專利名稱：光信號的差模分量提取方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種消除光纖中共模信號衰減因 子的差模信號提取裝置。
背景技術(shù)：
在光纖振動傳感領(lǐng)域一般采用的干涉儀中選用3x3耦合器把探測光纖中的 反射光干涉后分出兩路對稱的光，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號，之后提取 出有用的信號。這兩路光信號中包含著共模分量和差分分量。在實(shí)際應(yīng)用中， 所述差分分量是實(shí)際有用的信號。現(xiàn)有技術(shù)中，對每一路光信號進(jìn)行光電放大 再做減法運(yùn)算，進(jìn)而得到差分信號，如下圖1所示。
這在多數(shù)情況下都是可行的，通過上述運(yùn)輸可以把共模分量(公式"Il=A-b" 中的"A")消除掉。例如，在實(shí)驗(yàn)室情況下或在應(yīng)用中光纜熔接損耗一致導(dǎo)致 光輸入均勻?qū)ΨQ平均光功率大小相同。
然而，在實(shí)際應(yīng)用中，熔接節(jié)點(diǎn)損耗、接頭衰減特別是在野外應(yīng)用中光纖 所受的壓力、應(yīng)力溫度等環(huán)境指數(shù)都不盡相同，這都會導(dǎo)致輸入到光電探測器 的兩路平均光功率不一致。這樣在實(shí)際應(yīng)用中就會使輸出信號出現(xiàn)整體漂移， 甚至出現(xiàn)差動放大電路的輸出飽和。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能更準(zhǔn) 確的提取差模信號的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種光信號的差模分量提取方法，所述光 信號包括第一光信號和第二光信號。所述方法包括如下步驟獲取所述第一光 信號和第二光信號的電壓信號，從而得到第一電壓信號和第二電壓信號；獲取
所述第一電壓信號和第二電壓信號的差量；根據(jù)所述差量調(diào)節(jié)所述第一電壓信號和第二電壓信號；獲取所述第一電壓信號和第二電壓信號的差模分量。
本發(fā)明的另 一方面為 一種光信號的差模分量提取裝置，包括將一對光信號 分別轉(zhuǎn)換成第一和第二電壓信號的第一和第二光電探測器，以及其正輸入端與 所述第一光電探測器連接、其負(fù)輸入端與所述第二光探測器連接、并且其輸出 端輸出差模分量的差動放大電路，其特征在于，還包括設(shè)置所述光電探測器與 所述差動放大電路之間的數(shù)字電位器和控制器，其中所述控制獲取所述電壓信 號的差量，然后根據(jù)所述共模分量的差量對所述電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明首先提取兩路光電通路中的電壓信號的共模分量，由控制器對所述 共模分量進(jìn)行比較，再根據(jù)差量利用數(shù)字電位器對所述電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。之 后，再通過差動放大電路獲取所述電壓信號的差模分量。由此，可對光電通路 上的電壓信號進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，更準(zhǔn)確的提取差才莫信號。


參考下文之現(xiàn)時較佳實(shí)施例的描述以及附圖，可最佳地理解本發(fā)明及其目 的與優(yōu)點(diǎn)。
圖1為現(xiàn)有的差模分量提取裝置的示意圖； 圖2為本發(fā)明的差模分量提取裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照

本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。
現(xiàn)說明根據(jù)本發(fā)明的差模分量的提取方法。首先，通過光電探測器將干涉 儀傳出的兩路對稱的帶有共模信號和差模信號的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的電壓信 號，從而到第一電壓信號和第二電壓信號。此后，獲取所述第一和第二電壓信
號的共模分量，從而得到第一和第二共模分量。然后，根據(jù)所述第一共模分量 和第二共模分量的差調(diào)節(jié)所述第一和第二電壓信號。具體的，對共模分量較大
的電壓信號進(jìn)行衰減而進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至所述兩個電壓信號相同。最后，獲取經(jīng) 調(diào)節(jié)的所述第一和第二電壓信號的差模分量。如本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所應(yīng)理 解的，也可對共模分量較小的電壓信號進(jìn)行增益而進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，在通過光 電傳感裝置獲得所述第一電壓和第二電壓之后，可對它們進(jìn)行放大。現(xiàn)根據(jù)圖2說明根據(jù)本發(fā)明的差模信號提取裝置。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的差模信號提取裝置100。如圖2所示， 差模信號提取裝置100包括第一光電通路10和第二光電通路20。第一光電通路 10包括光電探測器102以及第一光電放大電路103。類似地，第二光電通路20 包括光電探測器202以及第二光電放大電路203。
光電探測器102以及光電探測器202分別探測干涉儀200傳出的兩路對稱 的包括差模分量和共模分量的光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。本實(shí)施例中，設(shè)光電探 測器102測得的第一電壓信號為II = A-b，而光電探測器202測得的第二電壓信 號為I2=|li (A-b)，其中A為光信號中的共模分量，b為光信號的差模分量。 由于A為共模分量，b為差模分量，因此，兩路光信號的共模分量A大小相等， 相位相同，而差模分量b大小相等，相位相反。此外，系數(shù)n表示由環(huán)境參數(shù)， 例如熔接節(jié)點(diǎn)損耗、接頭衰減，特別是在野外應(yīng)用中光纖所受的壓力、應(yīng)力溫 度等，造成的光信號的光功率漂移。由此，光電探測器102以及光電探測器202 分別得到第 一 電壓信號以及第二電壓信號，
光電探測器102以及光電探測器202還分別與第一光電放大電路103以及 第二光電放大電路203連接，從而分別將所述第一和第二電壓信號輸入其中。 第一光電放大電路103以及第二光電放大電路203分別對所述第一電壓和第二 電壓進(jìn)行放大，然后分別輸入差動放大電路30的正輸入端和負(fù)輸入端。
差動放大電路30對經(jīng)放大的所述第一和第二電壓信號進(jìn)行減法運(yùn)算，從而 除去第一和第二電壓信號的共模分量，只保留其中的差模信號。此后，差動放 大電路30將第一和第二電壓信號的差模分量之和2b從其輸出端輸出，完成差 模分量的提取。
此外，第一光電放大電路103以及第二光電放大電路203的輸出端還通過 共模信號采集器50與孩t控制器片上系統(tǒng)SOC40連接，.以將所述經(jīng)放大的第一 和第二電壓信號中的共模分量A輸出至片上系統(tǒng)SOC40。本實(shí)施例中，共模信 號采集器50包括低通濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。低通濾波電路提取為直流信號的 共模分量，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述共模分量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號而輸入片上系統(tǒng) SOC40。具體的，片上系統(tǒng)SOC40得到所述電信號的第一共模分量的數(shù)值A(chǔ)和 所述電信號2的第二共模分量的數(shù)值nA。片上系統(tǒng)SOC40為控制器的一個例子。
本發(fā)明中，通過低通濾波電路獲取電壓信號的共模分量，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后
輸入片上系統(tǒng)SOC40。如本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所應(yīng)理解的，也可以直接對電 壓信號進(jìn)行采樣，然后由片上系統(tǒng)SOC40對采樣結(jié)果A/D轉(zhuǎn)化后計算得到共才莫 分量的數(shù)值。
第一光電放大電路103與差動放大電路30，以及第二光電放大電路203與 差動放大電路30分別設(shè)有第一數(shù)字電位器105和第二數(shù)字電位器205。第一數(shù) 字電位器105和第二數(shù)字電位器205還分別連接至片上系統(tǒng)SOC30。
片上系統(tǒng)SOC40計算所述第一共模分量與所述第二共模分量的差量，從而 根據(jù)所述差量控制所述數(shù)字電位器對所述電信號和電信號2進(jìn)行調(diào)節(jié)。若所述 差量大于預(yù)定范圍，片上系統(tǒng)SOC40則控制電壓信號較大的光電通路上的數(shù)字 電位器對所述電壓信號進(jìn)行衰減。具體的，片上系統(tǒng)SOC40計算出所述第二共 模分量為所述第一共模分量的H倍，則控制第二數(shù)字電位器使得所述第二電壓 信號衰減lii倍，即乘以1/B。若所述差量在預(yù)定范圍之內(nèi)，則片上系統(tǒng)SOC40 不進(jìn)行干預(yù)。如本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所應(yīng)理解的，除了對共模分量較大的電 壓信號進(jìn)行衰減而對其調(diào)節(jié)之外，也可對共模分量較小的電壓信號進(jìn)行增益而 對其調(diào)節(jié)。此外，本實(shí)施例中，在各光電通路上，即各光電放大電路的后級分 別設(shè)有兩個電位調(diào)節(jié)器，當(dāng)然，也可在片上系統(tǒng)SOC40中集成電位調(diào)節(jié)器，以 分別對各電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
由此，在第二光信號漂移ii倍的情況下，從所述第二光電通路輸出至差動 放大電路30的負(fù)輸入端的電信號2與所述電信號的關(guān)系為共模分量A大小相 等，相位相同，而差模分量b大小相等，相位相反。
本實(shí)施例中，片上系統(tǒng)SOC40根據(jù)共模分量的差值來對電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)， 如本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所應(yīng)理解的，還可利用峰值檢波器得到所述第一和第
二電壓信號的差模分量，再求出它們的差量，從而供給差模分量的差量，對所 述電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
下面描迷本發(fā)明的第二實(shí)施例。
第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例基^目同，不同之處在于，片上系統(tǒng)SOC40 還連接有通訊輸出端口 RS485 80。當(dāng)片上系統(tǒng)SOC40計算出所述電信號與所述電信號2的差大于預(yù)定值時，則判定光纖信號處于異常狀態(tài)，從而通過端口 80 發(fā)出診斷信息。
此外，差動放大電路30的輸出端連接有峰值檢波器60，其用于檢測差動放 大電路30的輸出信號的峰值。峰值檢波器60的輸出端與片上系統(tǒng)SOC40連接， 已將檢測結(jié)果輸入片上系統(tǒng)SOC40。再者，差動放大電路30與峰值檢波器60 之間串聯(lián)有可編程增益》文大器(PGA) 70。 PGA70還與片上系統(tǒng)SOC40連接， 以接收其控制而對差動放大電路30的信號進(jìn)行增益。具體的，若片上系統(tǒng)SOC40 判定所述峰值小于預(yù)定值，則片上系統(tǒng)SOC40控制PGA70增大其放大倍數(shù)， 直到差動放大電路30的輸出信號峰值大于預(yù)定值。
上述實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)。
1、本發(fā)明首先提取兩路光電通路中的電壓信號的共模分量，由微控制器對 所述共模分量進(jìn)行比較，根據(jù)差值利用數(shù)字電位器對所述電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。 之后，再通過差動放大電路獲取所述電壓信號的差模分量。由此，可對光電通 路上的電壓信號進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，更準(zhǔn)確的提取差模信號。
2 、根據(jù)本發(fā)明的差模信號提取裝置還包括峰值檢波器和編程增益放大器， 以確保所述裝置輸出的差模分量的峰值達(dá)到預(yù)定值。
3、根據(jù)本發(fā)明的差模信號提取裝置還包括通訊輸出端口，當(dāng)所述差值大 于預(yù)定值時，片上系統(tǒng)SOC判定所述裝置處于異常狀態(tài)，則通過所述通訊輸出 端口輸出診斷信息，確保所述差模信號提取裝置的穩(wěn)定性。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述 實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他 形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本 發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所4皮露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種光信號的差模分量提取方法，所述光信號包括第一光信號和第二光信號，其特征在于，包括如下步驟(a)獲取所述第一光信號和第二光信號的電壓信號，從而得到第一電壓信號和第二電壓信號；(b)獲取所述第一電壓信號和第二電壓信號的差量；(c)根據(jù)所述差量調(diào)節(jié)所述第一電壓信號和第二電壓信號；(d)獲取所述第一電壓信號和第二電壓信號的差模分量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述差量為所述第一電壓 信號和第二電壓信號的共模分量的差量，或者為第一電壓信號和第二電壓信號的差模分量的差量。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括增大所述電 壓信號和第二電壓信號中所述共模分量較小的一個或者減小所述電 亞信號和第二電壓信號中所述共模分量較大的一個，或者包括增大 所述電壓信號和第二電壓信號中所述差模分量較小的一個；或者減 小所述電亞信號和第二電壓信號中所述差模分量較大的一個。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)包括放大所述第 一電壓信號和第二電壓信號。
5. —種光信號的差模分量提取裝置，包括將一對光信號分別轉(zhuǎn)換成第 一和第二電壓信號的第一和第二光電探測器，以及其正輸入端與所 述第一光電探測器連接、其負(fù)輸入端與所述第二光探測器連接、并 且其輸出端輸出差模分量的差動放大電路，其特征在于，還包括設(shè) 置所述光電探測器與所述差動放大電路之間的數(shù)字電位器和控制 器，其中所述控制獲取所述電壓信號的差量，然后才艮據(jù)所述共模分 量的差量對所述電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述差量為所述第一電壓 信號和第二電壓信號的共模分量的差量，或者為所述第一電壓信號 和第二電壓信號的差模分量的差量。
7. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)包括增大所述電 壓信號和第二電壓信號中所述共模分量較小的一個或者減小所述電亞信號和第二電壓信號中所述共模分量較大的一個，或者包括增大 所述電壓信號和第二電壓信號中所述差模分量較小的一個；或者減 小所述電亞信號和第二電壓信號中所述差模分量較大的一個。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述光電探測器與所述差 動放大電路之間還連接有光電放大器，以放大所述光電探測器獲得 的電壓信號。
9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述差動放大器的輸出端 還連接有峰值檢波器和編程增益放大器，并且峰值檢波器和編程增 益放大器分別與所述控制器連接，其中所述控制器根據(jù)所述峰值檢 波器的檢測結(jié)果控制所述編程增益放大器對所述差動放大器的輸出 進(jìn)行調(diào)節(jié)。
10. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制器還連接有通信 端口，當(dāng)所述差量大于預(yù)定值時，所述控制器通過所述通信端口輸 出診斷信號。
全文摘要
一種光信號的差模分量提取方法，所述光信號包括第一光信號和第二光信號，包括如下步驟獲取所述第一光信號和第二光信號的電壓信號，從而得到第一電壓信號和第二電壓信號；獲取所述第一電壓信號和第二電壓信號的差量；根據(jù)所述差量調(diào)節(jié)所述第一電壓信號和第二電壓信號；獲取所述第一電壓信號和第二電壓信號的差模分量。首先提取兩路光電通路中的電壓信號的共模分量，由微控制器對所述共模分量進(jìn)行比較，根據(jù)差值利用數(shù)字電位器對所述電壓信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后通過差動放大電路獲取所述電壓信號的差模分量?？蓪怆娡飞系碾妷盒盘栠M(jìn)行智能調(diào)節(jié)，更準(zhǔn)確的提取差模信號。
文檔編號H03M3/00GK101599766SQ20091005280
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者仝芳軒, 亮 劉, 周正仙, 剛 席, 張大成, 魏 皋 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司