CN219960586U - 基于光纤的信号传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于光纤的信号传输系统，包括误差放大器、压流转换模块、激光发射模块、第一光纤、第一分光器、第二光纤、第三光纤、第四光纤、光功率检测器、光功率反馈放大模块；本技术方案光功率检测器接收反馈光信号大小和光信号输出端输出光信号大小仍然成正比的，和光纤的衰减量无关，即信号传输系统传输特性不受光纤弯曲的影响。由于光缆弯曲不会影响传输特性，可以减少维护成本和频率。由于不受光缆弯曲的影响，该方案的信号传输系统适应性更强，可以应用于各种不同环境和条件下。

Description

基于光纤的信号传输系统

技术领域

本实用新型涉及光纤信号传输技术领域，尤其涉及一种基于光纤的信号传输系统。

背景技术

光纤传输技术中，常用的方法是对激光二极管(LD)或发光二极管(LED)进行电流调制，将产生的光信号传输到光纤中进行几十米的传输。接收端采用光电二极管和放大器将光信号转换为电信号输出(VOUT)。不过，由于光纤弯曲安装时会导致微小信号衰减，因此接收端输出的电信号也会有所减弱，从而影响了整个信号传输系统的性能特性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种信号传输系统，以解决现有技术中光传输通道中的光纤发生弯曲导致影响了整个信号传输系统的性能特性的问题。

本实用新型实施例第一方面提供一种基于光纤的信号传输系统，所述信号传输系统包括：

误差放大器，其第一输入端连接电压输入信号，其第二输入端连接电压反馈信号，用于根据所述电压输入信号和电压反馈信号得到电压误差信号；

压流转换模块，其输入端连接所述误差放大器的输出端，用于将所述电压误差信号转换成第一电流信号；

激光发射模块，其位于光信号输入端，其输入端连接所述压流转换模块的输出端，用于将所述第一电流信号转换成第一光信号和第二光信号；

第一光纤，其位于光信号传输通道内，其输入端连接所述激光发射模块的第一输出端，用于传输第一光信号；

第二光纤，其位于光信号输入端，其输入端连接所述激光发射模块的第二输出端，用于传输所述第二光信号；

第一分光器，其位于光信号输出端，其输入端连接所述第一光纤的输出端，用于将所述第一光信号按照预设比例分成第三光信号以及第四光信号；

第三光纤，其位于光信号传输通道内，其输入端连接所述第一分光器的第一输出端，用于传输所述第三光信号；

第四光纤，其位于光信号输出端，其输入端连接所述第一分光器的第二输出端，用于传输所述第四光信号至输出端口；

光功率检测器，其输入端连接所述第二光纤的输出端和所述第三光纤的输出端，用于将所述第二光信号和所述第三光信号转换成第二电流信号；

光功率反馈放大模块，其输入端连接所述光功率检测器的输出端，用于将所述第二电流信号放大并形成电压反馈信号反馈至所述误差放大器。

优选地，所述第一光信号的光强度与所述第二光信号的光强度的比值为2:1。

优选地，所述第三光信号的光强度与所述第四光信号的光强度的比值为1:1。

优选地，所述输出端口输出光信号的光强度与所述光功率检测器输入端的光信号的光强度的比值为1:2。

优选地，所述光信号传输通道中所述第一光纤以及所述第三光纤的长度相同。

优选地，所述第二光纤的长度和所述第四光纤的长度均小于所述第一光纤的长度。

本实用新型实施例的技术效果为：本技术方案使用光功率检测器接收反馈光信号大小和输出光信号大小成正比，和光纤衰减量无关，从而克服了光缆弯曲对信号传输系统传输特性的影响。由于不受光缆弯曲的影响，该方案具有更强的适应性，适用于各种不同环境和条件下。相比传统的光纤传输系统，该方案的传输距离更长，传输速度更快且更稳定，且维护成本更低。这是由于该方案的光缆弯曲不会影响传输特性，光信号传输不受光线的散射和损耗的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种基于光纤的信号传输系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种基于光纤的信号传输系统中的压流转换模块的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的一种基于光纤的信号传输系统中的激光发射模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种基于光纤的信号传输系统中的光功率反馈放大模块的电路图；

图中：101、误差放大器；102、压流转换模块；103、激光发射模块；104、第一光纤；105、第一分光器；106、第四光纤；107、第三光纤；108、第二光纤；109、光功率检测器；110、光功率反馈放大模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型实施例一提供的技术方案，如图1所示，提供一种基于光纤的信号传输系统，信号传输系统包括：

误差放大器101，其第一输入端连接电压输入信号，其第二输入端连接电压反馈信号，用于根据电压输入信号和电压反馈信号得到电压误差信号；

压流转换模块102，其输入端连接误差放大器101的输出端，用于将电压误差信号转换成第一电流信号；

激光发射模块103，其位于光信号输入端10，其输入端连接压流转换模块102的输出端，用于将第一电流信号转换成第一光信号；

第一光纤104，其位于光信号传输通道20内，其输入端连接激光发射模块103的输出端，用于传输第一光信号；

第二光纤108，其位于光信号输入端10，其输入端连接激光发射模块103的第二输出端，用于传输第二光信号；

第一分光器105，其位于光信号输出端30，其输入端连接第一光纤104的输出端，用于将第一光信号按照预设比例分成第三光信号和第四光信号；

第三光纤107，其位于光信号传输通道20内，其输入端连接第一分光器105的第二输出端，用于传输第三光信号；

第四光纤106，其位于光信号输出端30，其输入端连接所述第一分光器的第二输出端，用于传输所述第四光信号至输出端口；

光功率检测器109，其输入端连接第二光纤108的输出端和第三光纤107的输出端，用于将第二光信号和第三光信号转换成第二电流信号；

光功率反馈放大模块110，其输入端连接光功率检测器109的输出端，用于将第二电流信号放大并形成电压反馈信号反馈至误差放大器101。

其中，对于压流转换模块102，设置两个互补的电流源电路，通过调节电流源电路之间的阻抗进而调节流进激光发射模块103的静态工作电流。具体的，如图2所示，压流转换模块102包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R8、电阻R9以及可调电阻R10，三极管Q1、三极管Q3、电阻R8形成第一电流源支路，三极管Q2、三极管Q4、电阻R9形成第二电流源支路，三极管Q1的基极连接输入电压V2，可调电阻R10的一端连接在三极管Q1的发射极和三极管Q3的集电极之间，可调电阻R10的另一端连接在三极管Q2的发射极和三极管Q4的集电极之间，三极管Q3的基极和三极管Q4的基极共接第二参考电压V_REF2，其中，可调电阻R10是电压转换成激光二极管电流的增益调节电阻。具体工作方式如下：

1、调节第二参考电压V_REF2就可以调节流经激光发射模块103中的激光二极管的静态工作电流IS。静态工作电流IS是当输入电压V2为0时，激光二极管仍然有一个静态电流IS，激光二极管发出一个静态的光功率。设置R8＝R9，三极管的VBE＝0.7V，则流过三极管Q3和三极管Q4的电流为:

I₁＝I₂＝(V_REF2-0.7V)/R8；

而激光二极管的电流I_LD1＝I₁-I₃；

其中I₃由输入电压V2决定的，静态V2＝0时I₃为0，所以调节V_REF2就可以调节激光二极管的静态电流IS。

2、输入电压V2变大时会导致电流I₃线性增大。

三极管Q1连接一个射极跟随器，所以V6＝V2-0.7V，即V6跟随输入电压V2。而三极管Q2的基极是通过一个电阻接地的，所以V7在-0.7V左右不变。

流过R10的电流I₃＝(V2-0.7V-(-0.7V))/R10＝V2/R10，所以I₃是随着输入电压VIN变大而线性变大的，调节可变电阻R10，可以改变输入电压变化引起I₃变化的增益系数。

3、I₃的增大导致激光二极管的电流I_LD1变小。

I₁由V_REF2决定，是一个恒定值，激光二极管的电流I_LD1＝I₁-I₃；

所以I₃的变大，直接导致I_LD1变小。

综上，本实施例的压电转换模块的功能为：

1、调节V_REF2可以调节激光二极管的静态工作电流：IS＝(V_REF2-0.7V)/R8，一般选择20-30MA。

2、激光二极管I_LD1电流变化量和输入电压V2的关系是ΔI_LD1＝V2/R10。

当输入电压VIN变小时，过程也类似，最后导致I_LD1变大。控制激光二极管的发光电流的线性功放的原理和技术效果为首先调节激光二极管的静态工作电流，使得其工作在一个远离阈值电流的线性区间。然后让激光二极管的电流变化量线性跟随输入电压V2的变化量，就完成了输入电压信号线性转换成激光光功率的过程。

其中，如图3所示，对于激光发射模块103，激光发射模块103包括：

激光二极管LD1，用于将第一电流信号转换成第一光信号；

光耦合器L1，用于将第一光信号耦合后送入第一光纤104进行传输。

激光二极管LD2，用于将第一电流信号转换成第二光信号；

光耦合器L2，用于将第二光信号耦合后送入第二光纤108进行传输。

其中，激光发射模块103分别发出第一光信号和第二光信号，第一光纤104将第一光信号传输至第一分光器105，第二光纤108传输第二光信号至光功率检测器109，第一分光器105将第二光信号分成第三光信号和第四光信号，第三光信号的光强度和第四光信号的光强度的比值为1:1。第二光纤108传输第二光信号到输出端口。第三光纤107为反馈光纤，第三光纤107传输第三光信号到光信号传输通道输入端的光功率检测器109。

其中，由于第一光纤104、第三光纤107均位于同一个光缆内部，所以当光缆弯曲时，每个光纤的衰减量是一样的，定义为X，X一般小于5％。

其中，第四光纤106的长度和第二光纤108的长度均小于第一光纤104的长度。这两个光纤由于没有弯曲，可以视为没有衰减量。

其中，光功率检测器109用于将光信号转换成电流信号。

其中，如图4所示，光功率反馈放大模块110包括运算放大器A2和可变电阻R6，运算放大器A2的同相输入端连接第一参考电压，光功率检测器109输出的电流，经过运算放大器A2放大输出电压为V3。因为光电二极管电流IPD1正比于激光LD1发出的光功率，所以输出电压V3就和激光二极管LD1的光功率形成线性度非常好的正比关系。其中，该光功率检测电路的带宽不高于1MHZ。

其中，信号传输系统还包括：

光电转换模块120，其输入端连接输出端口121，用于将输出端口121输出的光信号转换成电信号。

本实施例中光纤传输通道传输光信号的原理如下：假设激光发射模块103发射的第一光信号的光强度为2，激光发射模块103发射的第二光信号光强度为1，第一光纤104传输到第一分光器的第一光信号光强度为2(1-X)，第二光纤108传输到光功率检测器109的第二光信号光强度为1，第一分光器105输出第三光信号的光强度为1-X，则第一分光器105输出第四光信号的光强度为1-X，第三光纤107传输第三光信号回到光功率检测器109，第三光信号光强衰减后的光强度大小为(1-X)×(1-X)。那么进入光功率检测器109的光信号的总光强大小为第二光纤108输出光信号光强度和第三光纤107输出光信号光强度的总和为：

1+(1-X)×(1-X)＝1+1+X×X-2X；

因为X小于5％＝0.05，所以X×X小于0.0025远小于X，在上面的等式中可以忽略不计。所以进入光功率检测器109的光信号的总光强大小为近似为2(1-X)。所以当光缆发生弯曲时，进入光功率检测器109的光信号的总光强度与输出端口输出光信号的光强度是恒定的2倍关系，可知，光信号传输通道两侧的光信号光强度之间的关系与光纤的衰减量X无关。

由此可见，当光缆发生弯曲时，光功率检测器109接收反馈光信号光强度大小和光信号输出端输出光信号光强度大小仍然成正比的，和光纤的衰减量X无关，即信号传输系统传输特性不受光纤弯曲的影响。

本申请技术方案中：本技术方案使用光功率检测器接收反馈光信号大小和输出光信号大小成正比，和光纤衰减量无关，从而克服了光缆弯曲对信号传输系统传输特性的影响。由于不受光缆弯曲的影响，该方案具有更强的适应性，适用于各种不同环境和条件下。相比传统的光纤传输系统，该方案的传输距离更长，传输速度更快且更稳定，且维护成本更低。这是由于该方案的光缆弯曲不会影响传输特性，光信号传输不受光线的散射和损耗的限制。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于光纤的信号传输系统，其特征在于，所述信号传输系统包括：

误差放大器，其第一输入端连接电压输入信号，其第二输入端连接电压反馈信号，用于根据所述电压输入信号和电压反馈信号得到电压误差信号；

压流转换模块，其输入端连接所述误差放大器的输出端，用于将所述电压误差信号转换成第一电流信号；

激光发射模块，其位于光信号输入端，其输入端连接所述压流转换模块的输出端，用于将所述第一电流信号转换成第一光信号和第二光信号；

第一光纤，其位于光信号传输通道内，其输入端连接所述激光发射模块的第一输出端，用于传输第一光信号；

第二光纤，其位于光信号输入端，其输入端连接所述激光发射模块的第二输出端，用于传输所述第二光信号；

第一分光器，其位于光信号输出端，其输入端连接所述第一光纤的输出端，用于将所述第一光信号按照预设比例分成第三光信号以及第四光信号；

第三光纤，其位于光信号传输通道内，其输入端连接所述第一分光器的第一输出端，用于传输所述第三光信号；

第四光纤，其位于光信号输出端，其输入端连接所述第一分光器的第二输出端，用于传输所述第四光信号至输出端口；

光功率检测器，其输入端连接所述第二光纤的输出端和所述第三光纤的输出端，用于将所述第二光信号和所述第三光信号转换成第二电流信号；

光功率反馈放大模块，其输入端连接所述光功率检测器的输出端，用于将所述第二电流信号放大并形成电压反馈信号反馈至所述误差放大器。

2.如权利要求1所述的信号传输系统，其特征在于，所述第一光信号的光强度与所述第二光信号的光强度的比值为2:1。

3.如权利要求2所述的信号传输系统，其特征在于，所述第三光信号的光强度与所述第四光信号的光强度的比值为1:1。

4.如权利要求3所述的信号传输系统，其特征在于，所述输出端口输出光信号的光强度与所述光功率检测器输入端的光信号的光强度的比值为1:2。

5.如权利要求1所述的信号传输系统，其特征在于，所述光信号传输通道中所述第一光纤以及所述第三光纤的长度相同。

6.如权利要求4所述的信号传输系统，其特征在于，所述第二光纤的长度和所述第四光纤的长度均小于所述第一光纤的长度。