CN215573365U - 光强信号监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光测试领域，提供了一种光强信号监控装置，包括：光电转换模块、功率放大模块、多路采集模块和上位机。本实用新型所提供的车灯光强信号监控装置可应用在一些需要用到光照的测试中，如对车灯进行电磁兼容测试、一些涉及亮度方面的环境测试等，首先通过光电转换模块将待测光信号实时转换为与光信号呈线性关系的电信号，再将该电信号功率放大后通过数据采集模块采集数据，上位机进行数据监控和判定。由于电信号与光信号呈线性关系，因此提供给数据采集模块的电信号数据线性度较好，通过数据处理，可以在上位机上量化呈现，监控过程自动化，不需要测试人员长时间看屏幕灯光，可以避免人为失误，提高测试准确性。

Description

光强信号监控装置

技术领域

本实用新型属于光测试领域，尤其涉及一种光强信号监控装置。

背景技术

在对车灯部件进行电磁兼容的抗干扰测试或在一些涉及亮度方面的环境测试中，需要对测试中的车灯或其他灯具的光强的变化进行监控，目前的监控光强变化的技术主要有以下两种：

1、人眼观测------检测人员通过摄像头及屏幕直接观测屏幕中的光强度变化。这种方式在实现上比较简单，仅需通过摄像头连接的屏幕观察即可，但是容易误判，一方面是因为人本身的原因，如长时间观测疲劳或者分心容易出错，另一方面因为摄像头本身照不出光强微弱的变化，导致无法发现问题，车灯亮度的变化也无法量化。

2、图像识别判断------通过摄像头对车灯或其他灯具的光进行成像，分析图像的光强变化。这种方式自动化程度高，避免人员长期测试的用眼疲劳，避免人员误判，但是又对设备的图像处理性能要求高，硬件成本也高，对灯光亮度变化的量化程度差。

实用新型内容

鉴于上述原因，本实用新型旨在提供一种光强信号监控装置，以解决在一些需要用到光照的测试时对光强变化的自动监控问题，并使光强的变化能够准确量化。

本实用新型是这样实现的，一种光强信号监控装置，包括：夹具，具有若干探头，每个探头上均夹持有光纤，各光纤与车灯上的测试点一一对应连接，每根光纤用于传输待测测试点的光信号；硅光电池组，具有若干硅光电池，每个硅光电池对应连接一根光纤，将接收到的光信号转换为电信号；功率放大模块，与所述光电转换模块连接，用于将电信号进行功率放大；多路采集模块，与所述功率放大模块连接，用于采集功率放大后的电信号；上位机，与所述多路采集模块连接，用于显示电信号，并在监控到电信号超出阈值时执行预设的报警方案。

进一步地，所述硅光电池与光照的线性度参数是电流；所述光电转换模块还包括：IV转换模块，其输入端连接所述硅光电池组的输出端，将各硅光电池输出的电流信号转换为电压信号。

进一步地，所述IV转换模块包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5；电容C3；第一运算放大器U1，其同相输入端接地；其反相输入端连接所述硅光电池组的输出端，反相输入端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端通过所述电阻R2接入其输出端，且所述电阻R1的第二端还通过所述电阻 R3接地；其输出端通过所述电容C3与反相输入端连接。

进一步地，所述IV转换模块还包括电容C1、电容C2、电容C4、电容C5；第一运算放大器U1的正电源端接入正电压VCC，且正电压VCC通过并联的所述电容C2和所述电容C5接地；第一运算放大器U1的负电源端接入负电压 VDD，且负电压VDD通过并联的所述电容C1和电容所述C4接地。

进一步地，所述IV转换模块还包括连接在第一运算放大器U1的输出端的电阻R4，第一运算放大器U1通过所述电阻R4输出转换后的电压信号。

进一步地，所述功率放大模块包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻 R10、电阻R14；第二运算放大器U2A，其反相输入端接所述IV转换模块的输出端；其同相输入端通过所述电阻R6接地；其输出端通过所述电阻R14连接至其反相输入端；第三运算放大器U2B，其同相输入端通过所述电阻R5与第二运算放大器U2A的输出端连接，同相输入端还通过所述电阻R7接地；其反相输入端连接有偏置电路并同时通过所述电阻R10与其输出端连接。

进一步地，所述功率放大模块还包括：电容C6和电容C7；所述第二运算放大器U2A的正电源端接入正电压VCC，且正电压VCC通过所述电容C6接地；所述第二运算放大器U2A的负电源端接入负电压VDD，且负电压VDD通过所述电容C7接地。

进一步地，所述电阻R14为可调电阻；所述偏置电路为可调偏置电路，包括电阻R8、可调电阻R9；所述可调电阻R9的第一端接入正电压VCC，所述可调电阻R9的第二端接入负电压VDD，所述可调电阻R9的调整端通过所述电阻R8连接至所述第三运算放大器U2B的反相输入端。

进一步地，所述多路采集模块为示波器或数据采集卡或具有多路电压测量功能的设备。

本实用新型所提供的车灯光强信号监控装置首先通过光电转换模块将待测光信号实时转换为与光信号呈线性关系的电信号，再将该电信号功率放大后通过数据采集模块采集数据，上位机进行数据监控和判定。由于电信号与光信号呈线性关系，因此提供给数据采集模块的电信号数据线性度较好，通过数据处理，可以在上位机上量化呈现，监控过程自动化，不需要测试人员长时间看屏幕灯光，可以避免人为失误，提高测试准确性。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的光强信号监控装置的结构图；

图2是本实用新型第二实施例提供的光强信号监控装置的结构图；

图3是本实用新型第二实施例提供的IV转换模块的电路图；

图4是本实用新型第二实施例提供的功率放大模块的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型第一实施例提供的光强信号监控装置的结构如图1所示，包括顺次连接的光电转换模块1、功率放大模块2、多路采集模块3和上位机4，其中，光电转换模块1用于将待测光信号实时转换为与光信号呈线性关系的电信号，功率放大模块2与光电转换模块1连接、用于将电信号进行功率放大，多路采集模块3与功率放大模块2连接、用于采集功率放大后的电信号，上位机 4与多路采集模块3连接、用于显示电信号，上位机4并在监控到电信号超出阈值时执行预设的报警方案。

具体地，光电转换模块1可选用光敏电阻，也可以基于硅光电池实现，由于硅光电池的光电转换线性更好，因此推荐选用硅光电池。

多路采集模块3可采集多路电压，其中，每一路电压对应车灯上的一个测试点的光信号，传输至上位机4，具体可利用多路采集卡。作为一种替换方案，多路采集模块3还可以替换为示波器，如需记录数据，该示波器可连接电脑，但示波器一般路数≤4路，使用采集卡则可以扩展至8路或8路以上。多路采集模块3还可以是其他的具有多路电压测量功能的设备。

上位机4上可以显示多路电压值，可预先设置阈值，当发现有某路电压值超阈值时报警，具体的报警方案可以是声光形式的报警，如蜂鸣器、闪烁灯等，同时上位机4还可具备存储功能，将测试结果进行存储，便于追溯。

第一实施例提供的车灯光强信号监控装置可应用在一些需要用到光照的测试中，如对车灯进行电磁兼容测试、一些涉及亮度方面的环境测试等，首先通过光电转换模块1将待测光信号实时转换为与光信号呈线性关系的电信号，再将该电信号功率放大后数据采集模块3采集数据，通过上位机4进行数据监控和判定。由于电信号与光信号呈线性关系，因此提供给数据采集模块3的电信号数据线性度较好，通过数据处理，可以在上位机4上量化呈现，监控过程自动化，不需要测试人员长时间看屏幕灯光，可以避免人为失误，提高测试准确性。

本实用新型第二实施例提供的光强信号监控装置的结构如图2所示，此实施例中，光电转换模块1基于光硅电池实现。具体的，光电转换模块1包括夹具11和硅光电池组12，其中夹具11具有若干探头，每个探头上均夹持有光纤，各光纤与车灯上的测试点一一对应连接，每根光纤用于传输待测测试点的光信号。硅光电池组12具有若干硅光电池，每个硅光电池对应连接一根光纤，将接收到的光信号转换为电信号。

硅光电池组12中，硅光电池与光照的线性度参数可以是电压也可以是电流，由硅光电池在非常宽的光照范围和电流成线性相关，在非常窄的光照范围和电压成线性相关，考虑到本技术方案的实际情况，硅光电池选择利用电流线性相关特性，此时，光电转换模块1还需包括IV转换模块13，IV转换模块13的输入端连接硅光电池组12的输出端，将各硅光电池输出的电流信号转换为电压信号。IV转换模块13可以采用运算放大器来实现电流到电压的转换。

如图3所示，IV转换模块13包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和第一运算放大器U1，第一运算放大器U1具体可选用型号为AD825AR-16的运放。具体电路结构为第一运算放大器U1的同相输入端接地，反相输入端连接硅光电池组12的输出端，反相输入端连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端通过电阻R2接入其输出端，且电阻R1的第二端还通过电阻R3接地，其输出端通过电容C3与反相输入端连接。第一运算放大器U1的正电源端接入正电压VCC，且正电压VCC 通过并联的电容C2和电容C5接地；第一运算放大器U1的负电源端接入负电压VDD，且负电压VDD通过并联的电容C1和电容C4接地。另外，第一运算放大器U1的输出端还连接有电阻R4，第一运算放大器U1通过电阻R4输出转换后的电压信号。

IV转换模块13可通过下述公式计算电路的直流特性：

其中U_1(out)为运放U1输出电压，I_LightSensor为硅光电池产生的电流。

因为电阻R1、电阻R2、电阻R3为固定值，即第一运算放大器U1的输出电压与硅光电池产生的电流成负比例关系，即电流可按负比例关系转换为输出电压。电容C1、电容C2、电容C4、电容C5为滤波用，电容C3为电压隔离用。

在图3中正电压VCC与负电压VDD分别为10V和-10V，具体实现时，可以根据所选用的电容、电阻的具体规格做适当改变。

功率放大模块2的具体电路结构如图4所示，包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R14、电容C6、电容C7、第二运算放大器U2A、第三运算放大器U2B。其中，第二运算放大器U2A主要用于组成比例放大电路，第三运算放大器U2B组成减法器电路以达到偏置的作用，二者均可选用LF353。

第二运算放大器U2A的其反相输入端接IV转换模块13的输出端，同相输入端通过电阻R6接地，输出端通过电阻R14连接至其反相输入端。第二运算放大器U2A的正电源端接入正电压VCC，且正电压VCC通过电容C6接地；第二运算放大器U2A的负电源端接入负电压VDD，且负电压VDD通过电容 C7接地。

第三运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R5与第二运算放大器U2A的输出端连接，同相输入端还通过电阻R7接地，反相输入端连接有偏置电路并同时通过电阻R10与其输出端连接。

为使得输出处于测量动态响应范围内，本实施例中，功率放大模块2的偏置可以设计为可调，具体地，如图4所示，电阻R14为可调电阻，并且上述偏置电路也为可调偏置电路，具体包括电阻R8、可调电阻R9；可调电阻R9的第一端接入正电压VCC，可调电阻R9的第二端接入负电压VDD，可调电阻R9 的调整端通过电阻R8连接至第三运算放大器U2B的反相输入端。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光强信号监控装置，其特征在于，包括：

夹具，具有若干探头，每个探头上均夹持有光纤，各光纤与车灯上的测试点一一对应连接，每根光纤用于传输待测测试点的光信号；

硅光电池组，具有若干硅光电池，每个硅光电池对应连接一根光纤，将接收到的光信号转换为电信号；

功率放大模块，与光电转换模块连接，用于将电信号进行功率放大；

多路采集模块，与所述功率放大模块连接，用于采集功率放大后的电信号；

上位机，与所述多路采集模块连接，用于显示电信号，并在监控到电信号超出阈值时执行预设的报警方案。

2.如权利要求1所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述硅光电池与光照的线性度参数是电流；所述光电转换模块还包括：

IV转换模块，其输入端连接所述硅光电池组的输出端，将各硅光电池输出的电流信号转换为电压信号。

3.如权利要求2所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述IV转换模块包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5；

电容C3；

第一运算放大器U1，其同相输入端接地；其反相输入端连接所述硅光电池组的输出端，反相输入端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端通过所述电阻R2接入其输出端，且所述电阻R1的第二端还通过所述电阻R3接地；其输出端通过所述电容C3与反相输入端连接。

4.如权利要求3所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述IV转换模块还包括电容C1、电容C2、电容C4、电容C5；

第一运算放大器U1的正电源端接入正电压VCC，且正电压VCC通过并联的所述电容C2和所述电容C5接地；第一运算放大器U1的负电源端接入负电压VDD，且负电压VDD通过并联的所述电容C1和电容所述C4接地。

5.如权利要求3所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述IV转换模块还包括连接在第一运算放大器U1的输出端的电阻R4，第一运算放大器U1通过所述电阻R4输出转换后的电压信号。

6.如权利要求2所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述功率放大模块包括：

电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R14；

第二运算放大器U2A，其反相输入端接所述IV转换模块的输出端；其同相输入端通过所述电阻R6接地；其输出端通过所述电阻R14连接至其反相输入端；

第三运算放大器U2B，其同相输入端通过所述电阻R5与第二运算放大器U2A的输出端连接，同相输入端还通过所述电阻R7接地；其反相输入端连接有偏置电路并同时通过所述电阻R10与其输出端连接。

7.如权利要求6所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述功率放大模块还包括：电容C6和电容C7；

所述第二运算放大器U2A的正电源端接入正电压VCC，且正电压VCC通过所述电容C6接地；所述第二运算放大器U2A的负电源端接入负电压VDD，且负电压VDD通过所述电容C7接地。

8.如权利要求6或7所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述电阻R14为可调电阻；

所述偏置电路为可调偏置电路，包括电阻R8、可调电阻R9；所述可调电阻R9的第一端接入正电压VCC，所述可调电阻R9的第二端接入负电压VDD，所述可调电阻R9的调整端通过所述电阻R8连接至所述第三运算放大器U2B的反相输入端。

9.如权利要求1所述的光强信号监控装置，其特征在于，所述多路采集模块为示波器或数据采集卡或具有多路电压测量功能的设备。

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