本發(fā)明涉及光隔離信息，特別是涉及一種光隔離發(fā)光側(cè)補(bǔ)償裝置及光隔離雙補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光隔離探頭在眾多電子、光學(xué)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的有效隔離傳輸，保障不同電路模塊間既能傳遞信號(hào)，又能避免電氣干擾等問(wèn)題，常見(jiàn)于通信系統(tǒng)、高精度測(cè)量?jī)x器以及一些對(duì)信號(hào)隔離要求嚴(yán)格的工業(yè)控制場(chǎng)景中。

2、光隔離探頭通常以發(fā)光二極管或激光器作為發(fā)光源，當(dāng)給發(fā)光二極管或激光器施加正向偏置電流時(shí)，在其內(nèi)部的半導(dǎo)體材料中，電子與空穴會(huì)發(fā)生復(fù)合，從而釋放出光子，產(chǎn)生光輻射，向外發(fā)射出具有一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的光，進(jìn)而通過(guò)光傳輸、隔離以及光電轉(zhuǎn)換等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。

3、然而，在電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的過(guò)程中，二極管或激光器并不是穩(wěn)定不變的，給激光發(fā)射管輸入恒定的電流，輸出的激光強(qiáng)度也會(huì)隨環(huán)境溫度發(fā)生變化，同時(shí)由于材料會(huì)發(fā)生衰變，導(dǎo)致隨著工作時(shí)長(zhǎng)的增長(zhǎng)，以及發(fā)光效率的光衰等，轉(zhuǎn)換效率逐漸降低。并且，激光發(fā)射管的閾值電流也會(huì)隨著環(huán)境溫度變化而變化，導(dǎo)致電轉(zhuǎn)光的精度發(fā)生變化，從而引起誤差。加上可能存在光信號(hào)傳輸?shù)纫蛩兀ㄈ绻饫|的不同彎折程度），可能還會(huì)影響接收的光強(qiáng)變化。

4、現(xiàn)有的光隔離補(bǔ)償調(diào)節(jié)方案依賴于電路元件如可變電阻、電容、數(shù)字點(diǎn)位器，或增益調(diào)節(jié)芯片來(lái)調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，然而上述調(diào)節(jié)方式要么調(diào)節(jié)精度或調(diào)節(jié)頻率不高，無(wú)法較好的滿足復(fù)雜多變的情況，要么成本高或帶寬無(wú)法滿足實(shí)際需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種光隔離發(fā)光側(cè)補(bǔ)償裝置及光隔離雙補(bǔ)償系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)果中激光發(fā)射管的閾值電流會(huì)隨著環(huán)境溫度變化而變化，以及發(fā)光效率光衰等，將導(dǎo)致電轉(zhuǎn)光的精度發(fā)生變化，從而引起誤差的問(wèn)題。

2、本技術(shù)一方面提供了一種光隔離發(fā)光側(cè)補(bǔ)償裝置，包括：

3、信號(hào)輸入模塊，用于輸入電輸入信號(hào)，根據(jù)所述電輸入信號(hào)輸出第一基準(zhǔn)信號(hào)；

4、偏置補(bǔ)償模塊，用于輸入偏置信號(hào)，將所述偏置信號(hào)疊加至所述第一基準(zhǔn)信號(hào)上，以形成第一運(yùn)算信號(hào)；

5、增益補(bǔ)償模塊，用于輸入增益信號(hào)，根據(jù)所述增益信號(hào)輸出第一光控制信號(hào)，并將所述第一光控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為增益第二運(yùn)算信號(hào)；

6、疊加控制模塊，用于將所述第一運(yùn)算信號(hào)和所述第二運(yùn)算信號(hào)進(jìn)行疊加運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出第二激光控制信號(hào)控制激光發(fā)射管產(chǎn)生光源。

7、作為其中一個(gè)可選的實(shí)施例，所述信號(hào)輸入模塊包括：與電輸入信號(hào)輸入端連接的第一電阻；

8、所述第一電阻的另一端分別與所述疊加控制模塊的一輸入端及接地第二電阻的一端連接。

9、作為其中一個(gè)可選的實(shí)施例，所述增益補(bǔ)償模塊包括第一運(yùn)算放大器、光耦隔離器，其中：

10、輸入增益信號(hào)經(jīng)阻抗匹配電阻接入所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端；

11、所述第一運(yùn)算放大器輸出端通過(guò)限流電阻連接所述光耦隔離器內(nèi)部發(fā)光器件的陽(yáng)極，構(gòu)成電流驅(qū)動(dòng)通道；

12、所述發(fā)光器件陰極與所述第一運(yùn)算放大器反相輸入端反饋連接形成閉環(huán)回路，且所述發(fā)光器件陰極與接地電阻連接；

13、所述第一運(yùn)算放大器輸出端與反相輸入端設(shè)置并聯(lián)電容進(jìn)行濾波。

14、作為其中一個(gè)可選的實(shí)施例，所述光耦隔離器包括發(fā)光二極管和光敏電阻，所述疊加控制模塊包括第二運(yùn)算放大器、激光器，其中：

15、所述第二運(yùn)算放大器輸出端連接所述激光器一端，所述激光器另一端與所述第二運(yùn)算放大器反相輸入端反饋連接形成閉環(huán)回路；

16、所述光敏電阻一端接地，另一端連接所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，以根據(jù)所述發(fā)光二極管發(fā)光產(chǎn)生增益信號(hào)，控制所述第二運(yùn)算放大器的增益。

17、作為其中一個(gè)可選的實(shí)施例，所述光隔離發(fā)光側(cè)補(bǔ)償裝置，還包括第一pi控制模塊和第二pi控制模塊，其中：

18、所述第一pi控制模塊用于根據(jù)光敏側(cè)輸出信號(hào)與所述電輸入信號(hào)的峰值誤差，產(chǎn)生增益補(bǔ)償信號(hào)輸入到所述增益補(bǔ)償模塊；

19、所述第二pi控制模塊用于根據(jù)光敏側(cè)輸出信號(hào)與所述電輸入信號(hào)的預(yù)設(shè)采樣時(shí)刻的誤差或均值誤差，產(chǎn)生偏置補(bǔ)償信號(hào)輸入到所述偏置補(bǔ)償模塊。

20、本技術(shù)第二方面提供一種光隔離雙補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

21、光敏側(cè)補(bǔ)償裝置，用于采集電輸出信號(hào)，解析所述電輸出信號(hào)生成第一解析信號(hào)，并將所述第一解析信號(hào)發(fā)送至發(fā)光側(cè)處理裝置；

22、發(fā)光側(cè)處理裝置，用于采集電輸入信號(hào)并根據(jù)所述電輸入信號(hào)生成第二解析信號(hào)，還用于接收所述第一解析信號(hào)，根據(jù)所述第一解析信號(hào)和所述第二解析信號(hào)計(jì)算偏置信號(hào)和增益信號(hào)；

23、上述任一實(shí)施例所述的光隔離發(fā)光側(cè)補(bǔ)償裝置。

24、進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括：

25、信號(hào)采集單元，分別用于采集電輸出信號(hào)、電輸入信號(hào)；

26、信號(hào)解析處理單元，用于解析所述電輸出信號(hào)/電輸入信號(hào)；

27、數(shù)據(jù)發(fā)送單元，用于向所述發(fā)光側(cè)處理裝置發(fā)送第一、第二解析信號(hào)；

28、信號(hào)處理單元，用于根據(jù)所述第一解析信號(hào)和所述第二解析信號(hào)計(jì)算偏置信號(hào)和增益信號(hào)。

29、本技術(shù)第三方面提供一種光隔離補(bǔ)償處理方法，用于如上述任一項(xiàng)所述系統(tǒng)，所述方法包括：

30、控制所述系統(tǒng)按第一頻率分別采集光敏側(cè)輸出信號(hào)和發(fā)光側(cè)電輸入信號(hào)；

31、解析所采集的光敏側(cè)輸出信號(hào)和發(fā)光側(cè)電輸入信號(hào)；

32、計(jì)算所解析的輸出信號(hào)和電輸入信號(hào)的峰值誤差及預(yù)設(shè)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)誤差或誤差均值；

33、根據(jù)所述峰值誤差及預(yù)設(shè)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)誤差或誤差均值，分別生成增益補(bǔ)償信號(hào)及偏置補(bǔ)償信號(hào)，以使得所述光敏側(cè)輸出信號(hào)和發(fā)光側(cè)電輸入信號(hào)相等。

34、優(yōu)選地，所述方法還包括：

35、若所述誤差小于/大于預(yù)設(shè)值且持續(xù)預(yù)設(shè)數(shù)量采樣周期，則控制所述系統(tǒng)按第二頻率采集所述敏側(cè)輸出信號(hào)和發(fā)光側(cè)電輸入信號(hào)；

36、其中，所述第二頻率小于/大于所述第一采樣頻率。

37、本技術(shù)實(shí)施例的光隔離發(fā)光側(cè)補(bǔ)償裝置，包括根據(jù)電輸入信號(hào)輸出第一基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)輸入模塊、將偏置信號(hào)疊加至第一基準(zhǔn)信號(hào)上以形成第一運(yùn)算信號(hào)的偏置補(bǔ)償模塊、根據(jù)增益信號(hào)輸出第二運(yùn)算信號(hào)的增益補(bǔ)償模塊、用于運(yùn)算第一運(yùn)算信號(hào)和第二運(yùn)算信號(hào)以根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出激光控制信號(hào)的疊加控制模塊。本技術(shù)上述方案通過(guò)偏置補(bǔ)償模塊和增益補(bǔ)償模塊來(lái)調(diào)節(jié)疊加控制模塊的信號(hào)輸出，進(jìn)而改變光敏側(cè)的輸出，根據(jù)發(fā)光調(diào)整矯正溫度特性引起的變化，消除發(fā)光側(cè)和光敏側(cè)的誤差，為發(fā)光側(cè)的激光發(fā)射管的偏置和增益調(diào)整提供硬件基礎(chǔ)。而且本技術(shù)方案不僅調(diào)節(jié)精度或調(diào)節(jié)頻率高，能較好的滿足復(fù)雜多變的情況，而且所需成本或帶寬也能較好滿足實(shí)際需求。

38、進(jìn)一步地，本技術(shù)方案通過(guò)增益補(bǔ)償信號(hào)控制改變光耦隔離器發(fā)光器件的光照，進(jìn)而持續(xù)改變光敏耦合電阻的阻值，這種連續(xù)可變的特性使得運(yùn)算放大器的增益能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、細(xì)膩的調(diào)節(jié)，可以達(dá)到更精確的增益值設(shè)定，滿足對(duì)信號(hào)放大倍數(shù)有高精度要求的應(yīng)用場(chǎng)景，能更精準(zhǔn)地控制放大倍數(shù)，減少因增益誤差導(dǎo)致的信號(hào)失真。同時(shí)，在一定的電壓控制范圍內(nèi)，通過(guò)本技術(shù)設(shè)計(jì)電路，運(yùn)算放大器的增益變化也能呈現(xiàn)出較理想的線性區(qū)間，可以根據(jù)具體的輸入輸出需求，準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)增益，便于實(shí)現(xiàn)預(yù)期的信號(hào)放大比例，有利于準(zhǔn)確把握增益變化與輸出信號(hào)關(guān)系。并且本技術(shù)上述方案上述增益補(bǔ)償信號(hào)是通過(guò)光進(jìn)行信號(hào)傳遞的，電氣上實(shí)現(xiàn)了隔離，可以有效避免輸入側(cè)電路中的電氣干擾（如電磁噪聲、電源波動(dòng)等）傳遞到運(yùn)算放大器所在的輸出側(cè)電路，提高了電路的抗干擾能力。