專利名稱：高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)，尤其涉及一種高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在長(zhǎng)距離光纖傳感系統(tǒng)中，從光纖散射的瑞利光信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍往往都4艮
大，達(dá)到40dB以上，這就需要能夠采集大動(dòng)態(tài)范圍光信號(hào)的系統(tǒng)。
參見(jiàn)圖1,所示為現(xiàn)有技術(shù)中的光采集系統(tǒng)，其包括光電管11、跨阻放大 器12、電壓放大器13、 A/D轉(zhuǎn)換器14和控制單元15;所述光電管11、跨阻放 大器12、電壓放大器13、 A/D轉(zhuǎn)換器14和控制單元15依次串聯(lián)。所述光電管 11接收光纖(圖中未示)散射的瑞利光信號(hào)，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)發(fā) 送至跨阻放大器12，所述跨阻放大器12將光電管11發(fā)送來(lái)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成 放大的電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器13放大后送至A/D轉(zhuǎn)換器14,所述A/D轉(zhuǎn)換器 14將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送給控制單元15,完成光信號(hào)采集。
為了保證光信號(hào)采集效果，光采集系統(tǒng)的信噪比要滿足一定要求，而光采 集系統(tǒng)中光電管11的增益和跨阻放大器12的增益是統(tǒng)一的(或者同為高增益， 或者同為低增益)，因此，現(xiàn)有技術(shù)的光采集系統(tǒng)采集大動(dòng)態(tài)范圍光信號(hào)時(shí)，很 難做到對(duì)強(qiáng)光信號(hào)和對(duì)弱光信號(hào)同時(shí)滿足要求的信噪比，即現(xiàn)有技術(shù)的光采集 系統(tǒng)無(wú)法采集大動(dòng)態(tài)范圍光信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，可在大動(dòng)態(tài) 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高信噪比的光信號(hào)采集。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)， 用于采集光信號(hào)，其包括光開(kāi)關(guān)、多路光電轉(zhuǎn)換電路和控制單元；所述光開(kāi)關(guān) 的輸入端接收外部光信號(hào)，該光開(kāi)關(guān)包含多個(gè)輸出端；所述多路光電轉(zhuǎn)換電路分別與光開(kāi)關(guān)的一輸出端--對(duì)應(yīng)連接；所述多路光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響
應(yīng)范圍各不相同，且具有不同的增益；所述控制單元分別與多路光電轉(zhuǎn)換電路 和光開(kāi)關(guān)雙向連接，該控制單元同步控制多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)；所述光 開(kāi)關(guān)接收外部光信號(hào)，所述控制單元判斷接收的光信號(hào)的強(qiáng)弱，并依據(jù)各光電 轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍和增益選擇最適合的一路光電轉(zhuǎn)換電路，控制光 開(kāi)關(guān)接通該光電轉(zhuǎn)換電路采集光信號(hào)。
上述高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其中，所述光開(kāi)關(guān)為lxN多通道單 模光開(kāi)關(guān)或1 x N多通道多模光開(kāi)關(guān)。
上述高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其中，所述光電轉(zhuǎn)換電路包括一光 電管、 一跨阻放大器和一 A/D轉(zhuǎn)換器；所述光電管、跨阻放大器和A/D轉(zhuǎn)換器 依次串聯(lián)；所述光電管的輸入端與光開(kāi)關(guān)的一輸出端連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器與 控制單元雙向連接。
上述高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其中，所述光電轉(zhuǎn)換電路還包括一 電壓放大電路，所述電壓放大電路串連接入跨阻放大器和A/D轉(zhuǎn)換器之間。
上述高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其中，所述光電管的增益與跨阻放 大器的增益統(tǒng)一，即光電管的增益與跨阻放大器的增益同為高增益或同為低增。
上述高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其中，所述光電管為真空光電管、 充氣光電管或光電倍增管。
上述高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其中，該光采集系統(tǒng)采集光信號(hào)的 動(dòng)態(tài)范圍在-60dbm 30dbm。
本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)通過(guò)光開(kāi)關(guān)連接多路增益不同的光 電轉(zhuǎn)換電路，可將輸入的大動(dòng)態(tài)范圍的光信號(hào)變成低動(dòng)態(tài)范圍的電信號(hào)，每一 路光電轉(zhuǎn)換電路在相對(duì)較小的動(dòng)態(tài)范圍下完成高的信噪比，這樣對(duì)一大動(dòng)態(tài)范 圍的輸入光，即可通過(guò)多個(gè)高信噪比的光電轉(zhuǎn)換電路的組合完成采集。


本發(fā)明的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)由以下的實(shí)施例及附圖給出。 圖l是現(xiàn)有技術(shù)中的光采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是本發(fā)明的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合圖2 ~圖3對(duì)本發(fā)明的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。
本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)用于采集光信號(hào)，其包括光開(kāi)關(guān)、
多路光電轉(zhuǎn)換電路和控制單元；
所述光開(kāi)關(guān)的輸入端接收外部光信號(hào)，該光開(kāi)關(guān)包含多個(gè)輸出端；
所述多路光電轉(zhuǎn)換電路分別與光開(kāi)關(guān)的一輸出端--對(duì)應(yīng)連接；
所述多路光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍各不相同，且具有不同的增益； 所述控制單元分別與多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)雙向連接，該控制單元同
步控制多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)；
所述光開(kāi)關(guān)接收外部光信號(hào)，所述控制單元判斷接收的光信號(hào)的強(qiáng)弱，并
依據(jù)各光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍和增益選擇最適合的一路光電轉(zhuǎn)換電
路，控制光開(kāi)關(guān)接通該光電轉(zhuǎn)換電路采集光信號(hào)。
實(shí)施例一
參見(jiàn)圖2,本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)包括光開(kāi)關(guān)21、第一光 電管22、第二光電管22'、第一跨阻放大器23、第二跨阻放大器23'、第一 A/D轉(zhuǎn)換器24、第二A/D轉(zhuǎn)換器24'和控制單元25;
所述光開(kāi)關(guān)21的輸入端接外部收兌纖(圖中未示)傳輸來(lái)的光信號(hào)； 所述第一光電管22、第一跨阻放大器23和第一A/D轉(zhuǎn)換器24依次串聯(lián)； 所迷第一光電管22的輸入端與光開(kāi)關(guān)21的一輸出端連接； 所述第二光電管22'、第二跨阻放大器23'和第二A/D轉(zhuǎn)換器24'依次串
聯(lián)；
所迷第二光電管22'的輸入端與光開(kāi)關(guān)21的另一輸出端212連接； 所述控制單元26分別與第一A/D轉(zhuǎn)換器24、第二A/D轉(zhuǎn)換器24'和光開(kāi) 關(guān)21雙向連接，該控制單元26同步控制第一A/D轉(zhuǎn)換器24、第二A/D轉(zhuǎn)換器24'和光開(kāi)關(guān)21。
依次串聯(lián)的第一光電管22、第一跨阻放大器23和第一 A/D轉(zhuǎn)換器24組成 低增益光電轉(zhuǎn)換電路。
依次串聯(lián)的第二光電管22'、第二跨阻放大器23'和第二 A/D轉(zhuǎn)換器24 '組成高增益光電轉(zhuǎn)換電路。
所述光開(kāi)關(guān)可以是lxN多通道單模光開(kāi)關(guān)或lxN多通道多模光開(kāi)關(guān)，即 該光開(kāi)關(guān)有一個(gè)輸入端，N個(gè)輸出端。
所述第一光電管22和第二光電管22'可以是真空光電管、充氣光電管或光 電倍增管。
本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)的工作原理是光開(kāi)關(guān)21接收光纖 散射的瑞利光信號(hào)，控制單元25判斷光開(kāi)關(guān)21接收的光信號(hào)的強(qiáng)弱，當(dāng)光纖 傳輸來(lái)的光信號(hào)為強(qiáng)光信號(hào)時(shí)，控制單元25控制光開(kāi)關(guān)21選擇接通低增益光 電轉(zhuǎn)換電路，由第一光電管22接收該強(qiáng)光信號(hào)，并將該強(qiáng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信 號(hào)發(fā)送至第一跨阻放大器23,第一跨阻放大器23將第一光電管22發(fā)送來(lái)的電 流信號(hào)轉(zhuǎn)換成放大的電壓信號(hào)發(fā)送給第一 A/D轉(zhuǎn)換器24,第一 A/D轉(zhuǎn)換器24將 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送給控制單元25,完成光信號(hào)采集；當(dāng)光纖傳輸 來(lái)的光信號(hào)為弱光信號(hào)時(shí)，光開(kāi)關(guān)21選擇接通高增益光電轉(zhuǎn)換電路，由第二光 電管22'接收該弱光信號(hào)，控制單元25控制并將該弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)發(fā) 送至第二跨阻放大器23',第二跨阻放大器23'將第二光電管22'發(fā)送來(lái)的電 流信號(hào)轉(zhuǎn)換成放大的電壓信號(hào)發(fā)送給第二 A/D轉(zhuǎn)換器24'，第二 A/D轉(zhuǎn)換器24 '將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸送給控制單元25，完成光信號(hào)采集。
實(shí)施例二
參見(jiàn)圖3,實(shí)施例二與實(shí)施例的區(qū)別在于，在第一跨阻放大器23和第一 A/D 轉(zhuǎn)換器24之間接入第一電壓放大器26，在第二跨阻放大器23'和第二A/D轉(zhuǎn) 換器24'之間接入第二電壓放大器26'。
所述第一電壓放大器26用于放大第一跨阻放大器23發(fā)送來(lái)的電壓信號(hào)， 再將放大后的電壓信號(hào)輸送至第一 A/D轉(zhuǎn)換器24。
所述第二電壓放大器26'用于放大第二跨阻放大器23'發(fā)送來(lái)的電壓信號(hào)，再將放大后的電壓信號(hào)輸送至第二A/D轉(zhuǎn)換器24'。
本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)通過(guò)用光開(kāi)關(guān)把輸入的光信號(hào)在時(shí) 域上分成多部分，并對(duì)這多部分使用不同的放大電路(增益)，即將大動(dòng)態(tài)范圍 光信號(hào)變成多個(gè)低動(dòng)態(tài)范圍的組合，而處理低動(dòng)態(tài)范圍的光信號(hào)是很容易達(dá)到 目標(biāo)要求的信噪比的。因此，本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)采用組合 式光電采集方式，在大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高信噪比的光信號(hào)采集。
本發(fā)明高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)采集光信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍在-60dbm 30dbm。
權(quán)利要求
1、一種高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，用于采集光信號(hào)，其特征在于，其包括光開(kāi)關(guān)、多路光電轉(zhuǎn)換電路和控制單元；所述光開(kāi)關(guān)的輸入端接收外部光信號(hào)，該光開(kāi)關(guān)包含多個(gè)輸出端；所述多路光電轉(zhuǎn)換電路分別與光開(kāi)關(guān)的一輸出端一一對(duì)應(yīng)連接；所述多路光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍各不相同，且具有不同的增益；所述控制單元分別與多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)雙向連接，該控制單元同步控制多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)；所述光開(kāi)關(guān)接收外部光信號(hào)，所述控制單元判斷接收的光信號(hào)的強(qiáng)弱，并依據(jù)各光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍和增益選擇最適合的一路光電轉(zhuǎn)換電路，控制光開(kāi)關(guān)接通該光電轉(zhuǎn)換電路采集光信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求l所述的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其特征在于，所述光 開(kāi)關(guān)為1 x N多通道單模光開(kāi)關(guān)或1 x N多通道多模光開(kāi)關(guān)。
3、 如權(quán)利要求l所述的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其特征在于，所述光 電轉(zhuǎn)換電路包括一光電管、 一跨阻放大器和一 A/D轉(zhuǎn)換器；所述光電管、跨阻放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次串聯(lián)； 所述光電管的輸入端與光開(kāi)關(guān)的一輸出端連接； 所述A/D轉(zhuǎn)換器與控制單元雙向連接。
4、 如權(quán)利要求3所述的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其特征在于，所述光 電轉(zhuǎn)換電路還包括一電壓放大電路，所述電壓放大電路串連接入跨阻放大器和 A/D轉(zhuǎn)換器之間。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其特征在于，所 述光電管的增益與跨阻放大器的增益統(tǒng)一，即光電管的增益與跨阻放大器的增 益同為高增益或同為低增益。
6、 如權(quán)利要求3或4所述的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其特征在于，所 述光電管為真空光電管、充氣光電管或光電倍增管。
7、 如權(quán)利要求l所述的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)，其特征在于，該光采 集系統(tǒng)采集光信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍在-6 Odbm ~ 3 Odbm。
全文摘要
本發(fā)明的高信噪比大動(dòng)態(tài)范圍光采集系統(tǒng)其包括光開(kāi)關(guān)、多路光電轉(zhuǎn)換電路和控制單元；所述光開(kāi)關(guān)的輸入端接收外部光信號(hào)，該光開(kāi)關(guān)包含多個(gè)輸出端；所述多路光電轉(zhuǎn)換電路分別與光開(kāi)關(guān)的一輸出端一一對(duì)應(yīng)連接；所述多路光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍各不相同，且具有不同的增益；所述控制單元分別與多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)雙向連接，該控制單元同步控制多路光電轉(zhuǎn)換電路和光開(kāi)關(guān)；所述光開(kāi)關(guān)接收外部光信號(hào)，所述控制單元判斷接收的光信號(hào)的強(qiáng)弱，并依據(jù)各光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)范圍和增益選擇最適合的一路光電轉(zhuǎn)換電路，控制光開(kāi)關(guān)接通該光電轉(zhuǎn)換電路采集光信號(hào)。
文檔編號(hào)G01J1/44GK101660944SQ20091019645
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者仝芳軒, 周正仙, 剛 席, 張大成, 魏 皋 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司