光信號采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光信號采集系統(tǒng)，包括光電探測器，AD轉(zhuǎn)換單元，自動增益控制單元，控制器，用以采集震動光纜、測溫光纜的信號。此光信號采集系統(tǒng)將光電轉(zhuǎn)化和模擬電信號的功能集成到一塊板子上，解決了需要另外在光信號采集系統(tǒng)上裝設(shè)模擬前端的不便；且通過增加自動增益控制單元，使得整個系統(tǒng)可以自動對轉(zhuǎn)換后的電信號的電壓幅值進行調(diào)整以適應(yīng)AD轉(zhuǎn)換單元的工作電壓。
【專利說明】光信號采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光信號采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖傳感領(lǐng)域，如震動光纜入侵探測系統(tǒng)、DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)、DTS光纖點式測溫系統(tǒng)等等，往往牽扯到光信號采集系統(tǒng)，用以采集干涉光信號或者散射光信號。采集到的光信號需要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變成電信號，電信號還要進一步的進行放大，濾波，以達到合適的幅度與信噪比，然后傳送給AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進行后期的處理。這一過程中最為關(guān)鍵的就是進行光信號采集并將光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的模擬前端，因為采集到的信號質(zhì)量的好壞直接決定后期處理的效果，決定得到信息的準(zhǔn)確度。
[0003]然而，現(xiàn)有的光信號采集系統(tǒng)大都缺少模擬前端，需要另外搭建模擬前端(通常為模擬板)，頗為不便。并且，自己搭建的模擬前端與購買的光信號采集系統(tǒng)在連接的時候會損壞信號的質(zhì)量(尤其體現(xiàn)在高速信號的采集上)，結(jié)果導(dǎo)致采集到的信號質(zhì)量變差，影響后級的信號處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光信號采集系統(tǒng)，其自帶模擬前端，可直接進行光電轉(zhuǎn)換并根據(jù)轉(zhuǎn)換后的電信號強度自動進行電信號處理。
[0005]本發(fā)明提供一種光信號采集系統(tǒng)，包含集成于一塊板上的光電探測器、AD轉(zhuǎn)換單元、自動增益控制單元以及控制器，其中
[0006]所述光電探測器用于接收一光信號并將其轉(zhuǎn)換為一模擬電信號；
[0007]所述AD轉(zhuǎn)換單元用于將所述模擬電信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字電信號；
[0008]所述自動增益控制單元耦接所述光電探測器與所述AD轉(zhuǎn)換單元之間，用于放大所述模擬電信號以使其達到所述AD轉(zhuǎn)換單元的工作電壓；
[0009]所述控制器分別耦接所述AD轉(zhuǎn)換單元和所述自動增益控制單元，用于根據(jù)所述模擬電信號的強弱調(diào)整所述自動增益控制單元的放大倍數(shù)。
[0010]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述所述光電探測器包含一光電二極管和與一互阻放大器，所述光電二極管用于接收一光信號并將其轉(zhuǎn)換為一電流信號，所述互阻放大器用于將所述光電二極管產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
[0011]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述光電探測器更包含一濾波器，以濾除所述電壓信號的噪聲。
[0012]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述自動增益控制單元包含一運算放大器與一數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器作為所述運算放大器的反饋電阻，所述控制器通過調(diào)整所述數(shù)字電位器的阻值大小來調(diào)整所述自動增益控制單元的放大倍數(shù)。
[0013]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述控制器控制所述自動增益控制單元先對所述模擬電信號進行預(yù)放大，若所述AD轉(zhuǎn)換單元采集到的所述模擬電信號為滿幅，則所述控制器調(diào)整所述自動增益控制單元的放大倍數(shù)。
[0014]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述AD轉(zhuǎn)換單元包含一 AD接口電路與一可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件用于產(chǎn)生所述AD接口電路的采樣時鐘信號以使所述AD接口電路對所述模擬電信號進行采樣，且所述可編程邏輯器件根據(jù)所述模擬電信號的頻率調(diào)整其產(chǎn)生的采樣時鐘信號的頻率。
[0015]進一步的，所述可編程邏輯器件內(nèi)具有一存儲器用以存儲經(jīng)過所述AD接口電路采樣所得之?dāng)?shù)據(jù)，當(dāng)所述存儲器存儲滿后，所述控制器讀取所述存儲器內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)并將所述存儲器清空。
[0016]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述可編程邏輯器件為一現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。
[0017]進一步的，在本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)中，所述光信號采集系統(tǒng)用于震動光纜入侵探測系統(tǒng)、DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)或DTS光纖點式測溫系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，將光電轉(zhuǎn)化和數(shù)模電信號轉(zhuǎn)換及處理的功能集成到一塊板子上，解決了需要另外在光信號采集系統(tǒng)上裝設(shè)模擬前端的不便；且通過增加自動增益控制單元，使得整個系統(tǒng)可以自動對轉(zhuǎn)換后的電信號的電壓幅值進行調(diào)整以適應(yīng)AD轉(zhuǎn)換單元的工作電壓，如此一來，也解決了不同信號轉(zhuǎn)換之后與后續(xù)AD轉(zhuǎn)換單元不兼容，損壞信號質(zhì)量的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述之光信號采集系統(tǒng)的具體連接圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提出的光信號采集系統(tǒng)可用于震動光纜入侵探測系統(tǒng)、DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)或DTS光纖點式測溫系統(tǒng)等多方面。
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的光信號采集系統(tǒng)作詳細(xì)說明。
[0022]參見附圖1，本發(fā)明的光信號采集系統(tǒng)包含光電探測器100，自動增益控制(AGC)單元200，AD轉(zhuǎn)換單元300和處理器400。
[0023]所述光電探測器100包括一光電二極管110，用于將光電探測器100接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，此電信號為模擬電信號；作為本發(fā)明的一種改進，光電探測器100包含光電二極管110和互阻放大器120，以將所述光電二極管110轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，以利后續(xù)處理；作為本發(fā)明的一種改進，光電探測器100還包含濾波器130，以濾除所轉(zhuǎn)化的電壓信號的噪聲。
[0024]本發(fā)明的AD轉(zhuǎn)換單元300可將所述模擬電信號轉(zhuǎn)化為一數(shù)字電信號，其包含接口電路310和可編程邏輯器件320，其中可編程邏輯器件320又包含存儲器321。其中可編程邏輯器件320可為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，具體可以是Xilinx的XC500E芯片，存儲器321可為FIFO存儲器。
[0025]在AD轉(zhuǎn)換單元300和光電探測器100之間耦接自動增益控制單元200，其中自動增益控制單元200包含運算放大器210和數(shù)字電位器220，運算放大器210采用同相比例運算電路，數(shù)字電位器220作為運算放大器210的反饋電阻。AD轉(zhuǎn)換單元300采用ADI公司的16位、四通道AD轉(zhuǎn)換器。
[0026]自動增益控制單元200用于放大所述模擬電信號使其達到AD轉(zhuǎn)換單元300的工作電壓，自動增益控制單元200的放大倍數(shù)主要由分別耦接于AD轉(zhuǎn)換單元300和自動增益控制單元200的控制器400根據(jù)模擬電信號的強弱來調(diào)整，調(diào)整方式是調(diào)整數(shù)字電位器220的阻值。所述控制器400為ARM控制器，具體可以是三星的S3C2440。控制器400耦接到自動增益控制單元200的數(shù)字電位器220，通過SPI總線。
[0027]下面結(jié)合附圖1說明本發(fā)明的具體實施步驟。
[0028]首先，激光器發(fā)射激光進入光纜，通過搭建的光纖傳感系統(tǒng)后，光信號進入本發(fā)明之光信號采集系統(tǒng)。首先進入光電探測器100，光電探測器中的光電二極管110將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，電流信號經(jīng)過互阻放大器120后轉(zhuǎn)換成電壓信號，此時電壓信號很微弱且攜帶有噪聲，這樣將此電壓信號通過濾波器130濾波去除噪聲，此濾波器可為有源低通濾波器。然后將去除噪聲的信號送入自動增益控制單元200。自動增益控制單元200是由運算放大器210與數(shù)字電位器220搭建，運算放大器210采用同相比例運算電路，數(shù)字電位器220作為反饋電阻。數(shù)字電位器的接口為SPI，其與控制器400連接。數(shù)字電位器的最大電阻為100K歐姆，劃分為I——256的電阻值步進，步進的大小由控制器400設(shè)置。控制器400控制數(shù)字電位器首先對信號進行預(yù)防大，如果放大后后級的AD轉(zhuǎn)換單元300采集到的信號為滿幅，則控制器400調(diào)整放大倍數(shù)，直到將信號放大到AD所要求的合適的電壓后，記錄下放大倍數(shù)。
[0029]放大的信號送入到AD轉(zhuǎn)換單元300中進行轉(zhuǎn)換，其中采集到的信號頻率不同，可編程邏輯器件320根據(jù)采集到的信號的頻率不同調(diào)整采樣速度，其中采樣時鐘頻率由可編程邏輯器件320產(chǎn)生?？删幊踢壿嬈骷?20以基準(zhǔn)時鐘為參考，調(diào)用內(nèi)部鎖相環(huán)模塊進行基準(zhǔn)時鐘的分頻與倍頻，產(chǎn)生一系列從IHz到IOOMhz的不同采樣時鐘。對于低速信號采用低速采樣時鐘，對于高速信號采用高速采樣時鐘，在滿足尼奎斯特采樣定理的情況下保證采樣的數(shù)據(jù)不至于超過存儲器321的容量。經(jīng)過采樣的信號不斷的送入可編程邏輯器件320內(nèi)部的存儲器321進行緩存，其中存儲位寬為16位，深度為1024，存儲器存儲數(shù)據(jù)滿后，會發(fā)送存儲器滿標(biāo)志位，記為FLG，控制器400接收標(biāo)志位后將FIFO中的數(shù)據(jù)讀走然后清零，存儲器321接收后面進來的數(shù)據(jù)，如此循環(huán)。控制器400接收到數(shù)據(jù)以后進行數(shù)字信號處理，將處理的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)或者485接口上傳至PC機。
[0030]綜上所述，本發(fā)明將光電轉(zhuǎn)化和數(shù)模電信號轉(zhuǎn)換及處理的功能集成到一塊板子上，解決了需要另外在光信號采集系統(tǒng)上裝設(shè)模擬前端的不便；且通過增加自動增益控制單元，使得整個系統(tǒng)可以自動對轉(zhuǎn)換后的電信號的電壓幅值進行調(diào)整以適應(yīng)AD轉(zhuǎn)換單元的工作電壓，如此一來，也解決了不同信號轉(zhuǎn)換之后與后續(xù)AD轉(zhuǎn)換單元不兼容，損壞信號質(zhì)量的問題。
[0031]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光信號采集系統(tǒng)，包含集成于一塊板上的光電探測器、AD轉(zhuǎn)換單元、自動增益控制單元以及控制器，其中: 所述光電探測器用于接收一光信號并將其轉(zhuǎn)換為一模擬電信號； 所述AD轉(zhuǎn)換單元用于將所述模擬電信號轉(zhuǎn)換為一數(shù)字電信號； 所述自動增益控制單元耦接所述光電探測器與所述AD轉(zhuǎn)換單元之間，用于放大所述模擬電信號以使其達到所述AD轉(zhuǎn)換單元的工作電壓； 所述控制器分別耦接所述AD轉(zhuǎn)換單元和所述自動增益控制單元，用于根據(jù)所述模擬電信號的強弱調(diào)整所述自動增益控制單元的放大倍數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述光電探測器包含一光電二極管和與一互阻放大器，所述光電二極管用于接收一光信號并將其轉(zhuǎn)換為一電流信號，所述互阻放大器用于將所述光電二極管產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
3.如權(quán)利要求2所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述光電探測器還包含一濾波器，以濾除所述電壓信號的噪聲。
4.如權(quán)利要求1所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述自動增益控制單元包含一運算放大器與一數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器作為所述運算放大器的反饋電阻，所述控制器通過調(diào)整所述數(shù)字電位器的阻值大小來調(diào)整所述自動增益控制單元的放大倍數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器控制所述自動增益控制單元先對所述模擬電信號進行預(yù)放大，若所述AD轉(zhuǎn)換單元采集到的所述模擬電信號為滿幅，則所述控制器調(diào)整所述自動增益控制單元的放大倍數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述AD轉(zhuǎn)換單元包含一AD接口電路與一可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件用于產(chǎn)生所述AD接口電路的采樣時鐘信號以使所述AD接口電路對所述模擬電信號進行采樣，且所述可編程邏輯器件根據(jù)所述模擬電信號的頻率調(diào)整其產(chǎn)生的采樣時鐘信號的頻率。
7.如權(quán)利要求6所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述可編程邏輯器件內(nèi)具有一存儲器用以存儲經(jīng)過所述AD接口電路采樣所得之?dāng)?shù)據(jù)，當(dāng)所述存儲器存儲滿后，所述控制器讀取所述存儲器內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)并將所述存儲器清空。
8.如權(quán)利要求6所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述可編程邏輯器件為一現(xiàn)場可編程門陣列。
9.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的光信號采集系統(tǒng)，其特征在于:所述光信號采集系統(tǒng)用于震動光纜入侵探測系統(tǒng)、DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)或DTS光纖點式測溫系統(tǒng)。
【文檔編號】G01D5/26GK103644926SQ201310694551
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】王同志 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司