一种多路载波光信号的并行发射方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多路载波光信号的并行稳定发射系统和方法，通过控制终端的智能化控制，驱动直接数字频率合成器芯片发生方波信号，此方波信号频率和相位连续可控，输出方波信号控制LED以固定频率闪烁，LED工作过程中LED驱动模块和光反馈模块共同作用使其以长功率模式输出功率稳定的载波光信号，光反馈模块采用光电转换二极管将接收的LED功率不稳定波动反馈并结合LED驱动模块抑制功率波动，并可通过并行设置多路方波信号发生器和LED模块来产生多路频率和相位可控的载波光信号。本发明专利技术整个系统智能可控，集成度高，功耗低，工作稳定可靠，可多路扩展，适应范围广，是一种一体化载波光发生系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光信号的发射方法及系统，尤其涉及多路载波光信号的并行发射方法和系统。
技术介绍
随着光电技术的发展，光信号作为载波信号的场合越来越多，例如并行光谱检测技术中需要多路载波光同时发射，进入待检物质，并携带待检物质相关信息发送至接收端。这种多路光信号收发方案对多路光信号的频率，相位以及稳定程度有较高要求。再如，光通信是未来通信的主要方式，以光波作为信息载体发送有用信号，载波光作为光信号调制中的载波承担着至关重要的作用，无论是将电信号形式的有用信号转换为光信号直接发送，还是将有用信号调制在载波光信号上发送，光发射模块都是整个系统的核心环节。在无线通信应用中，信号以光波形式在空气中传播，发送至接收端，光波的发生亦如上所述在通信过程中起关键作用。载波光应用如此广泛，作为上述应用场合的信号源，其性能的优劣直接决定了应用系统的工作性能，稳定的载波光发射十分重要。现有的载波光发射方式中，目前还没有一种针对多种应用场合设计的适应性强、扩展性强的载波光发射系统，现有载波光发射系统主要依赖信号发生器发射方波调制信号，用方波信号控制激光器或半导体激光器LD (LaserDiode, LD)发射载波光信号,该系统具有如下缺点:(I)发射频率单一:现有载波光系统一般针对固定应用场合设计发射频率，载波光信号频率依赖信号发生器产生，只适用于固定应用场合设计的系统，不便加载于其他工作环境。(2)光路单一:不同的载波光应用场合对光路个数要求局限于自身需求，在需要扩展光路的情形时现有系统难以应对。(3)频率切换问题:一般载波光发射系统频率固定，不便调节，少数频率可调系统在切换频率时存在相位不连续，切换速度较慢，有一定延迟等问题，不适用于需要快速切换频率,并且切换时要求相位连续的场合。(4)载波光发射功率不稳定:载波光作为光源信号其发射功率的稳定性极其重要，现有系统一般依赖恒流驱动等电路控制输出功率，LED驱动模块存在一定的电流漂移，另外发光器件本身性能也不能保证驱动电流稳定的情况下不产生瞬时跳变，整体性能有待提闻。(5)便携性差:现有载波光系统集成度低，并未考虑将所有模块整合，本身体积较大，便携性低。(6)智能化程度低:载波光系统工作时不能做到智能化，调节过程较为复杂，依赖手动调节，使用不够方便。(7)功耗高:信号发生器本身需要220V电压，供电功耗较大，且发光器件多采用激光器和LD，功耗比LED高，不够环保节能。总之，现有载波光发射系统设计工作模式单一、切换速度低、相位不连续、可选发射频率较少、光路扩展性差、整体便携性低、功耗高、不环保，虽能应付一定应用场合，但可适应性不高，智能化程度低。
技术实现思路
针对上述问题，迫切需要开发一种多路载波光信号的并行发射方法和系统。由此，本专利技术提出如下思路来解决上述问题，本专利技术涉及一种多路载波光信号的并行发射系统，包含方波发生模块、LED驱动模块、光反馈模块、控制终端模块，其中至少两组方波发生模块，其中每一组方波发生模块包括一个直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer, DDS)芯片和芯片外围电路来产生一路方波信号；至少两组LED驱动模块，其中每一组包括一个LED发光二级管和相关连接电路，分别与对应组的方波发生模块匹配来实现LED光信号的输出；至少两组光反馈模块，其中每一组包括光电转换二极管、运算放大器，以及相关连接电路，分别接收对应组LED驱动模块的光信号输出来对LED驱动模块的光信号输出实现反馈控制；控制终端模块，包括单片机、单片机外围电路、单片机控制程序和控制输入接口红外遥控模块，用于对每一组方波发生模块的输出进行控制。优选地，所述的至少两组LED驱动模块，可以根据对应组光反馈模块输出的反馈信号来对LED不稳定波动功率进行调整，使对应组LED驱动模块以长功率模式输出功率稳定的载波光信号。优选地，还包括至少两组高速开关电路模块，所述每一组高速开关电路模块位于对应组的方波信号模块与LED驱动模块之间，实现LED闪烁的快速稳定切换。此外，本专利技术还涉及一种多路载波光信号的并行发射方法，包含以下步骤:通过控制终端模块实现总体的智能化控制，驱动直接数字频率合成器芯片产生方波信号，该方波信号控制LED，在光反馈模块的监测下和LED驱动模块的控制下以固定频率闪烁。此外，本专利技术还涉及一种多路载波光信号的并行发射方法，包含以下步骤:在控制终端模块的控制下，至少两组方波发生模块各自产生一路方波信号；所述每一路方波信号控制至少两组LED驱动模块中的对应一组LED驱动模块，实现每一路LED光信号的输出；至少两组光反馈模块中的对应组的光反馈模块监测对应组的LED光信号的输出，并对对应组LED驱动模块进行反馈控制。优选地，所述的方波信号频率和相位连续可控，驱动LED以固定频率闪烁。优选地，所述的方波信号控制LED，在光反馈模块和LED驱动模块的控制下以固定功率闪烁，光反馈模块采用光电转换二极管将接收的LED功率不稳定波动反馈，LED驱动模块根据LED功率不稳定波动调整功率波动，使其以长功率模式输出功率稳定的载波光信号。优选地，所述方法根据不同应用场合可进行多路载波光发射扩展，所述扩展功能基于控制模块的程序更新以及各独立通路的连接方案，通路扩展数目不限，但每个单独通路连接方式不变。本专利技术由于采取以上技术方案，具有以下优点:1、电脉冲信号产生:DDS采用全数字技术，它具有如下优势:(I)频率转换快:DDS无任何反馈环节，频率转换时间由频率控制字状态改变时间和电路延迟时间决定，转换时间很短(最小可达400ns)；⑵频率分辨率高，频点数多:DDS输出频率的分辨率和频点数随相位累加器的位数成指数增长，分辨率可达微赫兹，可满足精细频率控制要求；(3)相位连续:DDS在改变频率时，只需改变频率控制字，而不改变原有相位累加值，因此在频率改变时相位漂移小；(4)相位噪声小:DDS相位噪声主要取决于参考源的相位噪声,如果参考时钟源相位噪声小，那么DDS产生的频率相位噪声也小；(5)控制容易，稳定可靠。DDS的上述优点直接决定本系统的方波信号具有频率稳定、频点多、相位噪声小、相位连续、控制方便等特点，因此本专利技术载波光应用广泛，适用性强。2、LED恒流驱动:本专利技术采用恒流二极管驱动LED，恒流二极管集成度高，适应性强，稳定度显著，实现电路简洁，电流及电压控制只需依靠多个恒流二极管的串并联即可实现。3,LED光反馈:光反馈模块采集LED驱动模块瞬时噪声产生的不稳定光信号，将其转化为电信号反馈回驱动电路，对光功率进行微调，使LED发射光信号功率恒定，因此系统可用于利用载波光作为测量手段以及对载波光功率稳定性要求高的场合。4、高速开关电路:高速开关电路衔接方波电信号发生模块和LED驱动模块，克服LED驱动|旲块可能存在的响应延迟等缺点，使最终载波光/[目号占空比稳定，频率闻，可应用于高频场合。5、控制终端控制多个光路:控制终端机可编程操作DDS芯片发生多路独立方波信号，每路信号相互完全独立，可用来控制LED实现不同频率载波光信号发生，并且各路方波信号可根据不同应用需求编程实现频率的切换，使用单片机作为控制模块时，可加入红外遥控输入频率和相位，并且使系统实现小型化，智能化，操作简单易用，调试快速方便等优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路载波光信号的并行发射系统，包含方波发生模块、LED驱动模块、光反馈模块、控制终端模块，其中至少两组方波发生模块，其中每一组方波发生模块包括一个直接数字频率合成芯片和芯片外围电路来产生一路方波信号；至少两组LED驱动模块，其中每一组LED驱动模块包括一个LED发光二级管和相关连接电路，分别与对应组的方波发生模块匹配来实现LED光信号的输出；至少两组光反馈模块，其中每一组光反馈模块包括光电转换二极管、运算放大器，以及相关连接电路，分别接收对应组LED驱动模块的光信号输出来对LED驱动模块的光信号输出实现反馈控制；控制终端模块，包括单片机、单片机外围电路和控制输入接口红外遥控模块，用于对每一组方波发生模块的输出分别进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种多路载波光信号的并行发射系统，包含方波发生模块、LED驱动模块、光反馈模块、控制终端模块，其中 至少两组方波发生模块，其中每一组方波发生模块包括一个直接数字频率合成芯片和芯片外围电路来产生一路方波信号； 至少两组LED驱动模块，其中每一组LED驱动模块包括一个LED发光二级管和相关连接电路，分别与对应组的方波发生模块匹配来实现LED光信号的输出； 至少两组光反馈模块，其中每一组光反馈模块包括光电转换二极管、运算放大器，以及相关连接电路，分别接收对应组LED驱动模块的光信号输出来对LED驱动模块的光信号输出实现反馈控制； 控制终端模块，包括单片机、单片机外围电路和控制输入接口红外遥控模块，用于对每一组方波发生模块的输出分别进行控制。2.如权利要求1所述的多路载波光信号的并行发射系统，其中所述的至少两组LED驱动模块，可以根据对应组光反馈模块输出的反馈信号来对LED不稳定波动功率进行调整，使对应组LED驱动模块以长功率模式输出功率稳定的载波光信号。3.如权利要求1所述的多路载波光信号的并行发射系统，还包括至少两组与所述方波信号模块匹配的高速开关电路模块，所述每一组高速开关电路模块位于对应组的方波信号模块与LED驱动模块之间，实现LED闪烁的快速稳定切换。4.如权利要求1所述的多路载波光信号的并行发射系统，其中所述的至少两组方波发射模块，可以根据应用场合设定光波信号的发射频率，并且能够随时切换新的频率，切换过程中相位连续可控。5.如权利要求1所 述的多路载波光信号的并行发射系统，其中所述的至少两组光反馈电路模块，可以稳定对应组LED的发射功率，根据对应组LED发光功率的瞬时变化及时反馈回对应组LED驱动电路，并与之共同作用微调瞬时噪声带来的功率不稳定，使对应组LED工作在长功率模式。6.如权利要求1所述的多路载波光信号的并行发射系统，其中所述的控制终端模块可以控制方波发生模块产生特定频率方波信号，方波信号控制LED以特定频率闪烁，LED恒流驱动模块和光反馈模块则用来调整LED驱动电流使其发射功率稳定。7.一种多路载波光信号的并行发射方法，包含以下步骤: 通过控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，左年明，蒋田仔，蔡正辰，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：