一种基于MEMS的光纤电信号检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种电信号检测装置，尤其涉及一种基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)的光纤电信号检测装置。

背景技术：

基于MEMS的光纤电信号检测设备，其核心部件为用于电光调制的MEMS器件。在现有的系统中，为了给MEMS器件提供稳定的低电压供能，可以采用利用取能线圈从母线取电并用蓄电池储能的方式。但此种方式存在许多缺陷，例如很难满足在母线电流极低时提供足够的电能而在线路短路电流极大时不击穿，高压恶劣环境下易引起电磁干扰、普通蓄电池自放电能耗损等问题。另一种常用的方法是用一个供能激光器通过光纤给放置在高压端的光电池供光能，由光电池给MEMS器件的驱动电路供能。但这样势必增加成本和复杂度。因此，如何给各种环境下的光纤电信号检测设备提供稳定可靠的供能，是一个亟待解决的问题。

此外，由于电光调制器件具有一定的非线性，因此输出端测得的信号与待测信号存在一定的偏移量。为了降低误差率、提高系统精度，需采用切实有效的方法来消除偏差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于MEMS的光纤电信号检测装置，直接将光源的部分光能转换为电能供电光调制部件使用，避免了在系统中引入电源装置所带来的各种问题。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于MEMS的光纤电信号检测装置，包括第一采样电路、光源、电光调制器件、信号输出终端、供能单元，所述电光调制器件用于将第一采样电路所采集的待测电信号调制于光源输出的光信号并将所生成的调制光信号通过光纤传输至信号输出终端，信号输出终端用于解调出调制光信号中的电信号，所述供能单元用于为电光调制器件提供电能；所述供能单元包括：

光电转换单元，用于将所述光源输出的一部分光信号转换为电信号；

调压单元，用于将光电转换单元所输出电信号转换为与所述电光调制器件相适配的电能并供给电光调制器件。

为了有效降低系统检测误差，进一步地，所述装置还包括用于对所述电光调制器件进行闭环控制的闭环控制回路，所述闭环控制回路包括：

第二采样电路，其与第一采样电路相同，并可与第一采样电路同时采集待测电信号；

比较器，用于对第二采样电路所采集的待测电信号与信号输出终端解调出的电信号做差，并将所得差值信号叠加到第一采样电路的输出信号上。

优选地，第一采样电路和第二采样电路均为采样电阻或互感器。

为了使本实用新型装置能在高压环境中安全使用，优选地，所述信号输出终端包括：

低压端光接收机，用于解调出调制光信号中的电信号；

发光部件，用于将低压端光接收机解调出的电信号转换为光信号；

高压端光接收机，用于将发光部件发出的光信号转换为电信号后输入所述比较器。

优选地，所述装置利用分束器从光源的输出中分出一部分光信号给所述供能单元。

相比现有技术，本实用新型技术方案及其进一步改进或优选技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型避免引入任何电源装置，通过光源供能的方式简化了系统供能，极好地避免了恶劣环境下(如强高压环境)系统供电产生的电磁干扰。

2、本实用新型技术方案不局限于普通的电流电压测量，可适用于一切与电有关的信号测量，适用性较广。

3、本实用新型通过光电转化和调压，大大提高了供能电压的稳定性。

4、本实用新型进一步通过闭环回路控制，能有效降低测量的误差。

附图说明

图1为光纤电信号检测设备的系统原理示意图；

图2为本实用新型中供能单元的结构原理示意图；

图3为本实用新型中闭环控制回路的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

基于MEMS的光纤电信号检测装置的基本结构原理如图1所示。此类设备的核心器件为电光调制器件，通过光纤连接光源和信号输出终端。光信号输入后，通过该器件的内部调制，可在输出端的信号输出终端一侧完整检测到作用于该系统上的各类电信号。

所述电光调制器件的基本原理如下：

光通过光纤入射至该器件，会在不同材料的表面发生反射，两束反射光相互间产生干涉现象。当电信号作用于该器件时，静电力作用会改变干涉光程差，从而影响输出。电光调制器件对光的衰减度与施加于其上的电信号之间的关系可以表示为：

POUT＝PIN·K(E)

其中，P表示光功率，K表示与电信号有关的衰减函数。

进而可在信号输出终端将检测到的信号进行还原输出，因此可以在信号输出终端完整地检测到电信号。

本实用新型中的传感系统可应用于各类环境下电信号的检测。在恶劣环境下，为了有效地避免电磁干扰等，应当尽可能地减少直流供电装置，为此，本实用新型的思路是直接从光源的输出中提取部分能量转换为电能供给电光调制器件，以避免外部电源的引入。具体而言，本实用新型的光纤电信号检测装置，包括第一采样电路、光源、电光调制器件、信号输出终端、供能单元，所述电光调制器件用于将第一采样电路所采集的待测电信号调制于光源输出的光信号并将所生成的调制光信号通过光纤传输至信号输出终端，信号输出终端用于解调出调制光信号中的电信号，所述供能单元用于为电光调制器件提供电能；所述供能单元包括：

光电转换单元，用于将所述光源输出的一部分光信号转换为电信号；

调压单元，用于将光电转换单元所输出电信号转换为与所述电光调制器件相适配的电能并供给电光调制器件。

图2显示了所述供能单元的一个实例。如图2所示，作为光源的激光器输出通过分束器被分为两部分，一部分作为光载波输入电光调制器件的光输入端，另一部分则先通过光电转换器件转换为电信号，然后将光电转换单元所输出电信号转换为与所述电光调制器件相适配的电能并供给电光调制器件。本实施例中光电转换后的电压为交流电压，通过升压后并进行AC-DC转换，方可得到系统所需的稳定的直流电压，供给电光调制器件(例如马赫曾德尔调制器)的偏置电压端口。

根据不同的需求，系统中可选择不同性能和灵敏度的电光调制器件，对应其灵敏度响应最佳波长范围，可选择不同的光源(通信光到可见光区域)，但都可以将该光源分成两部分，同时调制和供能。

由于电光调制器件具有一定的非线性，因此输出端测得的信号与待测信号存在一定的偏移量。为了降低误差率、提高系统精度，本实用新型进一步在该装置中引入用于对所述电光调制器件进行闭环控制的闭环控制回路，所述闭环控制回路包括：

第二采样电路，其与第一采样电路相同，并可与第一采样电路同时采集待测电信号；

比较器，用于对第二采样电路所采集的待测电信号与信号输出终端解调出的电信号做差，并将所得差值信号叠加到第一采样电路的输出信号上。

图3显示了所述闭环控制回路的一个实例。本实施例中的检测装置作用于特殊环境例如高压电网中，其被分成高压端和低压端，在图3中以椭圆虚线框表示。如图3所示，利用两个相同的取样电路(例如两个相同的取样电阻)分别对待测电信号进行采样，其中一路采样信号(信号ⅠⅠ)输入电光调制器。将与电光调制器连接的光接收机电光调制器Ⅰ的输出电信号施加于LED上，转化为光信号，再通过高压端的光接收机ⅠⅠ进行光电转化，然后将得到的电信号与一路采样信号(信号Ⅰ)进行比较，再将差值信号叠加于信号ⅠⅠ上作用于电光调制器，从而形成一个有效的闭环控制回路，可以有效降低系统误差。

本实用新型采用信号光源为系统供能，有效避免了恶劣环境下常规电源供能引起的强电磁干扰，同时优化了供能设备复杂的情况。本实用新型可广泛应用于强高压、强磁场等恶劣环境下的电信号检测，也可将其用于生物电的检测，通过检测到的生物电信号，将该数据与海量数据库中的正常值加以对比，可用来进行生物医疗方面的应用。