CN115766781A - 一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统，所述方法包括：S1、将各个光纤传感设备、监控电路板卡和上位机进行连接，然后利用上位机中的监控软件设置监控参数；S2、利用监控电路板卡中的通信单元接收各个光纤传感设备传输的通信信号，并对所接收的通信信号进行识别处理，然后传输给上位机中的监控软件；S3、上位机中的监控软件对所接收的识别处理结果进行显示。本发明通过所述监控电路板卡将各个光电器件进行统一监控，使其对外通信接口简单、数据参数汇总，可实时监控各个光电器件的工作状态，能够提供故障快速定位和应急故障处理，为快速维护提供充分保障，从而更好保障海洋声呐和水声通信的光纤传感设备的正常运行。

Description

一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统

技术领域

本发明涉及海洋装备监控技术领域，尤其涉及一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统。

背景技术

目前，用于海洋声呐和水声通信的光纤传感设备，其包含多种光电器件，如可调制窄线宽光源，光放大器，光衰减器等，对这类重要光电器件进行监控，可以实时反馈光纤传感设备的工作状态，从而为光纤传感设备的正常工作和快速维护提供保障。

而各个光电器件都有属于自身的监控接口和协议，而光纤传感设备是由多个和多种类光电器件组成，在没有统一监控系统的情况下，想要同时监控这些光电器件是无法完成的事情。

鉴于此，研究一种能够同时监控光纤传感设备中的多种光电器件的监控方法及其监控系统是本技术领域人员需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统。

本发明提供的一种海洋光纤传感设备监控方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将各个光纤传感设备分别与监控电路板卡连接，监控电路板卡与上位机进行连接，然后利用上位机中的监控软件设置监控参数；

S2、基于监控电路板卡对各个光纤传感设备进行监控，并利用监控电路板卡中的通信单元接收各个光纤传感设备传输的通信信号，然后对所接收的通信信号进行识别处理，并传输给上位机；

S3、上位机中的监控软件对所接收的识别处理结果进行显示。

优选地，所述步骤S2中对所接收的通信信号进行识别处理的具体实现方式包括：

S21、判断监控电路板卡中通信单元所接收的通信信号是否为正确通信协议；若是则进入步骤S22，若否，则返回错误码；

S22、基于预设命令识别字节对该通信信号所对应的光纤传感模块进行判断识别，若为透传协议，则进入步骤S23；若为全参数返回命令，则进入步骤S24；若为光源调制幅度命令，则进入步骤S25

S23、监控电路板卡直接将该透传协议传输给上位机中的监控软件；

S24、监控电路板卡对该通信信号的数据进行排序后传输给上位机中的监控软件；

S25、监控电路板卡根据该通信信号中的命令识别号和通道号选择对应的光源调制通道，并根据操作模式参数进行读、写或存储操作，其中：读操作是指将对应的光源调制通道存储在EEPROM的参数读取出来并发送出去；写操作是指改变对应的光源调制通道调制参数；存储操作是指将所接收通信信号中的调制幅度参数存储在EEPROM中。

优选地，所述步骤S21中通过帧头和帧尾以及校验位的方法判断监控电路板卡中通信单元所接收的通信信号是否为正确通信协议。

优选地，所述步骤S24中监控电路板卡对该通信信号的数据进行排序的顺序依次为：光源数据、光放大器数据和光衰减器数据。

本发明还提供了一种海洋光纤传感设备监控系统，采用上述所述的海洋光纤传感设备监控方法进行监控，其包括上位机和若干个光纤传感设备，以及分别与上位机和若干个光纤传感设备连接的监控电路板卡，所述上位机内设有与监控电路板卡连接的监控软件，所述监控软件用于设置和读取监控参数，以及根据监控电路板卡的数据对各个光纤传感设备操作进行控制，并对监控电路板卡所传输的通信信号进行显示；监控电路板卡包括数据处理单元、存储单元、通信单元和供电单元，数据处理单元用于接收各个光纤传感设备所传输的通信信号并进行识别处理，存储单元用于对数据处理单元所识别处理的通信信号进行存储，通信单元用于实现监控电路板卡与各个光纤传感设备以及监控电路板卡与上位机之间进行数据交互，供电单元用于给各个光纤传感设备供电。

优选地，所述数据处理单元包括用于对可调制窄线宽光源进行相位调制的调制单元以及用于对通信信号进行电平转换的电平转换单元。

优选地，所述通信单元的通信方式为RS485模式或/和RS232模式。

优选地，所述监控电路板卡与各个光电器件连接的电气接口为J30J-9TJNP5-J，监控电路板卡与上位机连接的电气接口为J30J-15TJNP5-J。

优选地，所述供电单元包括用于控制可调制窄线宽光源供电通断的第一供电单元、用于对光放大器供电通断的的第二供电单元以及用于控制光衰减器供电通断的第三供电单元。

优选地，所述第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元均由两对输入电源组成，所述两对输入电源分别为12V电源和5V电源。

与现有技术相比，本发明提出了一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统，该方法将用于海洋声呐和水声通信的光纤传感设备中的多个多种类的光电器件进行统一监控，使其对外通信接口简单、数据参数汇总，可实时监控各个光电器件的工作状态，能够提供故障快速定位和应急故障处理，为快速维护提供充分保障，从而更好保障海洋声呐和水声通信的光纤传感设备的正常运行。

附图说明

图1是本发明中一种海洋光纤传感设备监控方法的流程图，

图2是本发明中一种海洋光纤传感设备监控系统的结构框图，

图3是本发明中上位机监控软件可调制窄线宽光源界面；

图4是本发明中监控软件光放大器界面；

图5是本发明中监控软件光衰减器界面；

图6是本实施例中不同输入电源供电接口的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，图1示出了一种海洋光纤传感设备监控方法的具体流程。

在其中一个实施例中，一种海洋光纤传感设备监控方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将各个光纤传感设备分别与监控电路板卡连接，监控电路板卡与上位机进行连接，然后利用上位机中的监控软件设置监控参数；

S2、基于监控电路板卡对各个光纤传感设备进行监控，并利用监控电路板卡中的通信单元接收各个光纤传感设备传输的通信信号，然后对所接收的通信信号进行识别处理，并传输给上位机；

在本步骤中，所述监控电路板卡对所接收的通信信号进行识别处理的具体实现方式包括：

S21、判断监控电路板卡中通信单元所接收的通信信号是否为正确通信协议；若是则进入步骤S22，若否，则返回错误码；

S22、基于预设命令识别字节对该通信信号所对应的光纤传感模块进行判断识别，若为透传协议，则进入步骤S23；若为全参数返回命令，则进入步骤S24；若为光源调制幅度命令，则进入步骤S25；具体来说，每一个光纤传感设备中均设有对应的光纤传感模块，预设的命令识别字节包括命令识别号和通道号，通过命令识别号识别出对应光电传感设备的类型，利用通道号识别到具体对应该类型的具体哪一个光电传感设备；

S23、监控电路板卡直接将该透传协议传输给上位机中的监控软件；

S24、监控电路板卡对该通信信号的数据进行排序后传输给上位机中的监控软件；

S25、监控电路板卡根据该通信信号中的命令识别号和通道号选择对应的光源调制通道，并根据操作模式参数进行读、写或存储操作，其中：读操作是指将对应的光源调制通道存储在EEPROM的参数读取出来并发送出去；写操作是指改变对应的光源调制通道调制参数；存储操作是指将所接收通信信号中的调制幅度参数存储在EEPROM中；

S3、上位机监控软件对所接收的识别处理结果进行显示。

本实施例中，通过所述监控电路板卡将用于海洋声呐和水声通信的光纤传感设备中的多个多种类的光电器件进行统一监控，使其对外通信接口简单、数据参数汇总，可实时监控各个光电器件的工作状态，能够提供故障快速定位和应急故障处理，为快速维护提供充分保障，从而更好保障海洋声呐和水声通信的光纤传感设备的正常运行。

在其中一个实施例中，所述监控电路板卡对通信信号的数据进行排序，排序的顺序依次为：光源数据、光放大器数据和光衰减器数据。

如图2所示，本实施例还提供了一种海洋光纤传感设备监控系统，采用上述所述的海洋光纤传感设备监控方法进行监控，其包括上位机和若干个光纤传感设备，以及分别与上位机和若干个光纤传感设备连接的监控电路板卡，所述上位机内设有与监控电路板卡连接的监控软件，所述监控软件用于设置和读取监控参数，以及根据监控电路板卡的数据对各个光纤传感设备操作进行控制，并对监控电路板卡所传输的通信信号进行显示；监控电路板卡包括数据处理单元、存储单元、通信单元和供电单元，数据处理单元用于接收各个光纤传感设备所传输的通信信号并进行识别处理，存储单元用于对数据处理单元所识别处理的通信信号进行存储，通信单元用于实现监控电路板卡与各个光纤传感设备以及监控电路板卡与上位机之间进行数据交互，供电单元用于给各个光纤传感设备供电。

其中，所述数据处理单元包括用于对可调制窄线宽光源进行相位调制的调制单元以及用于进行电平转换的电平转换单元。

其中，所述通信单元的通信方式为RS485模式或/和RS232模式。

其中，所述监控电路板卡与各个光电器件连接的电气接口为J30J-9TJNP5-J，监控电路板卡与上位机连接的电气接口为J30J-15TJNP5-J。

其中，所述供电单元包括用于控制可调制窄线宽光源供电通断的第一供电单元、用于对光放大器供电通断的的第二供电单元以及用于控制光衰减器供电通断的第三供电单元。

其中，所述第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元均由两对输入电源组成，所述两对输入电源分别为12V电源和5V电源。需要说明的是，两对输入电源的供电接口均为一对通孔焊盘，其中所述12V电源供电接口的通孔直径1.0mm，通孔焊盘直径1.5mm，如图6a所示；5V电源供电接口的通孔直径2.0mm，焊盘直径3.5mm，如图6b所示。

在本实施例中，所述监控电路板包含8个光源通信调制供电电路，分别为光源通信调制供电电路1、光源通信调制供电电路2、光源通信调制供电电路3、光源通信调制供电电路4、光源通信调制供电电路5、光源通信调制供电电路6、光源通信调制供电电路7、光源通信调制供电电路8，8个光放大器通信供电电路，分别为光放大器通信供电电路9、光放大器通信供电电路10、光放大器通信供电电路11、光放大器通信供电电路12、光放大器通信供电电路13、光放大器通信供电电路14、光放大器通信供电电路15、光放大器通信供电电路16，4个光衰减器通信供电电路，分别为光衰减器通信供电电路17、光衰减器通信供电电路18、光衰减器通信供电电路19、光衰减器通信供电电路20，1片FPGA核心芯片25，1片EEPROM存储芯片26，4个快速电平转换电路，分别为快速电平转换电路21、快速电平转换电路22、快速电平转换电路23、快速电平转换电路24，1个对外通信电路27，输入供电电路29。其中上位机监控软件34是在上位机上运行的监控软件，其包含3个主界面，分别是光源监控界面，光放大器监控界面，光衰减器监控界面，如图3，4，5所示。而监控电路板和运行监控软件的上位机，可通过通信线缆35连接。

本实施例中，所述8个光源通信调制供电电路为相同电路，本发明以光源通信调制供电电路1作实施说明。光源通信调制供电电路1包含3部分功能，分别是通信，调制和供电功能。其中通信电路部分为RS232电路通信，采用一个max3232芯片电路作为通信电路，其中调制电路为一个分辨率12位的数模转换芯片AD5444，其作用为将数字余弦信号转换为模拟余弦信号，然后通过OPA429放大器将AD5444的电流模拟信号转换为电压模拟信号，继续通过OPA429放大器将模拟余弦信号放大，模拟信号幅值最大可达10V。其中供电电路为一个P沟道MOS管，由FPGA管脚控制MOS管的通断，从而控制给光源进行供电的通断。

本实施例中，所述8个光放大器通信供电电路为相同电路，以光放大器通信供电电路9作实施说明，光放大器通信供电电路9包含两部分功能，分别是通信，供电功能，其中通信电路部分为RS232电路通信，采用一个max3232芯片电路作为通信电路，供电电路为一个P沟道MOS管，由FPGA管脚控制MOS管的通断，从而控制给光放大器进行供电的通断。

本实施例中，4个光衰减器通信供电电路为相同电路，以光衰减器通信供电电路17作实施说明光衰减器通信供电电路17包含两部分功能，分别是通信，供电功能，其中通信电路部分为RS232电路通信，采用一个max3232芯片电路作为通信电路，供电电路为一个P沟道MOS管，由FPGA管脚控制MOS管的通断，从而控制给光衰减器进行供电的通断。

本实施例中，4个快速电平转换电路为相同电路，以快速电平转换电路21作实施说明。快速电平转换电路21采用单路电平转换芯片SN74LVC1T45，其有两种设置模式，输入和输出模式，可通过FPGA管脚控制其方向，给高电平为输出方向，给低电平为输入方向。这样可作为时钟输入或输出使用，也可以作为脉冲调制信号输入和输出使用。

本实施例中，所述对外通信电路27，包含两种通信方式，分别是RS485方式和RS232方式，其中RS485电路通信，采用一个max3485芯片电路作为通信电路。其中RS232电路通信，采用一个max3232芯片电路作为通信电路。可根据上位机配置选择其中一种通信方式进行数据交互。

本实施例中，所述监控电路板卡的FPGA核心芯片25内部程序逻辑实施如下：

根据对外通信电路27接收到的设于光电传感设备内模块的通信信号，通过帧头和帧尾以及校验位判断是否为正确通信协议，然后根据预设的命令识别字节识别出该通信信号对应哪一个光电传感设备的通信模块，具体来说，预设的命令识别字节包括命令识别号和通道号，通过命令识别号识别出对应光电传感设备的类型，利用通道号识别到具体对应该类型的具体哪一个光电传感设备。

通信协议中的其余的数据段就是对应的光源或光放大器或光衰减器的透传协议，FPGA核心芯片25内部程序逻辑会根据命令识别号和通道号将透传协议段发给相应的光电器件。

另外还有两种特殊命令识别号为全参数返回命令和光源调制幅度命令。

全参数返回命令没有多的数据段。

光源调制幅度命令，其余数据段为操作模式参数和调制幅度参数。

FPGA核心芯片25内部程序逻辑给外通信电路27发送的通信信号，完全依据接受的信号进行识别发送，其中：

如全参数返回命令，FPGA核心芯片25内部程序逻辑会将所有模块的温度，故障码，对应模块的特殊参数进行排序后发送，排序方式为先是光源数据，接着是光放大器数据，最后是光衰减器数据；

如光源调制幅度命令，FPGA核心芯片25内部程序逻辑会根据命令识别号和通道号选择对应光源调制通道，然后根据操作模式参数进行读操作或写操作或存储操作，读操作为将对应光源调制通道储存在EEPROM的参数读取出来然后发送出去，写操作为改变光源调制通道调制参数，存储操作为将接收到的通信协议中的调制幅度参数存储在EEPROM中；

如是透传协议，FPGA核心芯片25内部程序逻辑会将接收到的光电器件协议不做更改，直接通过对外通信电路27发送给上位机监控软件。

本实施例中，所述上位机的监控软件34是在上位机上运行的监控软件，其包含3个主界面，分别是可调制窄线宽光源监控界面、光放大器监控界面和光衰减器监控界面。

如图3所示，可调制窄线宽光源监控界面包含三栏，分别是光源参数设置、调制参数设置和光源参数读取显示，其中：

光源参数设置栏包含对8个光源的驱动电流设置，从而改变对应光源的输出功率，可分别对8个光源进行驱动电流读或写操作；

调制参数设置栏包含对8个光源的调制参数设置，从而改变对应的调制幅度，可分别对8个光源的调制幅度进行读或写或存储操作；

光源参数读取显示栏包含8个光源的温度、输出功率、故障显示。并根据故障参数自动切断对应光源的电源。

如图4所示，光放大器监控界面包含两栏，分别是光放大器参数设置和光放大器参数读取显示，其中：

光放大器参数设置栏包含对8个光放大器的设定电流设置，从而改变对应光放大器的输出功率，可分别对8个光放大器进行设定电流读或写操作；

光放大器参数读取显示栏包含8个光放大器的温度、实际功率、实际工作电流、故障显示。并根据故障参数自动切断对应光放大器的电源。

如图5所示，光衰减器监控界面包含功能相同的四栏，分别是光衰减器1、光衰减器2、光衰减器3和光衰减器4，本实施例以光衰减器1栏作实施说明。

光衰减器1栏8通道光衰减值的读写设置和8通道光衰减值，输入功率，输出功率以及模块温度的显示。

本实施例中，所述上位机的监控软件34通过界面右上角的连接按钮进行连接通信，存储按钮设置是否存储光电器件参数，通过退出按钮退出运行状态并关闭软件。

以上对本发明所提供的一种海洋光纤传感设备监控方法及其监控系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海洋光纤传感设备监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将各个光纤传感设备分别与监控电路板卡连接，监控电路板卡与上位机进行连接，然后利用上位机中的监控软件设置监控参数；

S2、基于监控电路板卡对各个光纤传感设备进行监控，并利用监控电路板卡中的通信单元接收各个光纤传感设备传输的通信信号，然后对所接收的通信信号进行识别处理，并传输给上位机；

S3、上位机中的监控软件对所接收的识别处理结果进行显示。

2.如权利要求1所述的海洋光纤传感设备监控方法，其特征在于，所述步骤S2中对所接收的通信信号进行识别处理的具体实现方式包括：

S21、判断监控电路板卡中通信单元所接收的通信信号是否为正确通信协议；若是则进入步骤S22，若否，则返回错误码；

S22、基于预设命令识别字节对该通信信号所对应的光纤传感模块进行判断识别，若为透传协议，则进入步骤S23；若为全参数返回命令，则进入步骤S24；若为光源调制幅度命令，则进入步骤S25

S23、监控电路板卡直接将该透传协议传输给上位机中的监控软件；

S24、监控电路板卡对该通信信号的数据进行排序后传输给上位机中的监控软件；

S25、监控电路板卡根据该通信信号中的命令识别号和通道号选择对应的光源调制通道，并根据操作模式参数进行读、写或存储操作，其中：读操作是指将对应的光源调制通道存储在EEPROM的参数读取出来并发送出去；写操作是指改变对应的光源调制通道调制参数；存储操作是指将所接收通信信号中的调制幅度参数存储在EEPROM中。

3.如权利要求2所述的海洋光纤传感设备监控方法，其特征在于，所述步骤S21中通过帧头和帧尾以及校验位的方法判断监控电路板卡中通信单元所接收的通信信号是否为正确通信协议。

4.如权利要求3所述的海洋光纤传感设备监控方法，其特征在于，所述步骤S24中监控电路板卡对该通信信号的数据进行排序的顺序依次为：光源数据、光放大器数据和光衰减器数据。

5.一种海洋光纤传感设备监控系统，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的海洋光纤传感设备监控方法进行监控，其包括上位机和若干个光纤传感设备，以及分别与上位机和若干个光纤传感设备连接的监控电路板卡，所述上位机内设有与监控电路板卡连接的监控软件，所述监控软件用于设置和读取监控参数，以及根据监控电路板卡的数据对各个光纤传感设备操作进行控制，并对监控电路板卡所传输的通信信号进行显示；监控电路板卡包括数据处理单元、存储单元、通信单元和供电单元，数据处理单元用于接收各个光纤传感设备所传输的通信信号并进行识别处理，存储单元用于对数据处理单元所识别处理的通信信号进行存储，通信单元用于实现监控电路板卡与各个光纤传感设备以及监控电路板卡与上位机之间进行数据交互，供电单元用于给各个光纤传感设备供电。

6.如权利要求5所述的海洋光纤传感设备监控系统，其特征在于，所述数据处理单元包括用于对可调制窄线宽光源进行相位调制的调制单元以及用于对通信信号进行电平转换的电平转换单元。

7.如权利要求6所述的海洋光纤传感设备监控系统，其特征在于，所述通信单元的通信方式为RS485模式或/和RS232模式。

8.如权利要求7所述的海洋光纤传感设备监控系统，其特征在于，所述监控电路板卡与各个光电器件连接的电气接口为J30J-9TJNP5-J，监控电路板卡与上位机连接的电气接口为J30J-15TJNP5-J。

9.如权利要求8所述的海洋光纤传感设备监控系统，其特征在于，所述供电单元包括用于控制可调制窄线宽光源供电通断的第一供电单元、用于对光放大器供电通断的的第二供电单元以及用于控制光衰减器供电通断的第三供电单元。

10.如权利要求9所述的海洋光纤传感设备监控系统，其特征在于，所述第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元均由两对输入电源组成，所述两对输入电源分别为12V电源和5V电源。

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