专利名称：用于接收发射信号和发射光束的装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于接收发射信号和发射具有可调强度的光束的装置，其中，所述光束产生所述发射信号。该装置包括一发射光束的发射机，该发射机具有一调节强度的调节器；该装置还包括一接收发射信号的接收机，该接收机具有一分析器，该分析器在当发射信号的强度超出一预定的极限值时给出一阈值信号。此外，本发明还涉及该装置的应用。
这样一种装置是已知的且例如被应用在一种测量机构中，该测量机构在电能分配设备中进行测量，而且包括相应的测量仪器，该测量仪器必须在高电位情况下才能工作。该测量仪器由光束来提供能量；该光束可经光波导体输入该测量仪器。一个传输与其同类别测量结果的发射信号则以光学信号的形式同样经光波导体从该测量仪器发射出。在此，在发射机(提供用作能源的光束)、测量仪器和相应配置的接收机(用于接收发射信号并将信号送至另一分析装置)之间不需要任何导电性连接。在这方面尤其考虑将激光束作为光束，该激光束从相应的、例如建造成半导体激光器的发射机中发出。测量仪器相应地包括发射和接收装置，该装置一方面接收用作能源的光束，另一方面发出发射信号。
由于在这样一种测量机构中，处于高电位的测量仪器和其它位于正常零电位的装置部件之间通常不存在导电性连接，因此为用作能源的光束而调节适当的强度不能顺利地实现。通常必须手动调节，使光强从零开始连续地调高，直至测量仪器为其发射信号收到足够多的能量为止。因此，在该装置运行时必须提高光束的强度直至接收到一具有较高强度的、尤其是高于一预定极限强度的发射信号。
在将半导体激光器应用在光束发射机时存在另一个困难，因为半导体激光器的效率通常因老化而降低。因此在运行过程中，要考虑到光束的强度会逐渐变小，直至发射接收机不再能被正常地供以能量为止。为在这样一种情况中提供帮助，迄今为止已知的仅仅是手动将光束的强度调至一足够高的值。
本发明的目的是提供一种装置，它能自动调节光束的强度并省去手动操作。
为实现本发明目的，提供一种用于接收发射信号和发射具有可调强度的光束的装置，其中，所述光束产生所述发射信号，该装置包括-一用于发射光束的发射机，它具有一调节光束强度的调节器；-一用于接收发射信号的接收机，它具有一当发射信号的强度超过一预定极限值时能给出一阈值信号的分析器；-一给出起动信号的发送器，以起动发射信号；-与所述分析器、发送器和调节器相连接的控制单元，它在接收到发送器的起动信号之后控制调节器，使得调节器将强度调节到一个值，该值基本上从零开始连续升高，直至分析器给出阈值信号为止，而且该控制单元在其后能使调节器保持不变，直至接收到一新的起动信号为止。
根据本发明，光束的强度基本上从零开始、亦即从一不足以产生发射信号的值开始连续升高，并同时监察是否能接收到发射信号。光束强度一直提高，直至接收到一具有足够强度的发射信号且触发所述的阈值信号为止。这样便停止了光束强度的升高过程。
本发明还可以相应可靠地、多次重复地接通和中断一所述类型的测量机构的工作，该测量机构中组合有本发明装置，其中，在每一接通过程中确保对一足以接收所希望的发射信号的光束强度进行调节。由此不再需要手动操作。
本发明装置优选地还具有一与接收机、发射机、分析器和调节器相连接的调整器，在接收到阈值信号之后由该调整器来调整光束强度。为此为本发明装置补充一调整线路，它根据接收到的发射信号的相应性质来调整光束强度。这种设计对一种总是应在较长的时间之内运行的装置来说具有特别的意义，因为必须考虑到运行中光束强度带来的不利影响。
本发明装置的控制单元同样优选地还具有一积分器，一用于积分的恒定信号可输入该积分器，而且它与调节器相连，用于根据对该恒定信号的一种积分来调节光束强度。在这里，该恒定信号可以是恒定的直流电流，而积分器可以是电容器，在其后面接有高输入阻抗的电压放大器。在这里，该积分表示一线性增加的电压信号，它可与一相应的调节器结合使用，用来调节光束强度的基本为线性的斜率。
在发射机和接收机之间特别优选地接入一发射接收机，该发射接收机接收来自发射机的光束并将发射信号发射到接收机，在此情况下，进一步优选地将发射机和发射接收机设计成可由光束为发射接收机供应能量。此外，发射接收机还优选地包括一测量仪器，测量数据可从该仪器通过发射信号传输到接收机。因此，本发明的这一优选改进设计开拓了其在电能分配网中的所述测量机构内的应用前景。根据本发明的另一优选改进设计，发射接收机具有一种机构，用于将光束强度与极限值作比较，而且将该比较信息附加给发射信号；设有分析器和控制单元，当根据该比较信息获知光束强度低于极限值时，它们调节光束强度使之连续增加。由此提供一调整回路(Regelschleife)，它被直接插入包括发射机、发射接收机在内的回路中，而且在该回路中它可将光束强度确定为直接在用户、亦即发射接收机上的标准调整量。除了较少的装置费用外，上述配置在确定光束强度时可相当程度地消除系统误差。
为引导光束，优选地配设一与发射机相连接的第一光波导体。
此外，还优选地将发射信号设计为光信号，而且还优选地经一相应的与接收机相连接的第二光波导体将发射信号送至接收机。另一种方案是可配设唯一一根光波导体，它既用于引导光束也用于引导发射信号，当然要补充相应的分束器，以便将光束和发射信号聚集到该唯一光波导体上或将其从该唯一光波导体上取出并相互分开。
本发明的装置尤其被用来由光束为例如具有测量仪器的发射接收机提供能量，和用来将由发射接收机给出的且例如包含所述测量仪器的测量数据的发射信号引导至接收机。因此，所述测量仪器尤其被确定用于实施在电能分配网中的测量任务。在本发明装置的相应设计中，发射接收机因此可完全脱离大地电位，尤其在任何情况下，它都相对于大地位于必要的高电位上。
下面借助附图来说明本发明的实施例。
附图示出一用于接收发射信号和用于发射光束的装置的三个实施例，其中，所有实施例均用方块电路图表示，附图中
图1为一实施例，其中，由独立的装置来分别引导光束和引导发射信号；图2为一实施例，其中，设置唯一的装置来既引导光束又引导发射信号；图3为一实施例，其中，配设一调整光束强度的调整环路(Regelkreis)。
图1示出用于接收发射信号和用于发射光束的装置，其中发射信号设计为光信号，它需由第一光波导体1引导，而且要借助光强度可调且经第二光波导体2引导的光束来产生。该装置包括一发射光束的发射机3，它具有一用于调节光束强度的调节器4，图中示意性地表示为一电位计。在发射机3上连接着用于引导光束的第二光波导体2。此外，该装置还包括一用于接收发射信号的接收机5，在该接收机5上连接着第一光波导体1。接收机5包括一用于当发射信号的强度超过一预定极限值时给出一阈值信号的分析器6。此外，接收机5还包括一发送器7，其功能在图中示意性地表示为一开关，用于给出一起动信号来起动发射信号，还包括一与分析器6、发送器7以及调节器4相连接的控制单元8，它在接收到从发送器7传到调节器4上的起动信号之后将基本上为零的光束强度增长性地连续调节，直至分析器8给出阈值信号为止，并因此停止该值的连续增加。调节器4在此之后则保持不变，不受控制单元8控制，直至接收到一新的起动信号为止。
此外，本发明装置还包括一与接收机5、发射机3、分析器6以及调节器4相连接的调整器9。在给出阈值信号之后，即当控制单元8不再改变调节器4时，可经该调整器9通过相应改变调节器4来调整光束强度。
为起动光束且由此来产生发射信号，本发明装置按如下方式运行用发送器7将一起动信号输入到分析器6和控制单元8。随后，分析器6接通一稳流电源10，它将一为恒定电流形式的恒定信号经一相应的控制导线11输入控制单元8。该恒定电流到达控制单元8中的一积分器12，它例如为电容器，后接电压放大器，该积分器输出一从零开始随时间连续增加的输出信号作为恒定信号的积分，该输出信号或多或少可直接用于操纵调节器4。分析器6所要给出的阈值信号现在则实现切断稳流电源10，其结果是积分器12的输出信号不再随时间变化，且相应地不能再使调节器4产生任何变化。另外，从分析器6还有一相应的信号到达调整器9，设定该信号，使得调整器9和控制单元8在影响调节器4时相互间并不干扰。为此所作的其它进一步设计都是多余的，因为根据专业人员的知识和能力，无论是调整器9、控制单元8还是本发明的其它元件均可被设计成普通的数字或模拟的电子部件。
光束经第二光波导体2到达一发射接收机13，如图中示意性表示的那样，该发射接收机13可包含一测量仪器16，该仪器16由光束提供能量且被用来获取测量数据，这些测量数据借助于要从发射接收机13经第一光波导体1给出的发射信号被传递到接收机5。为此，发射接收机13不仅与发射机3而且与接收机5完全电流隔断，并且与此相对应，在假定有一相应的合适结构的条件下，发射接收机13可被置于一任意的、尤其是很高的电位上，而该电位却不能到达发射机3或接收机5。尤其是带有测量仪器16的发射接收机13因此可被置于在公共电能分配网17的配电设备中的高电位上，其中，在配电设备中进行测量、尤其是测量电流或电压。也可将发射接收机13置于一不管出于何种原因都没有从中引出电线的封闭空间中。这方面的例子有受爆炸危险的区域或者例如磁共振设备中所出现的具有高磁场强度的区域。在此领域，发射接收机13可以是一用光束来控制的和用(光)发射信号来读出的传感器。
图2示出本发明装置的另一实施例，该装置用于接收发射信号和发射光强度可调的光束。从功能上讲，图2所示的装置在许多方面与图1所示的装置一致，因此就这点而言有关图1的实施形式也同样适用于图2，在此不再重复。该装置同样具有一发射机3、一接收机5和一控制单元8且也包含一发射接收机13，光束被输入该发射接收机13而它则给出一有待接收的发射信号。然而仅为光束和发射信号配设一根唯一的光波导体14。因此发射机3包含一部件，它能将发送信号与光束分离开来，该部件例如是一相应的分束器。这种部件对有经验的专业人员来说是很熟悉的，因此在此无需详细描述。在任何情况下，发射信号经一相应配设的数据线15到达接收机5，且在那里可如图1所说明的那样被处理。可以看到，图2所示发射机3可以承担一定的在图1中须由接收机5单独实施的功能。而且，绝对没有必要非得建立用于传递原始光信号形式的发射信号的数据线15；完全可以想象的而且也许也是有优点的是，该业已在发射机3中的光发射信号以合适的电子形式被传送，而且作为电子信号经数据线15送至最终的接收机5。关于发射接收机13的应用可能性，有关图1的叙述在此仍直接适用。
图3所示实施例在许多方面对应于图1所示的实施例，因此对图1实施例的说明完全也可用来对图3作说明。在图3所示实施例中，光束同样从发射机3到达发射接收机13，在那儿光束基本上用于为一测量仪器16提供能量；在那儿产生一送往一接收机4的、具有有关由测量仪器16所获取的测量值信息的发射信号。接收机4以所述方式具有一用于分析发射信号的分析器6，且该分析器6连接至一控制单元8，方法是分析器6让一恒定电流从一可被通/断的稳流电源10流到该控制单元8中。在控制单元8中，该电流到达一积分器12；该积分器12产生一输出信号；该信号以所述方式输入发射机3，用于控制光束强度。该实施例的特殊点是它具有一调整环路，该调整环路直接接入在发射机3、发射接收机13和接收机4之间的封闭回路中。在这种情况下，为发射接收机13补充一装置，它确定输入光束的强度，且为有待送往接收机4的发射信号附加一信息，从该信息可导出一结论是否可将光束的强度视为是足够大的。为此在本实施例中配设一检测器18例如是一光电二极管，用于确定光束强度；一触发器19，它给出一信号，由该信号可断定该确定的光束强度是否高于或低于一确定的最小值；以及一发送器20，它为要从发射机13送出的发射信号附设一相应的信息。可以理解，分析器6的建立是为了能利用该信息。这些内容均在有经验的专业人员的能力范围之内，在此无需进一步说明。积分器12在本实施例中起着如图1所描述的重要作用，它被辅以一放电器21，在本例中它是一与积分器12的电容器并联的电阻21。该电阻21使在切断稳流电源10之后积分器12的输出信号不再保持恒定，而是以一定的时间常数衰减。与之相应，由积分器12调节到发射机3中的光束强度也不再保持恒定，而是同样地相应衰减。如果光束强度一直衰减到使得由检测器18、触发器19和发送器20组成的装置确定十分小的光束强度并为待送入接收机4的发射信号附设一相应的信息，那么分析器6使得稳流电源10重新接通。从而重新给积分器12输入恒定电流，而且积分器的输出信号一直被提高，直到在发射接收机13中接收到的光束强度重新足够高为止。因此产生一封闭的调整环路，它直接被嵌入由发射机3、发射接收机13和接收机4组成的闭环调整环路中。该调整环路的特征尤其是要调整的参数直接在用户上、在本例中是在发射接收机13上确定，并因此可立即考虑所有影响将光束从发射机3传送至接收机13以及将发射信号从发射接收机13传递至接收机4的影响参数。
本发明的装置能够在相应的发射机和相应的接收机之间自动地且多次可重复地建立一种由光束和由该光束所产生的发射信号所实现的连接，其中，在发射机和/或接收机中的老化效应和其他漂移效应均可可靠地加以补偿。
老化效应尤其可出现在置入发射机中用于产生光束的半导体激光器中。老化效应例如以这样的形态所表现出来一在切断电源前调好的用于激光器电流的值在重新起动之后仅仅只能产生一强度十分小的光束。因此有必要后续调整激光器电流。在本发明的范围之内，不但对过低光束强度的检测而且对激光器电流的后续调整并因此对光束强度的后续调整均是自动进行的。在这里尤其突出的是，激光器电流也可由一积分器的输出来控制。该输出使激光器电流连续提高，直至所产生的光束具有一足够大的强度为止。激光器电流之后被暂时恒定地保持在所达到的值之上。
本发明尤其适合应用在电能分配网中的测量系统内，其中，该测量系统可具有极高的电位。在这种情况下，所述的自动运行相对于在现有技术中普通的手工操作来说具有诸多优点，尤其是在切断装置的供应电压之后，因为在应用于电能分配网时，常常要求非常迅速地重新接通电源，而且装置也能被安置在十分不易接近的位置上。
权利要求
1.一种用于接收发射信号和发射强度可调的光束的装置，其中所述光束产生所述发射信号，该装置包括-一用于发射光束的发射机(3)，它具有一调节光束强度的调节器；以及-一用于接收发射信号的接收机(5)，它具有一当发射信号的强度超过一预定极限值时能给出一阈值信号的分析器(6)；其特征在于-一给出起动信号的发送器(7)，以起动发射信号；-一与分析器(6)、发送器(7)和调节器(4)相连接的控制单元(8)，它在接收到来自发送器(7)的起动信号之后控制调节器(4)，使得调节器(4)将强度调节至一个值，该值基本上从零开始连续升高，直至分析器(6)给出阈值信号为止，而且该控制单元(8)在其后能使调节器(4)保持不变直至接收一新的起动信号为止。
2.根据权利要求1所述的装置，它还具有一与接收机(5)、发射机(3)、分析器(6)和调节器(4)相连接的调整器(9)，由该调整器(9)在阈值信号发出之后来调整光束强度。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，控制单元(8)具有一积分器，一用于积分的恒定信号输入该积分器，而且该积分器与调节器(4)相连接，用于根据对该恒定信号的一个积分来调节光束强度。
4.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中，在发射机(3)和接收机(5)之间接入一发射接收机(13)，它接收来自发射机(3)的光束并将该发射信号送到接收机(5)。
3.根据权利要求4所述的装置，其中，发射机(3)和发射接收机(13)被设计成可由光束为发射接收机(13)提供能量。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，发射接收机(13)包含一测量仪器(16)，测量数据可从该测量仪器借助于发射信号被传递到接收机(5)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中，发射接收机(13)具有一种机构(18、19、20)，它用于将光束强度与极限值作比较，而且将该比较信息附加给发射信号；设有分析器(6)和控制单元(8)，当依据该比较信息获知光束强度低于极限值时，它们将调节光束强度使之连续增加。
8.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中，配设一与发射机(3)相连接的第一光波导体(1)以引导光束。
9.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中，发射信号设计成光信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，配设一与接收机(5)相连接的第二光波导体(2)以引导发射信号。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，配设唯一的光波导体(14)以引导光束和引导发射信号。
12.上述任一项权利要求所述装置的应用，其中，由光束为测量仪器(16)提供能量，而且将一由测量仪器(16)发出的发射信号引导到接收机(5)。
13.根据权利要求12所述的应用，其中，实施测量的测量仪器(16)被连接到电能分配网(17)上。
全文摘要
本发明涉及一种用于接收发射信号和发射强度可调的光束的装置,其中,所述光束产生所述发射信号。该装置包括一发射光束的发射机(3),该发射机具有一调节光束强度的调节器(4);一接收发射信号的接收机(5),该接收机(5)具有一分析器(6),它在发射信号的强度超过一预定极限值时给出一阈值信号;以及一给出起动信号的发送器(7),以起动发射信号。此外,该装置还具有一与分析器(6)、发送器(7)和调节器(4)相连接的控制单元(8),它在接收到来自发送器(7)的起动信号之后在调节器(4)上将光束强度基本上从零起连续增加地调节,直至分析器(6)给出阈值信号为止,而且在其后将调节器(4)保持不变,直至接收一新的起动信号为止。该装置尤其可与一设计成发射接收机(13)的测量机构一起应用于电能分配网中。
文档编号H04B10/40GK1266566SQ98807980
公开日2000年9月13日 申请日期1998年7月27日 优先权日1997年8月8日
发明者沃尔特·格罗斯, 埃克特·巴托希, 弗朗兹－约瑟夫·昂特拉斯 申请人:西门子公司