值得说明的是，需要根据实际应用中对精度要求，选择使用稳压电路223或激光器功率控制电路222之一。
本实施例的模块化的光传感解调系统，采用可拔插结构后互换性强，当光路中的易损件（如激光器）损坏时可以对损坏的光路进行及时的更换。光接收发射模块2中将光路部分与电路部分分开，电路部分设有光接收发射模块2的插槽，能够实现对光传感器1的拔插设置。在光接收发射模块2中，采用了有差分输出的跨阻放大器232进行光电流的电压转换与放大，解决了模块化造成的噪声和外界干扰增大的问题。采集后的传感数据通过信号处理单元4进行数字封包后通讯到数据处理中心，无需在解调系统中进行进一步的处理，从而降低系统的成本。
进一步地，所述光接收发射模块2为多个以同时与若干光传感器1进行连接。
进一步地，通讯接口5为以下中的一种或者并列的多个，为：串口通信（包括RS232，RS485，RS422, 通用串行总线（Universal Serial Bus， USB），串行外设接口(SerialPeripheral Interface)等通讯方式），背板总线（含通用接口总线（General-PurposeInterface Bus，GPIB）），以太网（光纤接口，RJ-45接口，FDDI接口等），无线通讯（包括5G，蓝牙，紫蜂，WIFI等无线通讯方式），无源光纤网络（PON接口），光传送网络（OTN接口）。
实施例2
本实施例提供一种模块化的光传感解调方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：将光传感器1插接在光接收发射模块2上，激光发生器221通过稳压电路223或激光器功率控制电路222接收模块电接口21的供电，并由激光发生器221发出光线进入光传感器1；
S2：光电探测器231用于接收光传感器1的光信号并将光信号转换为模拟信号，光电探测器231发出的模拟信号发送到跨阻放大器232，并通过检测装置233检测跨阻放大器232输出电信号的电压值，当电压值小于设定的第一预设阈值时，则判定传感信号丢失，当电压值大于等于设定的第一预设阈值时，则认为工作正常；
S3：光传感器1工作正常时，跨阻放大器232采用差模形式输出电压信号至模块电接口21，模块电接口21再将信号发送到信号采集处理单元4，并由信号采集处理单元4通过通讯接口5与其他设备进行通信。
进一步地，S1步骤中，还从稳压电路223或激光器功率控制电路222处检测电流大小以判断稳压电路223或激光器功率控制电路222是否处于工作状态。
进一步地，所述光接收发射模块2为多个，且同时与若干光传感器1进行连接。
进一步地，通讯接口5为以下中的一种或者并列的多个，为：串口通信，串行外设接口，背板总线，以太网，无线通讯，无源光纤网络，光传送网络。
进一步地，S2步骤中，所述检测装置检测跨阻放大器232输出电信号的电压值时，还检测电压值是否大于设定的第二预设阈值。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种模块化的光传感解调系统，其特征在于，包括：光传感器（1）、光接收发射模块（2）、数模转换单元（3）和信号采集处理单元（4），所述光接收发射模块（2）通过可拔插接口与光传感器（1）连接，光传感器（1）能够将光信号发送到光接收发射模块（2）并能够接收光接收发射模块（2）的供电，光接收发射模块（2）能够将模拟信号发送到数模转换单元（3），数模转换单元（3）将模拟信号转换为数字信号后将数字信号发送到信号采集处理单元（4），并由信号采集处理单元（4）通过通讯接口（5）与其他设备进行通信；
所述光接收发射模块（2）包括模块电接口（21）、光源部分（22）和光电转换部分（23），光源部分（22）包括激光发生器（221）以及激光器功率控制电路（222）或稳压电路（223），光电转换部分（23）包括光电探测器（231）和跨阻放大器（232）；
所述光电探测器（231）用于接收光传感器（1）的光信号并转换成模拟信号，所述光电探测器（231）发出的模拟信号能够发送到跨阻放大器（232），跨阻放大器（232）采用差模形式输出电压信号至模块电接口（21），检测装置（51）检测跨阻放大器（232）输出电信号的电压值，当电压值小于设定的第一预设阈值时，则判定传感信号丢失，当电压值大于等于设定的阈值时，则认为工作正常；
激光发生器（221）通过稳压电路（223）或激光器功率控制电路（222）接收模块电接口（21）的供电。
2.根据权利要求1所述的模块化的光传感解调系统，其特征在于，从稳压电路（223）或激光器功率控制电路（222）处检测电流大小以判断稳压电路（223）或激光器功率控制电路（222）是否处于工作状态。
3.根据权利要求1或2所述的模块化的光传感解调系统，其特征在于，所述光接收发射模块（2）为多个，且同时与若干光传感器（1）进行连接。
4.根据权利要求1或2所述的模块化的光传感解调系统，其特征在于，通讯接口（5）为以下中的一种或者并列的多个：串口通信，串行外设接口，背板总线，以太网，无线通讯，无源光纤网络，光传送网络。
5.根据权利要求1或2所述的模块化的光传感解调系统，其特征在于，所述检测装置（51）检测跨阻放大器（232）输出电信号的电压值时，还检测电压值是否大于设定的第二预设阈值。
6.一种模块化的光传感解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将光传感器（1）插接在光接收发射模块（2）上，激光发生器（221）通过稳压电路（223）或激光器功率控制电路（222）接收模块电接口（21）的供电，并由激光发生器（221）发出光线进入光传感器（1）；
S2：光电探测器（231）用于接收光传感器（1）的光信号并将光信号转换为模拟信号，光电探测器（231）发出的模拟信号发送到跨阻放大器（232），并通过检测装置（233）检测跨阻放大器（232）输出电信号的电压值，当电压值小于设定的第一预设阈值时，则判定传感信号丢失，当电压值大于等于设定的第一预设阈值时，则认为工作正常；
S3：光传感器（1）工作正常时，跨阻放大器（232）采用差模形式输出电压信号至模块电接口（21），模块电接口（2）（1）再将信号发送到信号采集处理单元（4），并由信号采集处理单元（4）通过通讯接口（5）与其他设备进行通信。
7.根据权利要求6所述的模块化的光传感解调方法，其特征在于，S1步骤中，还从稳压电路（223）或激光器功率控制电路（222）处检测电流大小以判断稳压电路（223）或激光器功率控制电路（222）是否处于工作状态。
8.根据权利要求6所述的模块化的光传感解调方法，其特征在于，所述光接收发射模块（2）为多个，且同时与若干光传感器（1）进行连接。
9.根据权利要求6或7所述的模块化的光传感解调方法，其特征在于，通讯接口（5）为以下中的一种或者并列的多个：串口通信，串行外设接口，背板总线，以太网，无线通讯，无源光纤网络，光传送网络。
10.根据权利要求6或7所述的模块化的光传感解调方法，其特征在于，S2步骤中，所述检测装置检测跨阻放大器（232）输出电信号的电压值时，还检测电压值是否大于设定的第二预设阈值。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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