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基于光纤的 开关量 信号传输控制系统

阅读：2发布：2020-05-21

专利汇可以提供基于光纤的开关量信号传输控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种基于光纤的开关量信号传输控制系统，应用于光纤通信领域，为解决工业过程测量和控制系统中大量开关量信号的传输存在传输电缆繁琐、易受电磁干扰，难以通路自检等问题；本发明采用不同波长的光信号独立传输不同的开关量信号，携带不同开关量信号的光信号通过光纤传输，在进入控制系统前通过若干第二光电探测器将携带不同开关量信号的光信号转化为对应的若干路电信号，若干路电信号携带不同的开关量信号，各路电信号经电压放大器放大处理后输入开关阀或继电器，实现大量开关量信号的传输；在进入第二光电探测器之前，携带不同开关量信号的光信号同时经过反射镜反射回第一光电探测器转化为电信号输出到半导体二极管，实现通路自检。，下面是基于光纤的开关量信号传输控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，采用不同波长的光信号独立传输不同的开关量信号，包括：光源生成模块、n个光开关、开关量信号输出系统、n*1波分复用器、光纤、第一1*n波分复用器、第二光电探测器、电压放大器、开关阀；
所述光源生成模块用于产生n路不同波长的光信号，所述n个光开关在开关量信号输出系统控制下光开关产生n个不同的开关量信号，所述光源生成模块产生的n路不同波长的光信号经对应光开关后均加载一个开关量信号，得到n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号，所述1路光信号经光纤输入1*n波分复用器，经第一1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个第二光电探测器转化为n路电信号，n路电信号分别经n个电压放大器输入开关阀。
2.根据权利要求1所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，还包括n个2*1耦合器、n个1*2分路器、n个反射镜、n个第一光电探测器、n个发光二极管；
所述经n个光开关后输出的n路带有不同开关量信号的光信号分别从n个2*1耦合器第一端输入，从n个2*1耦合器第二端输出的n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号；
所述经第一1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个1*2分路器第一端输入，经n个1*2分路器第二端输出的光信号作为传输系统的输出，经n个1*2分路器第三端输出的光信号分别进入n个反射镜；
经反射镜反射回来的n路光信号分别从n个1*2分路器第三端输入，从n个1*2分路器第一端输出后依次经第一1*n波分复用器、光纤、n*1波分复用器后分别输入至n个2*1耦合器的第二端，从2*1耦合器的第三端输出的光信号经过第一光电探测器转化为电信号输入发光二极管。
3.根据权利要求2所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，所述光源生成模块包括：宽带光源、第二1*n波分复用器，宽带光源通过第二1*n波分复用器产生n路不同波长的光信号。
4.根据权利要求2所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，所述光源生成模块为n个带有不同波长的单波长光源。
5.根据权利要求3或4所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，将所有发光二极管替换为信号采集与处理系统。
6.根据权利要求5所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，将开关阀替换为继电器。
7.根据权利要求6所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，所述开关量输出系统为电路或手动控制。
8.基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，采用不同波长的光信号独立传输不同的开关量信号，包括：多个带有不同波长的单波长光源、开关量信号输出系统、n*1波分复用器、光纤、1*n波分复用器、第二光电探测器、电压放大器、开关阀；
所述多个带有不同波长的单波长光源在开关量信号输出系统的控制下产生n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号，所述1路光信号经光纤输入1*n波分复用器，经1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个第二光电探测器转化为n路电信号，n路电信号分别经n个电压放大器输入开关阀。
9.根据权利要求8所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，还包括n个2*1耦合器、n个1*2分路器、n个反射镜、n个第一光电探测器、n个发光二极管；
所述n路带有不同开关量信号的光信号分别从n个2*1耦合器第一端输入，从n个2*1耦合器第二端输出的n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号；
所述经1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个1*2分路器第一端输入，经n个1*2分路器第二端输出的光信号作为传输系统的输出，经n个1*2分路器第三端输出的光信号分别进入n个反射镜；
经反射镜反射回来的n路光信号分别从n个1*2分路器第三端输入，从n个1*2分路器第一端输出后依次经1*n波分复用器、光纤、n*1波分复用器后分别输入至n个2*1耦合器的第二端，从2*1耦合器的第三端输出的光信号经过第一光电探测器转化为电信号输入发光二极管。
10.根据权利要求9所述的基于光纤的开关量信号传输控制系统，其特征在于，所述开关量输出系统为电路或手动控制。

说明书全文

基于光纤的开关量 信号传输控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于光纤通信技术领域，特别涉及一种开关量传输控制系统。

背景技术

[0002] 工业过程测量和控制系统中需要进行大量的开关量信号传输，传统的传输方式大多是使用24V或48V 电信号的通断来传输开关量信号，这种方式需要使用大量线缆，不易进行多终端隔离分配，难以进行通路自检，同时在电磁兼容方面也存在一定不足。

[0003] 光纤具有体积小、抗电磁干扰、复用能力强等优点，可实现一根光纤上同时独立传输多路信号。

发明内容

[0004] 为了解决目前工业过程测量和控制系统中大量开关量信号的传输存在传输电缆繁琐、不可进行通路自检、以及易受电磁干扰等问题；本发明提出一种基于光纤的开关量信号传输控制系统，利用光纤小体积、抗电磁干扰、复用能力强等优点实现传输路径简单、可通路自检的开关量传输控制系统。

[0005] 本发明采用的技术方案之一为：基于光纤的开关量信号传输控制系统，[0006] 采用不同波长的光信号独立传输不同的开关量信号，包括：光源生成模块、n个光开关、开关量信号输出系统、n*1波分复用器、光纤、第一1*n波分复用器、第二光电探测器、电压放大器、开关阀；

[0007] 所述光源生成模块用于产生n路不同波长的光信号，所述n个光开关在开关量信号输出系统的控制下产生n个不同的开关量信号，所述光源生成模块产生的n路不同波长的光信号经对应光开关后均加载一个开关量信号，得到n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号，所述1路光信号经光纤输入1*n波分复用器，经第一1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个第二光电探测器转化为n路电信号，n路电信号分别经n个电压放大器输入开关阀。

[0008] 进一步地，还包括n个2*1耦合器、n个1*2分路器、n个反射镜、n个第二光电探测器、n个发光二极管；

[0009] 所述经n个光开关后输出的n路带有不同开关量信号的光信号分别从n个2*1耦合器第一端输入，从n个2*1耦合器第二端输出的n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号；

[0010] 所述经第一1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个1*2分路器第一端输入，经n个1*2分路器第二端输出的光信号作为传输系统的输出，经n个1*2分路器第三端输出的光信号分别进入n个反射镜；

[0011] 经反射镜反射回来的n路光信号分别从n个1*2分路器第三端输入，从n个1*2分路器第一端输出后依次经第一1*n波分复用器、光纤、n*1波分复用器后分别输入至n个2*1耦合器的第二端，从2*1耦合器的第三端输出的光信号经过第一光电探测器转化为电信号输入发光二极管。

[0012] 进一步地，所述光源生成模块包括：宽带光源、第二1*n波分复用器，宽带光源通过第二1*n波分复用器产生n路不同波长的光信号。

[0013] 进一步地，所述光源生成模块为n个带有不同波长的单波长光源。

[0014] 进一步地，将发光二极管全部替换为信号采集与处理系统，实现开关量传输路径中的定点检测。

[0015] 更进一步地，将开关阀替换为继电器。

[0016] 进一步地，所述开关量输出系统为电路或手动控制。

[0017] 本发明采用的技术方案之二为：基于光纤的开关量信号传输控制系统，采用不同波长的光信号独立传输不同的开关量信号，包括：多个带有不同波长的单波长光源、开关量信号输出系统、n*1波分复用器、光纤、1*n波分复用器、第二光电探测器、电压放大器、开关阀；

[0018] 所述多个带有不同波长的单波长光源在开关量信号输出系统的控制下产生n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号，所述1路光信号经光纤输入1*n波分复用器，经1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号；所述n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个第二光电探测器转化为n路电信号，n路电信号分别经n个电压放大器输入开关阀。

[0019] 进一步地，还包括n个2*1耦合器、n个1*2分路器、n个反射镜、n个第一光电探测器、n个发光二极管；

[0020] 所述n路带有不同开关量信号的光信号分别从n个2*1耦合器第一端输入，从n个2*1耦合器第二端输出的n路带有不同开关量信号的光信号输入n*1波分复用器合成1路光信号；

[0021] 所述经1*n波分复用器分成n路带有不同开关量信号的光信号分别经n个1*2分路器第一端输入，经n个1*2分路器第二端输出的光信号作为传输系统的输出，经n个1*2分路器第三端输出的光信号分别进入n个反射镜；

[0022] 经反射镜反射回来的n路光信号分别从n个1*2分路器第三端输入，从n个1*2分路器第一端输出后依次经1*n波分复用器、光纤、n*1波分复用器后分别输入至n个2*1耦合器的第二端，从2*1耦合器的第三端输出的光信号经过第一光电探测器转化为电信号输入发光二极管。

[0023] 进一步地，将发光二极管全部替换为信号采集与处理系统，实现开关量传输路径中的定点检测。

[0024] 更进一步地，将开关阀替换为继电器。

[0025] 进一步地，所述开关量输出系统为电路或手动控制。

[0026] 本发明的有益效果：本发明的基于光纤的开关量信号传输控制系统，利用光纤具有体积小、抗电磁辐射、复用能力强等优点，采用光纤来实现不同波长光信号独立传输不同的开关量信号，从而实现大量开关量信号的传输，本发明具备以下优点：

[0027] 1、采用光纤传输及不同波长的光信号分别加载一不同的开关量信号，实现大量开关量信号的传输；

[0028] 2、实现通路自检；

[0029] 3、实现光路的定点监测。附图说明

[0030] 图1是本发明的基于光纤的开关量信号传输控制系统实施例一；

[0031] 图2是本发明的基于光纤的开关量信号传输控制系统实施例二；

[0032] 图3是本发明的基于光纤的开关量信号传输控制系统实施例三；

[0033] 其中，11为宽带光源，21为第二1*16波分复用器、22为第一1*16波分复用器，3为光开关，4为2*1耦合器，5为16*1波分复用器，6为1*2分路器，7，8为光电探测器，9为反射镜，10电压放大器，11为发光二极管，12为传输光纤，13为电路或手动开关量信号输出系统，14为开关阀或继电器，15、16、17为三个不同波长的单波长光源。

具体实施方式

[0034] 为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

[0035] 实施例一

[0036] 光源生成模块实现方式为：包括：宽带光源、第二1*n波分复用器，宽带光源通过第二1*n波分复用器产生n路不同波长的光信号；如图1所示，本发明的基于光纤的开关量信号传输控制系统，包括：宽带光源1、两个1*n波分复用器21，22、光开关3、2*1耦合器4、n*1波分复用器5、1*2分路器6、两组含有n个光电探测器7，8、反射镜9、电压放大器10、发光二极管11、传输光纤12、电路或手动开关量信号输出系统13、开关阀或继电器14；

[0037] 工作原理为：所述宽带光源11通过1*n波分复用器21分成n路带有不同波长的光路，并分别连接由电路或手动控制的开关量信号输出系统13控制的n个光开关3，由光开关3输出的带有开关量信号的光信号经过2*1耦合器4第一端输入，从2*1耦合器4第二端输出的光信号输入n*1波分复用器5，经n*1波分复用器5合成1路光信号，所述1路光信号经过长距离的传输光纤12输入到1*n波分复用器22分成n路带有不同开关量信号的光路，n路光信号分别经过n个1*2分路器6，n路光信号分别从n个1*2分路器6的第一端输入，其中分路器6第二端输出的光信号输入到光电探测器7转化为电信号，所述电信号携带不同的开关量信号，电信号最终经过电压放大器10输入到开关阀或继电器14完成开关量信号的传输，分路器6第三端输出的光信号输入到反射镜9，反射镜9反射回的光信号再依次经过1*n波分复用器22、传输光纤、n*1波分复用器后，从2*1耦合器4的第二端输入，从2*1耦合器4的第三端输出的光信号经过光电探测器8输入到发光二极管11，最终实现该系统的通路自检功能。

[0038] 实施例二

[0039] 为了便于理解本发明的内容，本实施例中将n取值为3。

[0040] 光源生成模块实现方式为：将实施例一中所述的宽带光源1和1*3波分复用器21替换为多个带有不同波长的单波长光源；如图2所示，本发明的基于光纤的开关量信号传输系统，包括：单波长光源15，16，17、1*3波分复用器22、光开关3、2*1耦合器4、3*1波分复用器5、1*2分路器6、两组含有n个光电探测器7，8、反射镜9、电压放大器10、发光二极管11、传输光纤12、电路或手动开关量信号输出系统13、开关阀或继电器14；

[0041] 所述三个含有不同波长的单波长光源15，16，17分别连接由电路或手动控制的开关量信号输出系统13控制的3个光开关3，由光开关3输出的带有开关量信号的光信号经过2*1耦合器4第一端输入，从2*1耦合器4第二端输出的光信号输入3*1波分复用器5，经3*1波分复用器5合成1路光信号，所述1路光信号经过长距离的传输光纤12输入到1*3波分复用器
22分成3路带有不同开关量信号的光路，3路光信号分别从3个1*2分路器6的第一端输入，其中分路器6第二端输出的光信号输入到光电探测器7转化为电信号，并最终经过电压放大器
10输入到开关阀或继电器14完成开关量信号的传输，分路器6第三端输出的光信号输入到反射镜9，反射镜9反射回的光信号再依次经过1*3波分复用器22、传输光纤、3*1波分复用器后，从2*1耦合器4的第二端输入，从2*1耦合器4的第三端输出的光信号经过光电探测器8输入到发光二极管11，最终实现该系统的通路自检功能。

[0042] 实施例三

[0043] 为了便于理解本发明的内容，本实施例中将n取值为2。

[0044] 光源生成模块实现方式为：将实施例一中，所述的宽带光源1和1*2波分复用器21替换为多个带有不同波长的单波长光源，并且单波长光源的输出直接由电路或者手动控制，进而无光开关器件，如图3所示，本发明的基于光纤的开关量信号传输系统，包括：单波长光源15，16、1*2波分复用器22、2*1耦合器4、2*1波分复用器5、1*2分路器6、两组分别含有2个光电探测器7，8、反射镜9、电压放大器10、发光二极管11、传输光纤12、电路或手动开关量信号输出系统13、开关阀或继电器14；

[0045] 所述两个含有不同波长的单波长光源15，16分别由电路或手动控制的开关量信号输出系统13控制光源的输出，由光源输出的带有开关量信号的光信号经过2*1耦合器4第一端输入，从2*1耦合器4第二端输出的光信号输入2*1波分复用器5，经2*1波分复用器5合成1路光信号，所述1路光信号经过长距离的传输光纤12输入到1*2波分复用器22分成2路带有不同开关量信号的光路，2路光信号分别从3个1*2分路器6的第一端输入，其中分路器6第二端输出的光信号输入到光电探测器7转化为电信号，并最终经过电压放大器10输入到开关阀或继电器14完成开关量信号的传输，分路器6第三端输出的光信号输入到反射镜9，反射镜9反射回的光信号再依次经过1*2波分复用器22、传输光纤、2*1波分复用器后，从2*1耦合器4的第二端输入，从2*1耦合器4的第三端输出的光信号经过光电探测器8输入到发光二极管11，最终实现该系统的通路自检功能。

[0046] 上述第一和第二个实施例中的光开关3通过电路或手动的开关量输出控制系统13将不同波长光信号转化为带有开关量信号的光信号输出，第三个实施例中通过电路或手动控制光源15、16的输出与否将不同波长光信号转化为带有开关量信号的光信号输出；

[0047] 上述三个实施例中的电压放大器10根据开关阀或继电器所需电压进行调节输出；

[0048] 上述三个实施例中的发光二极管11可通过它的输出有无判断光路是否通断来实现系统的通路自检功能；

[0049] 上述三个实施例中的发光二极管11可替换为信号采集与处理系统，进而实现光路的定点监测功能。

[0050] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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