专利名称：一种用于激光通信实验的电光调制程控电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光通信实验调制程控电源，属于教学仪器设备领域。
背景技术：
晶体或液体加上电场后折射率发生变化，这种现象称为电光效应。如，当不同电信 号加在铌酸锂晶体两端，改变晶体折射率的变化，从而改变激光透射率，实现幅度调制。若 在接收端经过接收和解调还原信号，即可实现激光通信。目前，电光效应器件被广泛地应用 在激光通信，激光测距，激光显示和光学信息处理等方面。所以晶体电光效应演示的实验一直作为学生理解激光通信原理的实验教学设备。 但已有的电光调制电源采用模拟振荡器，调制信号单一，实验内容不够丰富。
发明内容为了丰富晶体电光效应演示实验的信号样本，以及信号接入和输出接口功能，本 实用新型利用微处理器程控技术，提供了一种数字式电光调制电源，可产生标准正弦波、矩 形波和数字语音信号作为调制信号输出。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是设计一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，由信号发生与处理模块，电源 模块和调制模块组成，电源模块为信号发生与处理模块和调制模块提供工作电源，并为调 制模块提供直流偏置高压；信号发生与处理模块作为信号源，其输出接调制模块；调制模 块将输入的信号放大，并形成高压的电源输出信号给调制负载。所述信号发生与处理模块采用16位微控制器通过DAC产生原始信号，原始信号包 括正弦波、矩形波、语言信号，其频率为100Hz-8KHz，其幅度为0-6V。所述信号发生与处理模块由中央处理器，按键，指示灯，段式IXD显示屏组成，按 键，指示灯，段式IXD显示屏均与中央处理器模块相连；其中，按键包括复位、选择、上翻、下 翻、语音五个功能键；指示灯配合所述段式LCD显示屏显示的数值对应指示电压、频率、正 弦波、方波、语音；中央处理器合成正弦波、矩形波、语言信号；并且中央处理器还作为语音 处理单元，并接有采集外部语音的MIC。所述中央处理器选用凌阳单片机SPACE061A。所述电源模块由市电转换模块、低压转换模块、DC-DC高压转换模块组成；其中， 市电转换模块将市电 220V转化为12V交流电；低压转换模块将12V交流电压转化为12V、 5V、3. 3V直流电；所述DC-DC高压转换模块选用独立产品模块，利用12V直流电转换为幅值 在0 600V之间可调的直流偏置电压，并且通过反馈电路给所述中央处理器模块提供监测 电压。所述调制模块包括信号选择开关、放大器模块、变压器其中，选择开关的两个输 入端分别接所述信号发生与处理模块的输出和外部信号，选择开关的输出端接放大器模块 的输入端；放大器模块包括电位器A和音频功率放大器，音频功率放大器为双端输入双端输出的差分放大器，音频功率放大器的两个输入端分别直接接选择开关的输出和经电位器 A接选择开关的输出，音频功率放大器的输出接变压器的前级线圈；变压器有两个次级线 圈，两个次级线圈分别接内部扬声器和串接所述高压转换模块的输出和调制负载，分别作 为输出指示和高压的电源输出信号。所述调制模块的输出指示端接输出选择开关，输出选择开关具有两个输出端，两 个输出端分别接内部扬声器和外部输出插座。所述调制负载为铌酸锂晶体。与现有的晶体电光效应演示实验相比，本实用新型具有以下优点1.采用16位微控制器实现电源的程控。通过DAC产生正弦波、矩形波以及数字语 音合成波形，为电光调制实验提供了丰富的实验信号，使用户可以更直观生动的理解激光 通信原理。2. DAC产生的信号经差分放大电路放大后，将两路输出信号接入调制线圈。有效抑 制了共模干扰。3.采用DC-DC高压模块产生晶体的高压直流偏置，电路简单，性能稳定。0 600V 的输出直流高压满足实验需要。4.利用变压器将合成信号升压，串接到高压回路上，实现隔离的高压调制。5. IXD显示屏显示，多参数指示及系统内部与外部信号的接入和输出，为实验提供 了更多样本信号，便于用户使用和观察，满足实验教学要求。
图1是本实用新型电光调制程控电源的系统框图。图2是本实用新型电光调制程控电源的一个实施例的结构框图。图3是图2所示实施例中调制模块原理图。图4是图2所示实施例前面板设计图。图5是图2所示实施例后面板设计图。
具体实施方式
下面结合图1-5介绍本实用新型的一个实施例。图1是本实施例的系统框图。整个系统由信号发生与处理模块，电源模块和调制 模块组成。其中信号发生与处理模块包含中央处理器模块1，按键2，指示灯3，段式IXD显 示屏4，实现实验样本信号的合成以及DC-DC高压转换模块7的输出电压值显示。中央处理 器模块1为凌阳SPACE061A单片机。按键2对应复位，选择，上翻，下翻和语音功能，同时指 示灯3实时提醒用户系统在按键2选择下的功能状态，包括电压，频率，正弦波，方波，语音 等指示标签。用户通过按键2进行功能选择，通过指示灯3指示当前信号输出状态，并在段 式IXD显示屏4上进行状态显示。电源模块由市电转换模块5，低压转换模块6，DC-DC高压 转换模块7组成，为系统提供工作电压。市电转换模块5由变压线圈组成，实现了 220V市 电向12V交流信号的转化。低压转化模块6由整流桥和7805、7812电路以及LM1117转换 电路组成12V交流信号经整流桥转化成约13V直流信号，再流经7812电路输出12V直流 信号，然后7805电路将直流转化为5V，为系统元件提供工作电压，同时LM1117电源转换电路将5V转换为3. 3V为中央处理器模块1供电，保证正常工作。调制模块包括信号选择开 关8，放大器模块9和变压器10三部分，实现了样本信号的选择放大并耦合在直流偏置高压 上进行最后输出。放大器模块9包括电位器A15和音频功率放大器17，保证样本信号放大 后幅值在0 6V内可调。图2是本实施例结构框图。系统上电后，自动检测当前状态下DC-DC高压转换模 块7输出电压.在电路中，DC-DC高压转化模块7可输出与其0 600V相对应的0 2. 5V 电压监测信号，这个信号被送回处理器ADC数据采集端，经处理后由段式IXD显示屏4显示 出当前状态下DC-DC高压模块的输出电压。用户可根据需要调节至所需的直流偏置电压。要实现电光调制功能时，用户通过人机交互端口按键2，指示灯3，段式IXD显示屏 4确定需要调制的样本信号形式以及幅值，并通过中央处理器模块1进行需要合成信号的 输出。该合成信号与外部信号均可作为实验样本信号，由用户通过信号选择开关8进行选 择。被选择样本信号经由电位器A15和音频功率放大器17，实现信号幅值在0 6V之间可 变，后接入变压器10前级，保证在变压器10次级实现信号与DC-DC高压转换模块7输出直 流偏置电压的调制，并最终作为电源输出信号给铌酸锂晶体13。为了实现电光调制实验的多样性，本实验新型在保证基本功能的同时，设计了多 种接口，提供了更多种信号输入与输出方式。本系统中，中央处理器模块1除可以产生标准 的正弦波与方波外，还可以通过自身独特的语音处理功能实现语音信号的存储，录制和输 出，从而实现语音信号的激光通信，这种方式可以吸引用户更直接更主动地理解激光通信。 语音信号可以由单片机内部存储直接输出，也可以由板上或外接MIC输入录制。本实用新 型中，对于调制信号，可以由中央处理器模块1生成正弦波，方波以及语音信号，也可以通 过信号选择开关8选择外部信号接入，即用户可以根据需要通过接口接入特定的信号进行 调制或放大，同时也可通过输出选择开关14选择信号的输出方式内部扬声器12或外部音 频输出。本实用新型通过以上形式，为电光调制系统提供了更丰富的实验样本。图3是本实用新型的信号调制模块电路图。实验信号由中央控制器模块1输出或 外部接入后通过电位器A15和音频功率放大器17实现差分放大，并双端输出给变压器10 前级。变压线圈由m，N2，N3线圈组成。音频功率放大器17信号输出给变压器10前级m 后，在N2和N3线圈实现信号耦合，线圈N2外接扬声器12，实现信号音频输出。DC-DC高压 转换模块7与N3串联。12V直流电压输入DC-DC高压转换模块7后，通过调节电位器B16 可升为0 600伏直流高压，为调制过程提供直流偏置电压。变压器10实现变换的交流实 验信号通过N3级耦合在0 600伏直流偏置电压上，并最终输出给铌酸锂晶体13实现激 光信号的调制。本系统通过变压器实现了信号的耦合和调制。改变电位器A15的阻值可以 改变音频功率放大器17输入信号幅度大小，从而改变调制信号大小。经音频功率放大器17 和变压器10放大后，交流实验信号幅度在0 300伏可调。图5是本实用新型实物的前面板设计。如图5所示，白色区域为段式LCD显示屏 4的显示窗口 a，共有四位数据显示位和两个状态指示位。液晶显示四位以内十进制整数。 状态位包含两种状态电压V和频率Hz。当系统处于某种状态时，该状态处指示符号“▲” 被显示。在段式IXD显示屏下侧有五个按键和五个指示灯五个按键功能包括复位，选择， 上翻，下翻，语音；五个指示灯用于显示液晶显示内容以及系统工作状态，包括电压，频率， 正弦，方波和语音。[0032]前面板右侧上部b和c分别为两个旋钮，c用于高压调节，调节DC-DC高压转换模 块输出直流电压在0 600V内变化，同时液晶窗口 a显示对应电压值。b用于调制幅度调 节，对应电位器A15，以调节内部放大器输出调制信号的幅度，调节范围0 6V。d和e均为 单刀双掷开关e表示调制信号切换，选择调制信号是由内部中央处理器合成还是由外部 信号输入；d则表示输出切换，即选择调制信号是连接机内背面扬声器还是由面板BNC插口 输出。f和g为BNC插口，用于外部信号的输入和输出。当调制信号开关e在“外”位置时， 通过g的BNC插口输入外部信号进行调制，注意输入信号幅度要小于IV，频率低于10KHZ ； 当开关d处于“外”位置时，信号由f的BNC插口输出，可用示波器观察波形或外接扬声器 使用。图6是本实用新型后面板设计。η为市电接入插座，插座上带有开关作为整个电光 调制电源的开关，内置保险丝，正常为0.3Α。内置扬声器安装在背板内k位置。调制后的信 号耦合在直流偏置电压上后由GND接线柱1和+600V接线柱m输出，外接至铌酸锂晶体两 端。MIC接口 j可作为外置麦克接入端，实现语音信号录制。扬声口 i可在前面板的“输出 切换”指向“内，，时外接扬声器，使机内调制信号和语音信号可以通过后面板上的音频接口 外插音箱监听到。h旋钮连接DOTC高压模块检测口。本实用新型需要实现DC-DC高压模 块检测电压0 2. 5V与输出直流电压0 600V的对应，通过旋转h旋钮实现校准。0 2. 5V电压的意义在于，中央处理器通过ADC采集这个电压值，以此来获知直流高压的实际 电压值。
权利要求1.一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，由信号发生与处理模块，电源模块和 调制模块组成，其特征在于电源模块为信号发生与处理模块和调制模块提供工作电源，并 为调制模块提供直流偏置高压；信号发生与处理模块作为信号源，其输出接调制模块；调 制模块将输入的信号放大，并形成高压的电源输出信号给调制负载。
2.如权利要求1所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特征在于所 述信号发生与处理模块采用16位微控制器通过DAC产生原始信号，原始信号包括正弦波、 矩形波、语言信号，其频率为100Hz-8KHz，其幅度为0-6V。
3.如权利要求2所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特征在于所 述信号发生与处理模块由中央处理器(1)，按键0)，指示灯(3)，段式LCD显示屏(4)组成， 按键0)，指示灯(3)，段式IXD显示屏(4)均与中央处理器模块⑴相连；其中，按键(2) 包括复位、选择、上翻、下翻、语音五个功能键；指示灯C3)配合所述段式LCD显示屏(4)显 示的数值对应指示电压、频率、正弦波、方波、语音；中央处理器(1)合成正弦波、矩形波、语 言信号；并且中央处理器(1)还作为语音处理单元，并接有采集外部语音的MIC(Il)。
4.如权利要求3所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特征在于所 述中央处理器(1)选用凌阳单片机SPACE061A。
5.如权利要求1所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特征在于所 述电源模块由市电转换模块(5)、低压转换模块(6)、DC-DC高压转换模块(7)组成；其中， 市电转换模块( 将市电 220V转化为12V交流电；低压转换模块(6)将12V交流电压转 化为12V、5V、3. 3V直流电；所述DC-DC高压转换模块(7)选用独立产品模块，利用12V直流 电转换为幅值在O 600V之间可调的直流偏置电压，并且通过反馈电路给所述中央处理器 模块⑴提供监测电压。
6.如权利要求1所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特征在于所 述调制模块包括信号选择开关(8)、放大器模块(9)、变压器(10)；其中，选择开关(8)的两 个输入端分别接所述信号发生与处理模块的输出和外部信号，选择开关(8)的输出端接放 大器模块(9)的输入端；放大器模块(9)包括电位器A(K)和音频功率放大器(17)，音频 功率放大器(17)为双端输入双端输出的差分放大器，音频功率放大器(17)的两个输入端 分别直接接选择开关(8)的输出和经电位器A(15)接选择开关(8)的输出，音频功率放大 器(17)的输出接变压器(10)的前级线圈；变压器(10)有两个次级线圈，两个次级线圈分 别接内部扬声器(1 和串接所述高压转换模块(7)的输出和调制负载，分别作为输出指示 和高压的电源输出信号。
7.如权利要求5所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特征在于所 述调制模块的输出指示端接输出选择开关(14)，输出选择开关(14)具有两个输出端，两个 输出端分别接内部扬声器(1 和外部输出插座。
8.如权利要求1-7中任一项所述的一种用于激光通信实验的电光调制程控电源，其特 征在于所述调制负载为铌酸锂晶体。
专利摘要一种激光通信实验调制程控电源，用于调制有光电效应的晶体，属于教学仪器设备领域。该装置由信号发生与处理模块，电源模块和调制模块组成。信号发生与处理模块包括中央处理器、指示灯、段式液晶显示屏和按键。电源模块包括市电转换模块，低压转换模块和DC-DC高压转换模块。调制模块包括信号选择开关、音频功率放大器和变压器。该装置利用单片机DAC产标准正弦波、矩形波和数字语音信号，经放大后与直流高压偏置耦合输出，直接加载在铌酸锂晶体两端，实现多种信号的电光调制现象演示。系统同时提供外部信号输入与输出。本实用新型结构清晰、使用方便、实验信号丰富多样，安全稳定，故适合于高校进行实验教学。
文档编号G09G3/18GK201893760SQ20102064105
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者冷魁, 王狄, 王铁流, 董阳 申请人:北京工业大学