专利名称：一种主从混合光电耦合切换装置的制作方法
技术领域：
一种主从混合光电耦合切换装置技术领域[0001]本发明属于测控技术领域，涉及一种切换电路。
背景技术：
[0002]在针对便携式结构健康多通道压电监测系统应用中，需要对大量布置在试件上的 压电传感器或应变片进行有效测试。因此，需要使用切换开关随意组合切换传感器进行监 测。[0003]对此，国内外一些研究机构在系统集成领域开展了一些相关研究。美国哥伦比亚 大学的Dove等学者研制了一套基于继电器的切换系统，用于压电传感器主动结构健康监 测，他们的研究只是在通道切换上对系统进行了集成，提高了实验效率；美国Acellent公 司研发了一套称为Smart Suitcase的结构健康监测集成计算机系统和一套被动的声发射 系统，但是从功能上看，该公司将主动和被动工作方式分成两套系统去完成，并没有综合两 种功能形成一套完整的具有主被动兼容的集成结构健康监测系统，并且该公司产品在进行 多通道扫差时使用的是单激励-单传感模式，当传感器数据较多，组成的传感网络通道较 多时，扫查周期将会很长。[0004]在国内，南京航空航天大学对此进行了长期的研究，开发了基于继电器的通道切 换装置，激励和采集通道采用独立模块，引线多，扫查速度慢，通道单一，不太适合工程化需 求。[0005]无论是主动检测系统，还是被动检测系统，对于多通道多传感器的分布，都面临系 统集成化的问题，为了减少通道个数，多数系统采用集成的方法以及开发传感器切换装置。 其中多路切换开关就是一例，但是现有的切换开关都以单发-单收为主。发明内容[0006]为了克服现有技术单一激励单一传感的模式，以及切换响应速度低和抗干扰能力 差的不足，本发明提出了一种主从混合光电耦合切换装置，转换速度快、抗干扰力强，设计 的多通道切换模块支持24个压电传感器工作。[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种主从混合光电耦合切换装置， 包括传感器阵列接口电路、激励电路接口、控制电路接口、数据采集通道接口电路和主从光 电耦合切换控制电路。传感器阵列接口电路接收传感器的发射/接收信号并与主从光电耦 合切换控制电路通讯，激励电路接口接收来自信号源的激励信号，并将激励信号发送给主 从光电耦合切换控制电路，控制电路接口接收外设的I/O控制板的信号，从而控制主从光 电耦合切换控制电路中的光电耦合单元的输入输出信号，数据采集通道接口电路与外设的 控制器数据采集板相连接，用来接收传感器发回的信号，并把此信号传送至前置电荷放大 器，用于数据采集。[0008]所述的主从光电稱合切换控制电路共有24个并联的光电稱合单兀KO K23,每一 个光电耦合单元包括两个光电耦合元件，分别为UO U47，各个光电耦合元件的内部连线、结构相同。[0009]所述的激励电路接口包括三路激励输入信号激励输入信号INl分别与光电耦合 单元KO K7中的光电耦合元件皿、似、说、服、邯、仍0、仍2、仍4连接；激励输入信号IN2 分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30 连接；激励输入信号IN3分别与光电耦合单元K16 K23中的光电耦合元件U32、U34、U36、 U38、U40、U42、U44、U46 连接。[0010]所述的传感器阵列接口电路包括24路传感器信号传感器信号SENO SEN23分 别与光电耦合元件KO K23连接，SENO与UO和Ul连接，SENl与U2和U3连接，SEN2与U4 和U5连接，SEN3与U6和U7连接，SEN4与U7和U8连接，以此类推，SEN22与U44和U45连 接，SEN23与U46和U47连接。[0011]所述的数据采集通道接口电路包括三路传感器输出信号输出信号OUTl分别与 光电耦合单元KO K7中的光电耦合元件讥、仍、邯、价、邯、仍1、仍3、仍5连接;输出信号 0UT2分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元件U17、U19、U21、U23、U25、U27、U29、 U31连接；输出信号0UT3分别与光电耦合单元K16 K23中的光电耦合元件U33、U35、U37、 U39、U41、U43、U45、U47 连接。[0012]所述控制电路接口是由光电耦合单元K24 K27组成，其中，K24由光电耦合元 件U52和U53组成，K25由光电耦合元件U54和U55组成，K26由光电耦合元件U48和U49组 成，K27由光电耦合元件U50和U51组成。用来控制主从的切换。其中，输入通道IN1、IN2 的连接由K24控制，其中，U52控制INl的通断，U53控制IN2的通断；输入通道IN3、IN2的 连接由K25控制，其中，U54控制INl的通断，U55控制IN3的通断；输出通道0UT1、0UT2的 连接由K26控制，其中，U48控制0UT2的通断，U49控制OUTl的通断；输出通道0UT3、0UT2 的连接由K27控制，其中，U50控制0UT3的通断，U51控制OUTl的通断。[0013]本发明的有益效果是[0014]本发明的主从混合光电耦合切换装置切换速度快、抗干扰力强；一般的切换电路 采用继电器作为控制单元，切换速度必然受到限制，而且，对于中大型高频电路，继电器本 身带来的线路干扰不可避免。采用光电耦合器后，切换速度快和抗干扰力强，电路结构简单。[0015]本发明的主从混合光电耦合切换装置价格低廉、便于现场携带安装。主从混合光 电耦合切换装置是一款简单实用、性价比高、可扩展性好的设备，有较好的应用前景。
[0016]图1是本发明的主从混合光电耦合切换装置的系统框图；[0017]图2 Ca)是本发明的主从混合光电耦合切换装置的电路结构图；[0018]图2 (b)是本发明的主从混合光电耦合切换装置单元连线图；[0019]图3是控制电路接口接线图。
具体实施方式
[0020]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种主从混合光电耦合切换装置， 包括[0021]一个传感器阵列接口电路，与传感器相连接，用来传递传感器发射/接收信号；[0022]一个激励电路接口，与信号源相连接，用来接收激励信号，并将激励信号发送给传 感器；[0023]一个控制电路接口，与外设I/O控制板连接，用来控制光电耦合器的输入输出信 号;[0024]一个数据采集通道接口电路，与外设控制器的数据采集板相连接，用来接收传感 器发回的信号，并把此信号传送至前置电荷放大器；[0025]一个主从光电耦合切换控制电路，与外设控制器的I/O板相连接，用来控制主从 功能的转换。[0026]参见图1来说明本发明主从混合光电耦合切换装置总体连接关系。包括传感器阵 列接口电路，激励电路接口，控制电路接口，数据采集通道接口电路，主从光电耦合切换控 制电路。主从光电耦合切换控制电路与传感器阵列接口电路相连接并连接至外设数据采集 通道接口电路。激励电路接口与控制电路接口分别连接至主从光电耦合切换控制电路。[0027]其中主从光电耦合切换控制电路共有24个光电耦合单元KO K23，每一个光电耦 合单元包括两个光电耦合元件，分别为UO U47且内部连线、结构相同，分别与控制电路接 口、外设前置电荷放大器、传感器阵列接口电路、激励电路接口连接。[0028]所述的激励电路接口是三路激励输入信号。激励输入信号INl分别与光电耦合 单元KO K7中的光电耦合元件皿、似、说、服、邯、仍0、仍2、仍4连接；激励输入信号IN2 分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30 连接；激励输入信号IN3分别与光电耦合单元K16 K23中的光电耦合元件U32、U34、U36、 U38、U40、U42、U44、U46 连接。[0029]所述的传感器阵列接口电路是传感器信号SENO SEN23分别与光电耦合元件 KO K23连接，SENO与UO和Ul连接，SENl与U2和U3连接，SEN2与U4和U5连接，SEN3 与U6和U7连接，SEN4与U7和U8连接，以此类推，SEN22与U44和U45连接，SEN23与U46 和U47连接。[0030]所述的数据采集通道接口电路是三路传感器输出信号。传感器输出信号OUTl分 别与光电耦合单元KO K7中的光电耦合元件U1、U3、U5、U7、U9、U11、U13、U15连接；输出 信号0UT2分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元件U17、U19、U21、U23、U25、U27、 U29、U31连接；输出信号0UT3分别与光电耦合单元K16 K23中的光电耦合元件U33、U35、 U37、U39、U41、U43、U45、U47 连接。[0031]所述控制电路接口是由光电耦合单元K24 K27组成，其中，K24由光电耦合元 件U52和U53组成，K25由光电耦合元件U54和U55组成，K26由光电耦合元件U48和U49组 成，K27由光电耦合元件U50和U51组成。用来控制主从的切换。其中，输入通道IN1、IN2 的连接由K24控制，其中，U52控制INl的通断，U53控制IN2的通断；输入通道IN3、IN2的 连接由K25控制，其中，U54控制INl的通断，U55控制IN3的通断；输出通道0UT1、0UT2的 连接由K26控制，其中，U48控制0UT2的通断，U49控制OUTl的通断；输出通道0UT3、0UT2 的连接由K27控制，其中，U50控制0UT3的通断，U51控制OUTl的通断。[0032]下面结合图1、图2、图3、具体说明本发明的主从混合光电耦合切换装置系统连接 关系、电路连接关系及具体工作原理。[0033]参见图1来说明本发明主从混合光电耦合切换装置总体连接关系。包括传感器阵 列接口电路，激励电路接口，控制电路接口，数据采集通道接口电路，主从光电耦合切换控 制电路。主从光电耦合切换控制电路与传感器阵列接口电路相连接并连接至数据采集通道 接口电路。激励电路接口与控制电路接口分别连接至主从光电耦合切换控制电路。[0034]本发明的工作过程是先通过输入端口连接电缆将切换单元连接到计算机中的控 制板卡上；通过计算机控制哪几个通道工作或单一通道工作，逐一对每一信号点或几个信 号点进行数据采集；信号激励选择也通过计算机控制，可以任意选择激励点。所有激励点并 接在一起，每一次只能接通一个激励点。每一信号点或信号激励点的输入/输出接线为单 根同轴电缆，接线方式由电路控制和转换。[0035]请同时参见图2和图3来说明本发明的主从混合光电耦合切换装置系统电路连接 关系。[0036]其中，图3给出了主从混合光电耦合切换装置与外设I/O控制板的内部连接关系 示意图，图2是主从混合光电耦合切换装置电路结构图及单元连线图。所述主从混合光电 耦合切换装置共有28个光电耦合单元KO K27。结构如图2 (a)所示。包括二十四路输 入和二十四路输出的压电传感器切换电路。三路激励输入信号和三路传感器输出信号。其 中，光电稱合单兀KO分别与激励输入信号INl、传感器输出信号OUTl、两个控制信号和传感 器信号SENO连接；光电稱合单兀Kl分别与激励输入信号IN1、传感器输出信号0UT1、两个 控制信号和传感器信号SENl连接；光电耦合单元K2分别与激励输入信号INl传感器输出 信号0UT1、两个控制信号和传感器信号SEN2连接；光电耦合单元K3分别与激励输入信号 INl、传感器输出信号OUTl、两个控制信号和传感器信号SEN3连接；其余单元都与之类似。[0037]激励输入信号皿分别与光电稱合单兀KO K7中的光电稱合兀件U0、U2、U4、 U6、U8、U10、U12、U14连接；激励输入信号IN2分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦 合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30连接；激励输入信号IN3分别与光电耦合单 元K16 K23中的光电耦合元件诎2、诎4、诎6、诎8、说0、说2、说4、况6连接。[0038]传感器输出信号OUTl分别与光电耦合单元KO K7中的光电耦合元件U1、U3、U5、 U7、U9、U11、U13、U15连接；输出信号0UT2分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元 件U17、U19、U21、U23、U25、U27、U29、U31连接；输出信号0UT3分别与光电耦合单元K16 K23 中的光电耦合元件 U33、U35、U37、U39、U41、U43、U45、U47 连接。[0039]激励输入信号INI，IN2的连接由光电耦合单元K24控制；激励输入信号IN3，IN2 的连接由光电耦合单元K25控制。[0040]传感器输出信号0UT1、0UT2的连接由光电耦合单元K26控制；传感器输出信号 0UT3、0UT2的连接由光电耦合单元K27控制。[0041]切换控制单元由光电耦合单元KO K23组成，图2(b)给出了光电耦合单元KO的 内部连线关系。光电耦合单元Kl K23与之相似。光电耦合单元KO包括UO和Ul，KO的1、3脚通过一个电阻与电源Vcc连接，2脚与I/O控制板的引脚P2. 7连接即U0-2，4脚与I/ O控制板的引脚P5. 7连接即Ul-4，5脚与输出OUTl连接，8脚与输入INl连接，6、7分别与 传感器SENO连接。[0042]输入通道控制由光电耦合单元K24和K25组成。图2 (b)中给出了 K24单元和 K25单元的内部接线关系，K24单元包括U52和U53，K24的1、3脚通过一个电阻与电源Vcc连接，2脚与I/O控制板的引脚P9. O连接即U52-2，4脚与I/O控制板的引脚P6. O连接即 U53-4，5脚与输入INl连接，8脚与输入IN2连接，6脚与7脚连接。K25单元与之类似。[0043]输出通道控制由光电耦合单元K26和K27组成。图2 (b)中给出了 K26单元和K27 单元的内部接线关系，K26单元包括U48和U49，K26的1、3脚通过一个电阻与电源Vcc连接， 2脚与I/O控制板的引脚P9. 5连接即U48-2，4脚与I/O控制板的引脚P6. 5连接即U49-4， 5脚与输出OUTl连接，8脚与输出0UT2连接，6脚与7脚连接。K27单元与之类似。
权利要求1.一种主从混合光电耦合切换装置，包括传感器阵列接口电路、激励电路接口、控制电路接口、数据采集通道接口电路和主从光电耦合切换控制电路，其特征在于传感器阵列接口电路接收传感器的发射/接收信号并与主从光电耦合切换控制电路通讯，激励电路接口接收来自信号源的激励信号，并将激励信号发送给主从光电耦合切换控制电路，控制电路接口接收外设的I/o控制板的信号，从而控制主从光 电耦合切换控制电路中的光电耦合单元的输入输出信号，数据采集通道接口电路与外设的控制器数据采集板相连接，用来接收传感器发回的信号，并把此信号传送至前置电荷放大器，用于数据采集。
2.根据权利要求1所述的主从混合光电耦合切换装置，其特征在于所述的主从光电率禹合切换控制电路共有24个并联的光电稱合单兀KO K23,每一个光电稱合单兀包括两个光电稱合兀件，分别为UO U47,各个光电稱合兀件的内部连线、结构相同。
3.根据权利要求2所述的主从混合光电耦合切换装置，其特征在于所述的激励电路接口包括三路激励输入信号激励输入信号INl分别与光电耦合单元KO K7中的光电耦合元件U0、U2、U4、U6、U8、U10、U12、U14连接；激励输入信号IN2分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30连接；激励输入信号IN3分别与光电耦合单元K16 K23中的光电耦合元件U32、U34、U36、U38、U40、U42、U44、U46连接。
4.根据权利要求3所述的主从混合光电耦合切换装置，其特征在于所述的传感器阵列接口电路包括24路传感器信号传感器信号SENO SEN23分别与光电耦合元件KO K23连接，SENO与UO和Ul连接，SENl与U2和U3连接，SEN2与U4和U5连接，SEN3与U6和U7连接，SEN4与U7和U8连接，以此类推，SEN22与U44和U45连接，SEN23与U46和U47连接。
5.根据权利要求4所述的主从混合光电耦合切换装置，其特征在于所述的数据采集通道接口电路包括三路传感器输出信号输出信号OUTl分别与光电耦合单元KO K7中的光电耦合元件Ul、U3、U5、U7、U9、Ull、U13、U15连接；输出信号0UT2分别与光电耦合单元K8 K15中的光电耦合元件U17、U19、U21、U23、U25、U27、U29、U31连接；输出信号0UT3分别与光电耦合单元K16 K23中的光电耦合元件U33、U35、U37、U39、U41、U43、U45、U47连接。
6.根据权利要求5所述的主从混合光电耦合切换装置，其特征在于所述控制电路接口由光电耦合单元K24 K27组成，其中，K24由光电耦合元件U52和U53组成，K25由光电耦合元件U54和U55组成，K26由光电耦合元件U48和U49组成，K27由光电耦合元件U50和U51组成，其中，输入通道IN1、IN2的连接由K24控制，U52控制INl的通断，U53控制IN2的通断；输入通道IN3、IN2的连接由K25控制，其中，U54控制INl的通断，U55控制IN3的通断；输出通道0UT1、0UT2的连接由K26控制，其中，U48控制0UT2的通断，U49控制OUTl的通断；输出通道0UT3、0UT2的连接由K27控制，其中，U50控制0UT3的通断，U51控制OUTl的通断。
专利摘要本实用新型提供了一种主从混合光电耦合切换装置，传感器阵列接口电路接收传感器的发射/接收信号并与主从光电耦合切换控制电路通讯，激励电路接口接收来自信号源的激励信号，并将激励信号发送给主从光电耦合切换控制电路，控制电路接口接收外设的I/O控制板的信号，从而控制主从光电耦合切换控制电路中的光电耦合单元的输入输出信号，数据采集通道接口电路与外设的控制器数据采集板相连接，并把此信号传送至前置电荷放大器。本实用新型切换速度快，抗干扰力强，价格低廉，便于现场携带安装。
文档编号G01D18/00GK202836608SQ20122047747
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者李闵行, 肖迎春, 刘国强, 杜振华, 白生宝, 詹少正, 郭佳, 张昭 申请人:中国飞机强度研究所