光電轉(zhuǎn)換模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種光電轉(zhuǎn)換模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖測溫傳感系統(tǒng)是一種以光纖為傳感元件的基于OTDR原理的測溫系統(tǒng)，以其無源、本征安全、量化測溫，對電磁干擾不敏感、誤報率低，使用壽命長，維護成本低等優(yōu)點，在火災(zāi)報警探測、溫度探測等方面應(yīng)用越來越廣泛。在許多實際應(yīng)用中，人們對分布式光纖測溫性能提出了越來越高的要求:測量距離越來越長，響應(yīng)時間越來越迅速，或者探測單元長度越來越短，溫度分辨率越來越高等。這就要求提高分布式光纖傳感系統(tǒng)的信噪比。而提高信噪比，一方面可以提高輸出的脈沖信號功率，另一方面可以降低光電接收子系統(tǒng)的光學(xué)的或/和電路的本底噪聲。提高脈沖激光源是受到光纖非線性限制，因而提高幅度有限。另一方面，從分布式光纖測溫傳感系統(tǒng)的接收子系統(tǒng)上看，其本底噪聲降低ldB，將提高系統(tǒng)信噪比ldB，差不多等價于測量距離增長2-3km，因而光纖測溫傳感系統(tǒng)的接收子系統(tǒng)在系統(tǒng)中是非常關(guān)鍵的部分。
[0003]參考圖1，圖1是常規(guī)分布式光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，以其用于測溫為例，其包括:采集控制單元100、激光器101、光放大器102、拉曼波分復(fù)用器103、光電接收子系統(tǒng)104、數(shù)模轉(zhuǎn)換器105。圖1中的光電接收子系統(tǒng)104其實是由兩個光電轉(zhuǎn)換單元組成，光電轉(zhuǎn)換單元一般分散在系統(tǒng)各個部分，集中度不高，往往存在溫度變化、高低溫、器件老化情況下導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，影響設(shè)備的使用和可靠性。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述系統(tǒng)不穩(wěn)定影響信噪比的缺陷，提供一種穩(wěn)定性高的光電轉(zhuǎn)換模塊。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:光電轉(zhuǎn)換模塊包括控制子模塊和連接至所述控制子模塊的兩個信號處理子模塊，所述信號處理子模塊包括雪崩光電二極管，所述信號處理子模塊用于在所述控制子模塊的控制下將接收的拉曼信號進行光電轉(zhuǎn)換和處理后輸出；所述控制子模塊用于根據(jù)實時檢測的當(dāng)前溫度以及雪崩光電二極管的最佳工作點與溫度之間的映射關(guān)系，對雪崩光電二極管的工作狀態(tài)點進行補償以使雪崩光電二極管工作在最佳工作點上。
[0006]本實用新型所述的光電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述控制子模塊包括:溫度檢測單元、高壓產(chǎn)生單元、雙路DAC、控制單元，所述高壓產(chǎn)生單元分別連接雙路DAC和各雪崩光電二極管，所述雙路DAC和溫度檢測單元均連接至所述控制單元，
[0007]所述溫度檢測單元用于獲取所述當(dāng)前溫度；所述控制單元用于根據(jù)所述當(dāng)前溫度以及雪崩光電二極管的工作設(shè)定參數(shù)與溫度之間的線性關(guān)系計算雪崩光電二極管的工作設(shè)定參數(shù)，所述雙路DAC用于按照該工作設(shè)定參數(shù)輸出電壓配置信號，所述高壓產(chǎn)生單元用于根據(jù)該電壓配置信號輸出對應(yīng)的偏置電壓給所述雪崩光電二極管。
[0008]本實用新型所述的光電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述控制單元包括:連接至所述雙路DAC的單片機和連接至所述單片機的EEPR0M，所述EEPROM中存儲所述線性關(guān)系以及工作設(shè)定參數(shù)的最新的參數(shù)值。
[0009]本實用新型所述的光電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述控制單元還包括:連接至所述單片機的通信接口，所述通信接口用于連接外部主控CPU進行數(shù)據(jù)通信。
[0010]本實用新型所述的光電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述信號處理子模塊還包括:跨阻放大器和用于連接外部的數(shù)據(jù)采集卡的信號調(diào)理放大濾波電路，所述跨阻放大器連接至所述雪崩光電二極管，所述信號調(diào)理放大濾波電路連接至所述跨阻放大器；
[0011]所述跨阻放大器用于將所述雪崩光電二極管輸出的電流信號轉(zhuǎn)換放大為電壓信號，所述信號調(diào)理放大濾波電路用于將所述跨阻放大器輸出電壓信號進行再放大以及濾波處理。
[0012]本實用新型所述的光電轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述光電轉(zhuǎn)換模塊還包括一個殼體，所述控制子模塊和兩個信號處理子模塊密封設(shè)置于所述殼體內(nèi)。
[0013]實施本實用新型的光電轉(zhuǎn)換模塊，具有以下有益效果:本實用新型的兩路拉曼信號分別經(jīng)一個信號處理子模塊進行光電轉(zhuǎn)換，兩個信號處理子模塊由同一個控制子模塊控制，便于集成管理；因為模塊內(nèi)的雪崩光電二極管是進行光電轉(zhuǎn)換的重要元器件，通過實時檢測光電轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的當(dāng)前溫度，根據(jù)模塊內(nèi)雪崩光電二極管的最佳工作點與溫度之間的映射關(guān)系，對雪崩光電二極管的工作狀態(tài)點進行補償，可以使雪崩光電二極管是始終工作在最佳工作點上，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在環(huán)境溫度快速變化、極限高低溫和設(shè)備長時間運行下，模塊依然能穩(wěn)定運行；
[0014]進一步的，單片機還通過通信接口與主控CPU進行信息交互，向運行于更高層次的主控CPU報告本模塊的狀態(tài)，并且在主控CPU判斷本模塊運行不正常的情況下可以強制配置本模塊使之恢復(fù)初始狀態(tài)；
[0015]進一步的，本模塊的跨阻放大器和信號調(diào)理放大濾波電路的設(shè)計，限制電路帶寬，盡可能地降低接收子系統(tǒng)電路的本地噪聲，提高系統(tǒng)信噪比，也提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；
[0016]進一步的，本實用新型還將所有的模塊集中在一個殼體內(nèi)密封設(shè)置，因此不管外部環(huán)境溫度變化多么迅速，模塊內(nèi)部環(huán)境溫度的變化速率都被限制在一定范圍內(nèi)，這樣一則可以避免溫度敏感器件狀態(tài)的快速變化對系統(tǒng)帶來的潛在不穩(wěn)定性，二則可以確保所監(jiān)測到的溫度與雪崩光電二極管和調(diào)理放大電路實際工作溫度誤差在一定范圍內(nèi)，避免系統(tǒng)在調(diào)節(jié)工作狀態(tài)點時有太大的誤差。
【附圖說明】
[0017]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0018]圖1是分布式光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實用新型中確定雪崩光電二極管的工作設(shè)定參數(shù)與溫度之間的線性關(guān)系的流程圖:
[0020]圖3是本實用新型光電轉(zhuǎn)換模塊的較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0022]首先以分布式光纖測溫系統(tǒng)為例介紹本實用新型的光電轉(zhuǎn)換模塊的功能，雖然本光電轉(zhuǎn)換模塊的應(yīng)用并不僅限于分布式光纖測溫系統(tǒng)，對于很多其它類型的分布式光纖傳感系統(tǒng)依然適用，但是作為本子系統(tǒng)的典型應(yīng)用，下面就以本系統(tǒng)在分布式光纖測溫系統(tǒng)中的應(yīng)用情況作為例子加以說明。參考圖1中，其工作過程如下:開始采集時，采集控制單元100控制激光器101發(fā)出激光脈沖，該激光脈沖經(jīng)光放大器101后輸入到拉曼波分復(fù)用器103，并輸出到傳感光纖。激光脈沖在傳感光纖107中與硅原子碰撞產(chǎn)生各向散射信號，其中有一部分散射信號沿激光脈沖傳輸方向的反方向傳播，為背向散射信號，該背向散射信號通過傳感光纖傳輸回分布式光纖測溫系統(tǒng)，即通過拉曼波分復(fù)用器103輸出，再經(jīng)光電接收子系統(tǒng)104、數(shù)模轉(zhuǎn)換器105的信號處理轉(zhuǎn)換后，上傳回饋信號至采集控制單元100，最后解調(diào)出溫度信號提供給用戶使用。本實用新型所述的光電轉(zhuǎn)換模塊的功能即是:對分布式光纖測溫系統(tǒng)接收的背向散射信號，即拉曼散射光信號進行光電轉(zhuǎn)換，因所得到的電信號十分微弱，因而還要對此電信號進行放大、調(diào)理和濾波操作，最后將放大調(diào)理后的信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器105上傳至采集控制單元100以解調(diào)出溫度信號。
[0023]由于雪崩光電二極管是進行光電轉(zhuǎn)換的重要元器件，在環(huán)境溫度快速變化、極限高低溫和設(shè)備長時間運行下，雪崩光電二極管的工作狀態(tài)會隨之發(fā)生改變而導(dǎo)致模塊不能穩(wěn)定運行。因此通過使雪崩光電二極管維持工作在最佳工作點，可以有效的提高光電轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性，為此，本實用新型提供一種光電轉(zhuǎn)換模塊的溫度補償方法以使其始終處于最佳工作點上，所述方法包括:實時檢測光電轉(zhuǎn)換模