技术领域
[0001] 本发明涉及到光纤传感技术领域，具体涉及一种小型化、集成化光纤传感信号解调电路系统。
相关背景技术
[0002] 光纤传感是一种高灵敏度、高精度的传感技术，可应用于温度、压力、应变、折射率等参量的测量，具有非常广阔的发展前景。在光纤传感实际应用中，稳定可靠的电路集成系统是关键技术之一，可以实现对传感信号的检测、放大、数字化转换等功能，确保系统输出结果的可靠性和准确性。小型化、集成化的电路集成系统是光纤传感器走向产业化必须要解决的问题，仍处于不断发展的阶段。
[0003] 光纤传感信号解调电路设计发展趋势包括以下几个方向：(1)功耗优化：随着电力成本的上升，功耗优化成为了电路设计的基本要求。在光纤传感电路中，功耗优化可以通过降低光源的亮度、采用低功耗的放大器和滤波器等方式实现。(2)集成化：随着集成电路技术的不断发展，光纤传感器的电路设计也趋向于集成化。集成化设计可以提高电路的可靠性和稳定性，并且可以减小电路的尺寸和成本。(3)高速传输：随着数据传输速度的不断提高，光纤传感器要求电路设计具有高速传输的能力。高速传输可以通过采用高性能的数据转换器和信号处理芯片等方式实现。(4)多通道：光纤传感电路通常需要处理多路输入信号，因此多通道设计成为了一种趋势。多通道设计可以通过采用多路放大器和交叉开关等方式实现。(5)自适应调整：光纤传感器的工作环境多变，因此电路设计需要具有自适应性，可以智能地根据环境变化调整参数和工作方式，以实现更好的性能和稳定性。
[0004] 然而，现有的光纤传感信号解调电路系统中，光纤传感器受限于实验室内光源与光谱仪的昂贵价格和大体积，光纤传感器的实际应用研究多数仍处于实验室阶段。因此，如何设计一种光纤传感信号解调电路系统，使光纤传感向小型化、集成化、低成本化推进，成为光纤传感技术迈向实用化的一个重要急需解决的问题。
具体实施方式
[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 实施例
[0035] 如图1所示，图1示出了本发明公开的一种小型化、集成化光纤传感幅值解调电路系统的组成框图，包括：电源模块、恒功率源驱动电路、激光二极管、光纤传感器、光电二极管、跨阻放大电路、数据采集卡与信号解调模块。电路结构简单，电路系统可以制作为贴片式的和直插式的。具体的：
[0036] 所述一种小型化、集成化光纤传感信号解调电路系统，包括：
[0037] 所述电源模块用于直接给所述恒功率源驱动电路、光电二极管、跨阻放大电路、数据采集卡提供电力支撑，也是给整个电路系统提供电力，采用了5V单电源供电方式，但不限于5V单电源供电方式；
[0038] 所述恒功率源驱动电路用于输出功率恒定的驱动电流信号，电源模块直接供电，驱动电流信号的控制通过恒功率的方式控制，通过激光二极管的PD端负反馈调节输出电流，保证输出的光功率的恒定，抵消温度产生的影响；
[0039] 所述激光二极管用于根据所述驱动电流信号发射出激光信号；
[0040] 在具体实施方式中，所述激光二极管为具有PD端作为功率反馈的激光二极管，为光纤传感器提供光源，激光二极管的LD端为电流的输入端，输入电流，使得激光二极管发射激光，电流越大，输出的激光功率越强，PD端为反馈端，激光二极管内部集成了一个光电探测器，可以根据发出的功率的强弱反馈回电流到PD端流出。由于激光二极管本身是一种半导体，受温度等外界环境变化影响，自身工作时间过长发热影响输出稳定性，存在温漂的弊端，以PD端的反馈调整输入电流大小，避免温漂带来的影响，保证输出激光功率的稳定，减少信号解调输出端的误差；
[0041] 所述光纤传感器用于导入所述激光信号并调制后输出，所述光纤传感器为以光纤作为光信号输入输出介质的任何光学传感器，传感信号调制和解调参量为信号幅值；
[0042] 所述光电二极管用于感测光纤传感器调制后的激光信号并将其转换为电流信号，采用了PIN光电探测器，但不限于PIN光电探测器；
[0043] 跨阻放大电路，用于将所述电流信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大、稳压和滤波处理后输出，也即是把光电探测器光电转换之后发出的微弱的电流信号转化为电压信号，并对电压信号进行放大，同时兼顾噪声抑制和信噪比的提升，进而保证电压采集和读取的精度，输出的电压信号通过数据采集卡实现被测信号的实时输出；
[0044] 数据采集卡，用于对所述跨阻放大电路输出的电压信号进行采集，并将其输出至信号解调模块；
[0045] 信号解调模块，用于将数据采集卡所采集的电压信号进行光纤传感信号的解调与可视化显示。
[0046] 在本例中，所述系统预留两个光纤尾端，用于与光纤传感器的两个尾端连接，实现光纤传感器的接入。
[0047] 参见附图2，所述恒功率源驱动电路包括第一运算放大器U3.1、三极管S11、三极管S12、稳压器S1，所述第一运算放大器U3.1的同相输入端与所述激光二极管的PD端相连，所述第一运算放大器U3.1的反相输入端经电阻R12接地，所述第一运算放大器U3.1的输出端依次串接电阻R14、电阻R16后与三极管S12的基极相连，三极管S11的集电极经电阻R17后连接至电源，所述三极管S12的发射极与三极管S11的集电极相连，三极管S11的基极传戒电阻C14后连接至电源，三极管S11的发射极接地，所述第一运算放大器U3.1的输出端串接电容C11后与其反向输入端相连，所述稳压器S1的阳极接地，稳压器S1的阴极串接电阻R15后连接至电源，稳压器S1的阴极还串接电阻R13后与所述第一运算放大器U3.1的反向输入端相连，稳压器S1的参考极与其阴极相连，所述稳压器S1的阳极还与其阴极相连接。
[0048] 通过上述电路，实现了驱动电流信号的电流大小的控制通过恒功率的方式控制，通过光电二极管的PD端产生负反馈，调节输出电流，保证输出的光功率的恒定，抵消温度产生的影响，减少信号解调输出端的误差。
[0049] 参见附图3，所述跨阻放大电路包括第二运算放大器U2，所述第二运算放大器U2的同相输入端经电阻R6连接至稳压二极管D2的阴极，稳压二极管D2的阳极连接至电源，第二运算放大器U2的反相输入端输入所述电流信号，所述第二运算放大器U2的输出端输出所述电压信号；所述第二运算放大器U2的同相输入端还经RC滤波电路接地，该RC滤波由并联的电阻R7和电容C9构成；所述第二运算放大器U2的输出端还通过并联的电阻R5与电容C8与其反向输入端相连。
[0050] 从图3还可以看出，所述稳压二极管D2的阴极与电阻R6的公共端经电阻R10、发光二极管LED4接地，所述稳压二极管D2的阴极与电阻R6的公共端还经相互之间均为并联关系的电容C12、电容C11、电容C7、电容C6接地。
[0051] 通过上述电路，从而实现了把光电探测器光电转换之后发出的微弱的电流信号转化为电压信号，并对电压信号进行放大，同时兼顾噪声抑制和信噪比的提升，进而保证电压读取的精度，输出的电压信号通过数据采集卡实现被测信号的实时输出。
[0052] 本例中，所述数据采集卡采用ADS1115BQDGSRQ1芯片，其电路原理图参见附图4。
[0053] 参见附图5与附图6，所述电源模块的具体实现电路有如图所示的两种形式，一种是基于TYPR‑C通信接口模块，另一种是基于串口通信模块，通过两个模块自带的电源线路集成电源模块的具体电路，从而既具有通信功能，又具有单电源供电功能，从而不占用过多电路板空间，实现电压转换，集成度高，功耗低。
[0054] 在本实施例的具体实施过程中，所述信号解调模块为上位机或单片机，且当所述信号解调模块为单片机时配置有显示屏，所述单片机采用51单片机，请参见附图7。
[0055] 最后，需要说明的是，由于本实施例所述的电路系统可以制作为贴片式和直插式，因此仅需将图2‑图7所示的电路中进行相应的接口替换即可实现，不用修改电路。
[0056] 综上所述，本实施例公开了一种小型化、集成化光纤传感信号解调电路系统，用于幅值型光纤传感信号的解调。该电路系统采用恒功率源驱动电路驱动激光二极管，激光二极管为光源发出单波长激光信号，光电二极管用于光信号采集。激光二极管发出功率稳定的单波长激光信号，通过光纤尾端传输给光纤传感器，经外界传感量调制后输出给光电二极管，光电二极管将光信号转换为电流信号，经跨阻放大电路放大和平稳滤波后将电流信号转换为电压信号，连续变化的电压信号作为采集信号来反应光纤传感器被测量的变化，通过数据采集卡采集电压信号，将其传至上位机或者单片机，并在进行解调后可视化显示采集到的解调信号，从而实现了一种小型化电路集成光纤传感信号幅值解调系统，能够助力光纤传感器实际应用的产业化。
[0057] 以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
