专利名称：高信噪比大动态范围光采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术，尤其涉及一种高信噪比大动态范围光采集系统。
背景技术：
在长距离光纤传感系统中，从光纤散射的瑞利光信号的动态范围往往都4艮
大，达到40dB以上，这就需要能够采集大动态范围光信号的系统。
参见图1,所示为现有技术中的光采集系统，其包括光电管11、跨阻放大 器12、电压放大器13、 A/D转换器14和控制单元15;所述光电管11、跨阻放 大器12、电压放大器13、 A/D转换器14和控制单元15依次串联。所述光电管 11接收光纤(图中未示)散射的瑞利光信号，并将该光信号转换为电流信号发 送至跨阻放大器12，所述跨阻放大器12将光电管11发送来的电流信号转换成 放大的电压信号经电压放大器13放大后送至A/D转换器14,所述A/D转换器 14将模拟信号转换为数字信号后输送给控制单元15,完成光信号采集。
为了保证光信号采集效果，光采集系统的信噪比要满足一定要求，而光采 集系统中光电管11的增益和跨阻放大器12的增益是统一的(或者同为高增益， 或者同为低增益)，因此，现有技术的光采集系统采集大动态范围光信号时，很 难做到对强光信号和对弱光信号同时满足要求的信噪比，即现有技术的光采集 系统无法采集大动态范围光信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高信噪比大动态范围光采集系统，可在大动态 范围内实现高信噪比的光信号采集。
为了达到上述的目的，本发明提供一种高信噪比大动态范围光采集系统， 用于采集光信号，其包括光开关、多路光电转换电路和控制单元；所述光开关 的输入端接收外部光信号，该光开关包含多个输出端；所述多路光电转换电路分别与光开关的一输出端--对应连接；所述多路光电转换电路对光信号的响
应范围各不相同，且具有不同的增益；所述控制单元分别与多路光电转换电路 和光开关双向连接，该控制单元同步控制多路光电转换电路和光开关；所述光 开关接收外部光信号，所述控制单元判断接收的光信号的强弱，并依据各光电 转换电路对光信号的响应范围和增益选择最适合的一路光电转换电路，控制光 开关接通该光电转换电路采集光信号。
上述高信噪比大动态范围光采集系统，其中，所述光开关为lxN多通道单 模光开关或1 x N多通道多模光开关。
上述高信噪比大动态范围光采集系统，其中，所述光电转换电路包括一光 电管、 一跨阻放大器和一 A/D转换器；所述光电管、跨阻放大器和A/D转换器 依次串联；所述光电管的输入端与光开关的一输出端连接；所述A/D转换器与 控制单元双向连接。
上述高信噪比大动态范围光采集系统，其中，所述光电转换电路还包括一 电压放大电路，所述电压放大电路串连接入跨阻放大器和A/D转换器之间。
上述高信噪比大动态范围光采集系统，其中，所述光电管的增益与跨阻放 大器的增益统一，即光电管的增益与跨阻放大器的增益同为高增益或同为低增。
上述高信噪比大动态范围光采集系统，其中，所述光电管为真空光电管、 充气光电管或光电倍增管。
上述高信噪比大动态范围光采集系统，其中，该光采集系统采集光信号的 动态范围在-60dbm 30dbm。
本发明高信噪比大动态范围光采集系统通过光开关连接多路增益不同的光 电转换电路，可将输入的大动态范围的光信号变成低动态范围的电信号，每一 路光电转换电路在相对较小的动态范围下完成高的信噪比，这样对一大动态范 围的输入光，即可通过多个高信噪比的光电转换电路的组合完成采集。
本发明的高信噪比大动态范围光采集系统由以下的实施例及附图给出。 图l是现有技术中的光采集系统的结构框图。图2是本发明的高信噪比大动态范围光采集系统实施例一的结构框图。 图3是本发明的高信噪比大动态范围光采集系统实施例二的结构框图。
具体实施例方式
以下将结合图2 ~图3对本发明的高信噪比大动态范围光采集系统作进一步 的详细描述。
本发明高信噪比大动态范围光采集系统用于采集光信号，其包括光开关、
多路光电转换电路和控制单元；
所述光开关的输入端接收外部光信号，该光开关包含多个输出端；
所述多路光电转换电路分别与光开关的一输出端--对应连接；
所述多路光电转换电路对光信号的响应范围各不相同，且具有不同的增益； 所述控制单元分别与多路光电转换电路和光开关双向连接，该控制单元同
步控制多路光电转换电路和光开关；
所述光开关接收外部光信号，所述控制单元判断接收的光信号的强弱，并
依据各光电转换电路对光信号的响应范围和增益选择最适合的一路光电转换电
路，控制光开关接通该光电转换电路采集光信号。
实施例一
参见图2,本发明高信噪比大动态范围光采集系统包括光开关21、第一光 电管22、第二光电管22'、第一跨阻放大器23、第二跨阻放大器23'、第一 A/D转换器24、第二A/D转换器24'和控制单元25;
所述光开关21的输入端接外部收兌纤(图中未示)传输来的光信号； 所述第一光电管22、第一跨阻放大器23和第一A/D转换器24依次串联； 所迷第一光电管22的输入端与光开关21的一输出端连接； 所述第二光电管22'、第二跨阻放大器23'和第二A/D转换器24'依次串
联；
所迷第二光电管22'的输入端与光开关21的另一输出端212连接； 所述控制单元26分别与第一A/D转换器24、第二A/D转换器24'和光开 关21双向连接，该控制单元26同步控制第一A/D转换器24、第二A/D转换器24'和光开关21。
依次串联的第一光电管22、第一跨阻放大器23和第一 A/D转换器24组成 低增益光电转换电路。
依次串联的第二光电管22'、第二跨阻放大器23'和第二 A/D转换器24 '组成高增益光电转换电路。
所述光开关可以是lxN多通道单模光开关或lxN多通道多模光开关，即 该光开关有一个输入端，N个输出端。
所述第一光电管22和第二光电管22'可以是真空光电管、充气光电管或光 电倍增管。
本发明高信噪比大动态范围光采集系统的工作原理是光开关21接收光纤 散射的瑞利光信号，控制单元25判断光开关21接收的光信号的强弱，当光纤 传输来的光信号为强光信号时，控制单元25控制光开关21选择接通低增益光 电转换电路，由第一光电管22接收该强光信号，并将该强光信号转换为电流信 号发送至第一跨阻放大器23,第一跨阻放大器23将第一光电管22发送来的电 流信号转换成放大的电压信号发送给第一 A/D转换器24,第一 A/D转换器24将 模拟信号转换为数字信号后输送给控制单元25,完成光信号采集；当光纤传输 来的光信号为弱光信号时，光开关21选择接通高增益光电转换电路，由第二光 电管22'接收该弱光信号，控制单元25控制并将该弱光信号转换为电流信号发 送至第二跨阻放大器23',第二跨阻放大器23'将第二光电管22'发送来的电 流信号转换成放大的电压信号发送给第二 A/D转换器24'，第二 A/D转换器24 '将模拟信号转换为数字信号后输送给控制单元25，完成光信号采集。
实施例二
参见图3,实施例二与实施例的区别在于，在第一跨阻放大器23和第一 A/D 转换器24之间接入第一电压放大器26，在第二跨阻放大器23'和第二A/D转 换器24'之间接入第二电压放大器26'。
所述第一电压放大器26用于放大第一跨阻放大器23发送来的电压信号， 再将放大后的电压信号输送至第一 A/D转换器24。
所述第二电压放大器26'用于放大第二跨阻放大器23'发送来的电压信号，再将放大后的电压信号输送至第二A/D转换器24'。
本发明高信噪比大动态范围光采集系统通过用光开关把输入的光信号在时 域上分成多部分，并对这多部分使用不同的放大电路(增益)，即将大动态范围 光信号变成多个低动态范围的组合，而处理低动态范围的光信号是很容易达到 目标要求的信噪比的。因此，本发明高信噪比大动态范围光采集系统采用组合 式光电采集方式，在大动态范围内实现高信噪比的光信号采集。
本发明高信噪比大动态范围光采集系统采集光信号的动态范围在-60dbm 30dbm。
权利要求
1、一种高信噪比大动态范围光采集系统，用于采集光信号，其特征在于，其包括光开关、多路光电转换电路和控制单元；所述光开关的输入端接收外部光信号，该光开关包含多个输出端；所述多路光电转换电路分别与光开关的一输出端一一对应连接；所述多路光电转换电路对光信号的响应范围各不相同，且具有不同的增益；所述控制单元分别与多路光电转换电路和光开关双向连接，该控制单元同步控制多路光电转换电路和光开关；所述光开关接收外部光信号，所述控制单元判断接收的光信号的强弱，并依据各光电转换电路对光信号的响应范围和增益选择最适合的一路光电转换电路，控制光开关接通该光电转换电路采集光信号。
2、 如权利要求l所述的高信噪比大动态范围光采集系统，其特征在于，所述光 开关为1 x N多通道单模光开关或1 x N多通道多模光开关。
3、 如权利要求l所述的高信噪比大动态范围光采集系统，其特征在于，所述光 电转换电路包括一光电管、 一跨阻放大器和一 A/D转换器；所述光电管、跨阻放大器和A/D转换器依次串联； 所述光电管的输入端与光开关的一输出端连接； 所述A/D转换器与控制单元双向连接。
4、 如权利要求3所述的高信噪比大动态范围光采集系统，其特征在于，所述光 电转换电路还包括一电压放大电路，所述电压放大电路串连接入跨阻放大器和 A/D转换器之间。
5、 如权利要求3或4所述的高信噪比大动态范围光采集系统，其特征在于，所 述光电管的增益与跨阻放大器的增益统一，即光电管的增益与跨阻放大器的增 益同为高增益或同为低增益。
6、 如权利要求3或4所述的高信噪比大动态范围光采集系统，其特征在于，所 述光电管为真空光电管、充气光电管或光电倍增管。
7、 如权利要求l所述的高信噪比大动态范围光采集系统，其特征在于，该光采 集系统采集光信号的动态范围在-6 Odbm ~ 3 Odbm。
全文摘要
本发明的高信噪比大动态范围光采集系统其包括光开关、多路光电转换电路和控制单元；所述光开关的输入端接收外部光信号，该光开关包含多个输出端；所述多路光电转换电路分别与光开关的一输出端一一对应连接；所述多路光电转换电路对光信号的响应范围各不相同，且具有不同的增益；所述控制单元分别与多路光电转换电路和光开关双向连接，该控制单元同步控制多路光电转换电路和光开关；所述光开关接收外部光信号，所述控制单元判断接收的光信号的强弱，并依据各光电转换电路对光信号的响应范围和增益选择最适合的一路光电转换电路，控制光开关接通该光电转换电路采集光信号。
文档编号G01J1/44GK101660944SQ20091019645
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者仝芳轩, 周正仙, 刚 席, 张大成, 魏 皋 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司