光電耦合技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：光電耦合技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：平接口電路；光電耦合器

中圖分類號：TP39 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）007-0-01

一、引言

接口電路是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，程序、原始數(shù)據(jù)和各種現(xiàn)場采集到的溫度、流量、壓力、速度、電流、電壓等不斷變化的物理信息，需要通過接口電路送入計算機.程序運行結(jié)果、結(jié)算結(jié)果或各種控制信號需要通過接口電路送到顯示器、打印機、壓力表、傳感器等其它設(shè)備，以便顯示、打印及實現(xiàn)各種控制動作。計算機能直接處理的信號是一定范圍內(nèi)的數(shù)字量、開關(guān)量和脈沖量，與外部的其它設(shè)備所使用的信號可能完全不同。因此，需要通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)變成適合對方的形式，如將電平信號變?yōu)殡娏餍盘?、將弱電信號變?yōu)閺婋娦盘?、將?shù)字信號變?yōu)槟M信號、將并行數(shù)據(jù)格式變?yōu)榇械据格式礫1]。

光電耦合器作為近年發(fā)展起來的新型器件，利用采集到的電信號使內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光、光感器件感應(yīng)到光后產(chǎn)生相應(yīng)電信號，完成不同形式信號之間的轉(zhuǎn)換，因其具有的輸入、輸出信號相互電隔離的獨特優(yōu)點，在計算機接口電路的設(shè)計中應(yīng)用比較廣泛。

二、光電耦合器

1.光電耦合器定義

將發(fā)光器件和光電接收器組合成一體，制成的具有信號傳輸功能的器件，稱為光電耦合器[2]。光電耦合器件可分為兩類：一類為光電隔離器，其功能是在電路之間傳送信息，以實現(xiàn)電路之間的電氣隔離和噪聲消除；一類為光傳感器，用于檢測物體的位置或者檢測物體有無的狀態(tài)。

2.光電耦合器特點

光電耦合器具有下列特點：

（1）電隔離功能。它的輸入、輸出信號間完全沒有電路的聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的電平零位可以任意選擇。

（2）信號傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用，適用于模擬信號和數(shù)字信號。

（3）抗干擾和噪聲能力。在作為繼電器和變壓器使用時，可以使線路上看不到磁性元件，它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。

（4）響應(yīng)速度快。一般可達微秒數(shù)量級，甚至納秒數(shù)量級。

（5）使用方便。具有一般固體器件的可靠性，體積小、質(zhì)量輕、抗震、密封防水。性能穩(wěn)定，耗電省，成本低工作溫度范圍廣。

（6）即具有耦合特性又具有隔離特性。

三、光電耦合器應(yīng)用設(shè)計

某接口電路板在設(shè)計時需要完成信號隔離、電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動功能，采用光電耦合器作為主器件進行電路設(shè)計，以實現(xiàn)所需功能，主要功能框圖如下：

按照接口電路板的功能需求，采用光電耦合器TIP621-4將外部模擬量、離散量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送入計算機系統(tǒng)總線；采用光電耦合器TIP621-4將計算機系統(tǒng)總線上的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備需要的離散量和模擬量，進行驅(qū)動后送出。由于光電耦合器具有隔離功能，輸入的模擬量、離散量后計算機總線上的數(shù)字量之間以及計算機總線上的數(shù)字量和輸出的模擬量、離散量之間沒有任何的電流信號的接通，即輸入、輸出的信號之間沒有相互的干擾。接口電路板主要原理圖如圖2所示。

四、結(jié)語

利用光電耦合器設(shè)計的接口電路，不但實現(xiàn)了不同電平之間的轉(zhuǎn)換，且有效隔離了前后級之間的相互影響；輸入、輸出信號獨有的光信號傳輸方式，防止外部設(shè)備產(chǎn)生的電磁、噪聲、尖峰浪涌等干擾信號傳入到計算內(nèi)。光電耦合器組成的接口電路板功能既滿足了計算機與外部設(shè)備的正常信號交換，又提高了計算機工作的可靠性，具有良好的市場前景。

參考文獻：

第2篇：光電耦合技術(shù)范文

機床包含全部的電動機、制動器、各種開關(guān)等。它們是實現(xiàn)各種機床操作的執(zhí)行者和各種機床狀態(tài)的報告者。電動機按照用途可以分為主軸與伺服電動機。主軸電動機是主軸驅(qū)動的動力源，主軸電動機可以使用一般的異步三相電動機和專門數(shù)控機床廠生產(chǎn)的電動機；伺服電動機是工作臺和刀架的動力源，伺服電動機具有的調(diào)速功能要比主軸電動機要求高，一般異步三相電動機無法勝任。

通常需要由集裝主軸與電動機的脈沖編碼器來完成速度測量。它將電動機實際具有的轉(zhuǎn)速匹配電壓數(shù)值輸送給伺服驅(qū)動系統(tǒng)成為反饋速度信號，與電壓數(shù)值具有的速度指令進行比較，進而對速度實現(xiàn)精確控制。常見的脈沖編碼器故障是內(nèi)臟、電壓不足與斷線。

測量位置通常使用光柵尺。它們主要是對運行中的機床坐標軸具有的實際位置組織直接或者間接的測量，將測量數(shù)值提供給CNC并且使指令位移坐標軸到達指定的位置，進而精確控制位置。常見的光柵尺故障包含臟與斷線。

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中存在的干擾因素

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)所處的工作環(huán)境，產(chǎn)生一些由于各種因素引發(fā)的電磁干擾信號，利用特定的途徑將這些信號輸入電氣控制系統(tǒng)。能夠憑借各種傳播干擾源的重要途徑，見那個數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)具有的干擾劃分為兩種，一種是控制系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的各種干擾，另一種是控制系統(tǒng)外部產(chǎn)生的各種干擾。電氣控制系統(tǒng)中具有的控制模塊之間產(chǎn)生的各種干擾一般是通過繼電器、開關(guān)等裝置引起的?？梢酝ㄟ^控制系統(tǒng)中的通道進行干擾，利用空間與供電系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾形式迅速接入數(shù)控機床內(nèi)部的控制系統(tǒng)模塊之中。對接觸器實行的操作可以產(chǎn)生兩種干擾信號，一種是在母線上存在的接觸器通過開、合觸點引起的各種頻率分量的振蕩波，母線相當(dāng)于天線，在附近空間中輻射暫態(tài)電磁場產(chǎn)生的能量，在控制系統(tǒng)模塊中出現(xiàn)了干擾。該種形式的干擾等同于開關(guān)產(chǎn)生的干擾及其所攜帶的負載模式的大小功率，一般狀況下，變壓器出現(xiàn)的較大功率將會造成更大的強度；另一種是在接觸器上的圓通制線、線圈兩端產(chǎn)生的過電壓，通過繼電器發(fā)生的輸出以及電源線進入電氣控制系統(tǒng)。除此之外，存在于電氣控制系統(tǒng)中的其他信號，可以經(jīng)過電源線的傳輸與耦合電磁空間等模式干擾電氣控制系統(tǒng)。最后是電氣控制系統(tǒng)的外部環(huán)境，比如電流與電弧產(chǎn)生的強大電磁場和交變的電磁場，以及較大功率的雷電與變頻器等，傳播這些干擾的主要途徑是電磁空間耦合。

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中的電氣隔離技術(shù)

1干擾信號控制的電氣隔離

1.1光電耦合的隔離技術(shù)光電隔離電路通常是指利用光傳送信號，分別隔離輸入和輸出電路。充分發(fā)揮抑制干擾信號的功能，合理消除在接地回路中產(chǎn)生的干擾，并且極快做出響應(yīng)動作、較長的壽命和較小的體積等特點，經(jīng)常在強弱電接口電路中應(yīng)用。光電隔離主要是通過光電耦合器件實施完成。將發(fā)光源配置在輸入端，在輸出端則安置受光器，在電氣輸入與輸出是完全隔離的。光電耦合器主要隔離內(nèi)部電路和輸入信號，或者將外部電路和內(nèi)部輸出信號進行隔離。連接開關(guān)輸入電路與光電耦合裝置以后，由于光電耦合裝置發(fā)揮的隔離功能，致使其擁有的脈沖各類干擾完全被阻截在一側(cè)的輸入回路上。光電耦合裝置不能對輸入和輸出位置的電信號直接實行耦合，二是以光作為介質(zhì)進行耦合，具有較強的電氣干擾隔離控制能力。在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中，由于被測控系統(tǒng)與設(shè)備之間會遭遇一定的干擾，致使信號在傳輸過程中產(chǎn)生畸變或者失真。此外，應(yīng)用遠距離設(shè)備傳輸電纜信號，常常由于設(shè)備之間產(chǎn)生的地線電位差，出現(xiàn)電流地環(huán)路現(xiàn)象，引起干擾差模電壓。為了能夠強化傳輸中具有的可靠性，可以應(yīng)用光電耦合技術(shù)實施隔離，將電路中存在的連接電氣分別實行隔開，保證他們之間的獨立性，切斷有可能產(chǎn)生的環(huán)路，提高電路中存在的抗干擾性。

1.2脈沖變壓器具有的隔離技術(shù)脈沖變壓器具有比較少的匝數(shù)，同時分別在兩側(cè)鐵氧體磁心繞一次繞組與二次繞組，這樣的工藝促使它具有比較小的電容分布，因此能夠作為脈沖信號的隔離部件。通過脈沖變壓器輸出與輸入脈沖信號時，不能夠傳輸直流分量，應(yīng)用的PLC進行控制輸入輸出數(shù)字量信號的有關(guān)設(shè)備，此時并不需要傳遞直流分量，所以能夠在數(shù)控系統(tǒng)中大量應(yīng)用。

2供電系統(tǒng)中的電氣隔離

2.1應(yīng)用交流電源隔離技術(shù)交流電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量高頻干擾與諧波等，針對電源交流供電控制設(shè)備和電氣電子裝置，都可以使用相應(yīng)的抑制手段。應(yīng)用變壓器具有的隔離電源作用，能夠迅速抑制進入交流電源之中的干擾噪聲?？墒?，一般變壓器并不能充分發(fā)揮抗干擾功能，主要原因是，即使是一次與二次繞組之間存在著絕緣數(shù)據(jù)，也能夠更好的防止一次側(cè)產(chǎn)生的電壓噪聲以及直接將電流傳送到二次側(cè)，充分發(fā)揮隔離作用。但是，因為存在的電容分布，交流電網(wǎng)之中的噪聲必須經(jīng)過分布的電容在二次側(cè)實行耦合。為了能夠有效抑制噪聲干擾，必須在繞組之間設(shè)置屏蔽層，這樣處理能夠有效抑制噪聲，盡量消除干擾，對設(shè)備自身的抗干擾性能發(fā)揮了提升作用。

2.2應(yīng)用直流電源隔離技術(shù)當(dāng)控制裝置與電氣電子設(shè)備內(nèi)部的子系統(tǒng)之間需要進行隔離時，它們各自的直流電源供電之間應(yīng)需要進行隔離，其隔離方式：一是在交流側(cè)應(yīng)用隔離變壓器；二是利用直流電壓隔離器。

第3篇：光電耦合技術(shù)范文

多芯片XLamp MPL EasyWhite LED為專業(yè)照明應(yīng)用進行了精心優(yōu)化，包括PAR和BR類型的燈泡的定向性照明。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計系統(tǒng)，MPL EasyWhite LED的光輸出相當(dāng)于一個3000K、75W的BR一30燈泡，但能耗卻比傳統(tǒng)的白熾燈降低了78％，可充分滿足能源之星(ENERGY STAR)對集成式LED燈泡的光效與光輸出要求。

MPl。EasyWhite LED提供2700K、3000K、3500K和4000K多種不同色溫，它們都是各自處于按美國國家標準學(xué)會A NsI C78．377-2008來作為色彩分檔的中心。由J二MPL EasyWhite LED的色彩高度一致集中，因此上述各色溫所占據(jù)的色域比按照ANSI C78．377色彩分檔所占的總面積還要小75％，從而有助干減少元件數(shù)，避免復(fù)雜的混色方案，并解決其它LED設(shè)計常見的像素色差問題。

高強度RGB LED

sPNovaLED系列中高強度的NMRTB UsD利用RGB技術(shù)，允許封裝內(nèi)的芯片單獨混色，可配出任何要求的顏色，甚至是白色，并提供均衡的光分布。在250mA工作的電流下，該LED的發(fā)光強度為9000mcd的紅光，1 8000mcd的綠光和4500mcd的藍光。

NMRTl3 USD因其采用硅封裝和低熱阻的外殼而有很長的壽命，可以制作成很好的MultiLED產(chǎn)品。其尺寸和其他6．0mm×6．0mm×1．5mm的SPNovaLEDS相當(dāng)。其視角達125。，以獲得更好的混色效果。

該LED是真正的高強度的光源，有更好的穩(wěn)定性和更長的壽命?；谄鋬?yōu)勢和動態(tài)性能，NMRTB―USD適合多種應(yīng)用，如全彩色顯色板，標識牌、裝飾照明、通道燈和建筑照明等。

2.5A門極驅(qū)動光電耦合器

A CPL一312U具備強化絕緣能力和可靠性，帶來汽車和高溫工業(yè)應(yīng)用中非常關(guān)鍵的安全信號隔離，低功耗的AcPL-312U系列在設(shè)計上加入了欠壓鎖定(UVLO)保護、高共模抑制(cMR)能力和快速響應(yīng)來改善效率，并使用雙重打線設(shè)計來提供后備支持，降低高溫工作下斷線的風(fēng)險。

ACPL-312U系列內(nèi)置A1GaAs LED，并通過光學(xué)耦合到配備有功率輸出電路級的集成電路，輸出電路級的高工作電壓范圍可以提供門控器件所需的驅(qū)動電壓，由這些光電耦合器所提供的電壓和電流非常適合用來直接推動達1200V／100A的IGBT晶體管，對于規(guī)格更高的IGBT則可以使用這個系列的光電耦合器來推動做為I G BT門極驅(qū)動的分立功率電路。

通過AEC―Q101認證的PIN光電二極管和光電三極管

第4篇：光電耦合技術(shù)范文

    工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC,它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中,雖然PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制裝置,具有較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行的穩(wěn)定性和較高的可靠性,但是由于它直接和現(xiàn)場的I/O設(shè)備相連,外來干擾很容易通過電源線或I/O傳輸線侵入,從而引起控制系統(tǒng)的錯誤動作。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān),是隨機的,且干擾源是無法消除的,只能針對具體情況加以限制;內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān),主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路,模擬量輸入信號等引起,可合理設(shè)計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。

    2 PLC系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)

    可編程控制器硬件系統(tǒng)由PLC、功能I/O單元和外部設(shè)備組成,如圖1所示。其中PLC由CPU、存儲器、基本I/O模塊、I/O擴展接口、外設(shè)接口和電源等部分組成,各部分之間由內(nèi)部系統(tǒng)總線連接。

    3 抗干擾的技術(shù)對策分析

    為防止干擾,可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中,硬件抗干擾是主要的抗干擾措施,一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源,切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道,降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。軟件抗干擾技術(shù)作為硬件措施的輔助手段,減少隨機性信號的干擾,其設(shè)計簡單、修改靈活、耗費資源少,在PLC測控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。

    3.1硬件抗干擾對策

    3.1.1電源系統(tǒng)引入的干擾對策

    電網(wǎng)的干擾、頻率的波動,將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。

    (1)加裝濾波、隔離、屏蔽、開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)

    濾波器可抑制干擾信號從電源線傳導(dǎo)到系統(tǒng)中。使用隔離變壓器,屏蔽層要良好接地;次級連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾),隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應(yīng)分別加屏蔽層,初級的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線;次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。開頭穩(wěn)壓電源可抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起電網(wǎng)電壓的波動,保持供電電壓的穩(wěn)壓。

    (2)分離供電系統(tǒng)

    PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電,并與主電源分開,這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電時,不會影響到控制器的供電。

    3.1.2接地抗干擾對策

    接地是抑制噪聲和防止干擾的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。給PLC接以專用地線可抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾。接地線與動力設(shè)備的接地點應(yīng)分開,若達不到此要求,則可與其它設(shè)備公共接地,嚴禁與其它設(shè)備串聯(lián)接地。接地電阻要小于5Ω,接地線要粗,面積要大于2平方毫米,而且接地點最好靠近PLC裝置,其間的距離要小于50米,接地線應(yīng)避開強電回路,若無法避開時,應(yīng)垂直相交,縮短平行走線的長度。

    3.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾對策

    為了實現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離,近年來在控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用光電耦合。光電耦合器具有以下特點:首先,由于是密封在一個管殼內(nèi),不會受到外界光的干擾;其次,由于靠光傳送信號,切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系;第三,發(fā)光二極管動態(tài)電阻非常小,而干擾源的內(nèi)阻一般很大,能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小;第四,光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比,一般很小,遠不如晶體管對干擾信號那么靈敏,而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光。因此,即使是在干擾電壓幅值較高的情況下,由于沒有足夠的能量,仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光,從而可以有效地抑制掉干擾信號。

    (1)光電耦合輸入電路如圖2所示。其中(a)、(b)用的較多,(a)為高電平時接成形式,(b)為低電平輸入時接成形式。(c)為差動型接法,適用于外部干擾嚴重的環(huán)境,當(dāng)外部設(shè)備電流較大時,其傳輸距離可達100~200m。(d)考慮到COMS電路的輸出驅(qū)動電流較小,不能直接帶動發(fā)光二極管,加接一級晶體管作為功率放大。

    (2)光電耦合輸出電路如圖3所示。(a)為同相輸出,(b)為反相輸出,當(dāng)輸出電路所驅(qū)動的元件較多時,可以加接一級晶體管作為驅(qū)動功率放大,如(c)所示。有時為了獲得更好的輸出波形,輸出信號可經(jīng)施密特電路整形。

    以上兩點是對開關(guān)量輸入輸出信號的處理方法,而對模擬輸入輸出信號,為了消除工業(yè)現(xiàn)場瞬時干擾對它的影響,除加A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路和光電耦合外,可根據(jù)需要采取軟件的數(shù)字濾波技術(shù)如中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等算法。

    3.1.4外部配線的抗干擾設(shè)計

    外部配線之間存在著互感和分布電容,進行信號傳送時會產(chǎn)生竄擾。為了防止或減少外部配線的干擾,交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應(yīng)分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線,要使用屏蔽電纜,屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)要懸空,而在控制器側(cè)要接地。配線時在30m以下的短距離,直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜,如果要走同一配線管時,輸入信號要使用屏蔽電纜。30~300m距離的配線時,直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜,并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300m以上長距離配線時,則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號,或使用遠程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開,輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。

    3.2軟件抗干擾措施

    為了提高輸入信號的信噪比,常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統(tǒng),采用程序限幅法,即連續(xù)采樣5次,若某一次采樣支援遠大于其他幾次采樣的幅值,那么就舍取之。對于流量、壓力、液面、位移等參數(shù),往往在一定范圍內(nèi)頻繁波動,則采用算術(shù)平均法。

    (1)信號保護和恢復(fù):當(dāng)偶爾性故障發(fā)生時,不破壞PLC內(nèi)部的信息,一旦故障現(xiàn)象消失,就可以恢復(fù)正常,繼續(xù)原來的工作。

    (2)故障診斷:系統(tǒng)軟件定期地檢測外界環(huán)境,如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等,以便及時反映和處理。

    (3)加強對程序的檢查和校驗:一旦程序有錯,立即報警,并停止執(zhí)行程序。

    (4)設(shè)置警戒時鐘WDT:如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間,預(yù)示了程序進入死循環(huán),立即報警。

第5篇：光電耦合技術(shù)范文

進入新世紀，激光和激光科學(xué)技術(shù)，正以其強大的生命力推動著光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，激光材料的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化，已由傳統(tǒng)的塊體材料單晶和玻璃，衍生出具有微結(jié)構(gòu)的陶瓷和光纖，推動著激光技術(shù)新一輪的迅猛發(fā)展。與此同時，高平均功率、高光束質(zhì)量的固體激光器的發(fā)展，引入了新型的激光工作物質(zhì)構(gòu)型和泵浦方式，對傳統(tǒng)激光晶體的尺寸提出了更高的要求，反過來推動著晶體生長技術(shù)持續(xù)發(fā)展。

目前，美國、德國、英國和日本在晶體、玻璃、光纖和陶瓷激光方面，總體上領(lǐng)先于世界各國。我國在科研、先進制造業(yè)、能源、醫(yī)療、國防等眾多領(lǐng)域亦將擁有規(guī)模巨大的激光及其元器件的應(yīng)用市場需求（目前，國際傳統(tǒng)激光器市場是100億美元/年，未來新應(yīng)用領(lǐng)域市場潛力將達10000億美元/年）。

鑒于全固態(tài)激光器（DPL）具有體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性好、壽命長、光束質(zhì)量高等優(yōu)點，市場需求十分巨大。全固態(tài)激光技術(shù)是目前我國在國際上擁有整體優(yōu)勢的高技術(shù)領(lǐng)域之一，具備了在部分領(lǐng)域加速發(fā)展的良好基礎(chǔ)。依據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》和863計劃新材料領(lǐng)域“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃，“十一五”期間我國將全固態(tài)激光器及其應(yīng)用技術(shù)作為重點項目，以全固態(tài)激光器件與材料研究為先導(dǎo)，面向激光先進制造技術(shù)、激光顯示技術(shù)和激光醫(yī)療的需求，開拓全固態(tài)激光器及其應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，促進材料與器件研究優(yōu)勢延伸到激光器應(yīng)用優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在我國造就一個高水平的全固態(tài)激光器產(chǎn)業(yè)及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。

30 Gb/s高速率并行光

發(fā)射模塊研制

項目簡介：30 Gb/s的高速率并行光發(fā)射模塊主要應(yīng)用于短距離（300米內(nèi)）的高速數(shù)據(jù)傳輸，并以其高速率、低成本的特點成為最具性價比方案。模塊的光源采用波長為850nm的1×12垂直腔面發(fā)射激光器陣列，單信道傳輸速率在2.5Gb/s以上，總數(shù)據(jù)傳輸速率可達30 Gb/s。在本成果的研究過程中，主要解決了如下的技術(shù)難點：VCSEL集成列陣與深亞微米CMOS高速專用集成電路的兼容性和多芯片組裝集成技術(shù)；VCSEL列陣與微光學(xué)組件光耦合技術(shù)；深亞微米CMOS高速激光器列陣專用集成電路設(shè)計與制備；30 Gb/s高速率12信道并行光發(fā)射模塊高頻封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計與測試。

項目負責(zé)：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所。

意義：本成果在器件集成方面有很強的綜合性，要求各單元部件的高度兼容性，在功能組合、集成技術(shù)等方面具有很強的創(chuàng)新性，并具有目標產(chǎn)品開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)突破?，F(xiàn)已在此基礎(chǔ)上申請國家發(fā)明專利4項，正積極籌備技術(shù)轉(zhuǎn)讓及小批量生產(chǎn)。

GaN半導(dǎo)體光電材料的規(guī)?；?/p>

關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)檢測設(shè)備

項目簡介：該成果的光致發(fā)光采用400nm半導(dǎo)體激光器，比國外采用的氣體激光器，具有成本低、易操作、光強穩(wěn)定、壽命長、能耗低等特點；光致發(fā)光可以給出積分光強、峰值波長、光譜半寬、主波長等參數(shù)，電致發(fā)光的檢測方法是國際首創(chuàng)，其檢測結(jié)果在提供光參數(shù)同時也提供電參數(shù)，并且可以測量單只LED，直接與外延片進行比較。利用白光反射譜測量外延片膜厚，也獲得了滿意效果。所有參數(shù)以mapping形式顯示，同時顯示各個參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果，并且根據(jù)生產(chǎn)單位要求，增加了去孤立點、去邊、局部掃描、單點測量等獨有功能。

項目負責(zé)：清華大學(xué)。

意義：GaN半導(dǎo)體光電材料的規(guī)?；P(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)的檢測設(shè)備是LED外延片生產(chǎn)的必備設(shè)備，作為生產(chǎn)、銷售的主要依據(jù)，因為其無損檢測的速度快，成本低，結(jié)果直觀，可以在外延片出爐后馬上檢測，成為下一爐工藝參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。檢測的結(jié)果也是銷售數(shù)據(jù)。該設(shè)備是國內(nèi)唯一，價格是進口設(shè)備的五分之一左右。為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。

2.5Gb/s混合集成光發(fā)射機與

接收機芯片及模塊關(guān)鍵技術(shù)

項目簡介：該項目研究2.5Gb/s速率系統(tǒng)，但設(shè)計的激光器帶寬已達到10GHz，可以運用至更高速率級別10Gb/s速率的系統(tǒng)中；采用0.18μm CMOS工藝設(shè)計完成了10Gb/s套片的大部分單功能芯片（只少前置），為10Gb/s系統(tǒng)芯片的高性價比研制奠定了基礎(chǔ)。完成了高速PIN探測器芯片的制造，已能小批量生產(chǎn)用于2.5Gb/s速率的接收機中；采用特征頻率fT只有13GHz的0.35μm CMOS工藝完成了2.5Gb/s速率套片的設(shè)計，包括各單功能芯片，組合功能芯片以及接收、發(fā)射的單片集成，適用于系統(tǒng)中各種不同情況的應(yīng)用。

項目負責(zé)：東南大學(xué)。

意義：本項目研究內(nèi)容涉及到光電子器件的研制，高速集成電路芯片的研制以及光發(fā)射機、光接收機混合集成所涉及的光路、電路、芯片間耦合，結(jié)構(gòu)封裝等多方面，多領(lǐng)域技術(shù)的研究。項目的完成，意味著在這些領(lǐng)域，我國的研究水平又上了一個新臺階。

新型深紫外非線性光學(xué)晶體材料和紫外、深紫外全固態(tài)激光器

項目簡介：深紫外相干光源指波長短于200nm的相干光。除電子同步輻射光源外，目前只有兩種途徑能產(chǎn)生這類光源的有效功率輸出。一種是準分子激光器，例如ArF準分子激光器能產(chǎn)生193.5nm的相干光源，而F2準分子激光器能產(chǎn)生157.6nm的相干光源。另外一種，就是使用深紫外非線性光學(xué)晶體，通過高次諧波的方法產(chǎn)生深紫外相干光。該技術(shù)研究在863項目的長期支持下取得了以下突破：

1．通過KBBF相關(guān)系研究和生長方法的改進，采用特殊設(shè)計的鉑金坩堝，成功地生長出20×10×1.8mm3全透明的KBBF單晶。

2．利用我們在國際上首次提出的并獲得中、美兩國專利的KBBF棱鏡耦合技術(shù)，制作成功光接觸KBBF－CaF2棱鏡耦合器件。

3．使用這一KBBF棱鏡耦合器件和直接倍頻方法，成功地實現(xiàn)了深紫外諧波光輸出的3個國際首創(chuàng)：

（1）首次實現(xiàn)200nm～193.5nm飛秒激光有效功率輸出。200nm的輸出功率達到12mW， 轉(zhuǎn)換效率超過9.5％，193.5nm的輸出功率達到13mW，轉(zhuǎn)換效率超過10％，已經(jīng)達到實用化要求。

（2）首次實現(xiàn)了Nd:YVO4激光的6倍頻諧波光177.3nm輸出,并獲得3.5mW的有效功率輸出。

（3）首次實現(xiàn)了Ti:Sapphire可調(diào)諧激光的4倍頻諧波光輸出，可調(diào)范圍達到200nm～170nm，最大輸出功率2.5mW。

4．Nd:YVO4激光的6倍頻器件，已首次被使用于超高分辨率光電子能譜儀上，在國際上首次建造成功分辨率高達0.36meV的光電子能譜儀。首次測量出CeRu2等化合物超導(dǎo)體在超導(dǎo)態(tài)時，Cooper電子對和超導(dǎo)能隙的形成。超高分辨率能譜儀的建造成功，將為未來高溫超導(dǎo)體的理論解釋提供重要數(shù)據(jù)。

項目負責(zé)：中科院理化技術(shù)研究所。

意義：全固態(tài)深紫外相干光源卻具有操作方便、線寬窄、波長可調(diào)、易獲得單模輸出等優(yōu)點，因此在深紫外光譜區(qū)，這種光源在光譜、能譜儀，激光醫(yī)療，光刻技術(shù)等方面將有廣泛應(yīng)用。

808nm連續(xù)100W光纖輸出大功率激光二極管列陣模塊產(chǎn)業(yè)化技術(shù)

項目負責(zé)：大功率半導(dǎo)體激光器列陣光纖耦合輸出模塊主要用于大功率固體激光器的端面泵浦源、激光手術(shù)刀、光纖激光器的泵源等。本項目采用完全自主的MOCVD外延生長技術(shù)、突破了高亮度器件的制作工藝技術(shù)以及低成本高效率光纖耦合技術(shù)。已實現(xiàn)了耦合器件的批量化試生產(chǎn)，可以提供數(shù)十瓦至數(shù)百瓦的實用化光纖耦合器件，達到了國際同類商用器件水平。

該項目所研制器件的波長為808nm，采用完全自主的MOCVD外延生長技術(shù)將本項目技術(shù)移植到波長為976nm和915nm，已研制出大功率半導(dǎo)體激光器線列陣光纖耦合輸出器件作為大功率光纖激光器泵浦源。

項目負責(zé)：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所。

意義：該項目大功率半導(dǎo)體激光器線列陣光纖耦合輸出器件的研制成功，應(yīng)用于端面泵浦大功率固體激光器，將會大大促進我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)及學(xué)科的發(fā)展，目前國內(nèi)楚天、大族、創(chuàng)科源等已在打標機中用激光二極管作泵源取代傳統(tǒng)的燈泵。本項目所研制器件是光電子武器系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用比民用更廣闊，更重要。因此，該項目的研制成功，對于國防現(xiàn)代化以及提高我國的科技競爭力具有重要意義。

氮化鎵基激光器

項目簡介：氮化鎵基激光器在信息的光存儲、激光打印、激光顯示等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。氮化鎵基激光器與目前DVD和CD-ROM中常用作光記錄和讀取光源的780nm或650nm紅色激光器相比較，其波長短，光點面積小，如果用做光記錄和存儲可以提高光盤存儲密度近1個量級，在一張12cm的光盤上可以實現(xiàn)單層碟片25GB的存儲容量，雙層碟片的50GB以上存儲容量，在一張光盤上可以記錄13個小時的普通電視節(jié)目或2個小時的高清晰度電視信號；氮化鎵基激光器用在激光打印機中，其分辨率可以從現(xiàn)在標準的600dpi提高到1200dpi,打印速度提高8倍；氮化鎵基激光器還可以做為彩色顯示的標準三基色光源之一─藍色光源，實現(xiàn)全真彩的顯示。

該成果攻克了氮化鎵基激光器的材料外延生長、器件圖形化工藝、器件性能測試等一系列技術(shù)難題。氮化鎵材料本底電子濃度小于5X1016/cm3,室溫電子遷移率達到1000cm2/VS，處于世界先進水平;獲得了高質(zhì)量的AlGaN/GaN超晶格光限制層材料和GaN/InGaN量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)光有源區(qū)材料 ；用解理的方法形成了性能良好的激光器反射腔面；發(fā)展了一套完整的激光器的測試和分析方法。在我國大陸首次研制成功了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的室溫脈沖激射的氮化鎵基激光器，并具有了小批量研制生產(chǎn)能力，氮化鎵基激光器采用在藍寶石襯底上外延生長的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu), 激射波長為400-415nm,激射閾值電流密度3.5-6KA/cm2。

項目負責(zé)：中科院半導(dǎo)體研究所。

意義：氮化鎵基激光器是目前國際上氮化鎵基光電子材料與器件研究領(lǐng)域競爭最激烈,技術(shù)難度最大,最具挑戰(zhàn)性和標志性的研究課題。在我國大陸首次研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的室溫脈沖激射的氮化鎵基激光器，大大的縮短了我國與世界先進水平的差距。

光通信用10Gb/s激光器模塊及關(guān)鍵技術(shù)

項目簡介：在半導(dǎo)體探測器和激光器優(yōu)化設(shè)計方面，突破傳統(tǒng)的觀念和約束，研制出了實用化的超寬頻帶TO封裝的蝶型封裝激光器和光探測器模塊，所研制的器件在國家軍事工業(yè)中已經(jīng)得到應(yīng)用。研制出國際通行電接口和光端口規(guī)范的光轉(zhuǎn)發(fā)器（Transponder)，并有小量產(chǎn)品銷售。在器件封裝過程中，利用封裝寄生參數(shù)對芯片特征參數(shù)的補償，使封裝后器件的性能比封裝前芯片的性能還要好。

第6篇：光電耦合技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 ，PLC， 控制系統(tǒng) ，抗干擾

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：

前言：

本文針對發(fā)電廠中PLC 控制系統(tǒng)普遍存在的干擾問題, 分析了PLC 控制系統(tǒng)干擾信號的來源, 對發(fā)電廠中PLC 控制系統(tǒng)從隔離、電源、輸出端、安裝與布線等幾方面, 提出了一些抗干擾措施, 以此提高電力系統(tǒng)中PLC的抗干擾能力和可靠性。

PLC的干擾源分析

PLC 作為一種自動化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置, 因其本身的高可靠性, 在自動控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但PLC 控制系統(tǒng)本身也存在薄弱環(huán)節(jié)(在I/0端口) , 雖然該系統(tǒng)具有與現(xiàn)場可靠的隔離和端口之間的隔離以及端口輸入、輸出信號與總線信號之間的隔離, 但由于PLC 的應(yīng)用場合越來越廣, 應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜,所受到的干擾也越來越多。發(fā)電廠的空間存在極強的電磁場, 發(fā)電機電壓高達數(shù)千伏, 電流高達數(shù)百安甚至數(shù)千安, 開關(guān)站的輸出電壓高達數(shù)十千伏或數(shù)百千伏。由于現(xiàn)場條件的限制(如設(shè)計原因或老設(shè)備的改造等) , 有時百米長的強電和PLC的信號電纜不能有效分隔, 甚至只能敷設(shè)在同一電纜溝或電纜橋架內(nèi), 高電壓、大電流接通和斷開時產(chǎn)生的強電干擾, 可能會在PLC 輸入線上產(chǎn)生很強的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流, 足以使PLC 輸入端的光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光, 使光電耦合器的抗干擾作用失效, 導(dǎo)致PLC 誤動作、程序紊亂、裝置死機等。干擾信號除了經(jīng)PLC 的輸入端侵入PLC外, 也可能經(jīng)PLC 的電源侵入PLC。同時, 系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間也會相互產(chǎn)生電磁輻射, 存在來自于PLC 系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響, 模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。各種形式的干擾, 都可能使系統(tǒng)不能正常工作, 因此研究PLC 控制系統(tǒng)干擾信號的來源、成因及抑制措施, 對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。

PLC 抗干擾措施

1. 抗干擾的隔離措施

PLC 內(nèi)部采用光電耦合器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來實現(xiàn)對外部開關(guān)量信號的隔離, PLC 的模擬量I/ O 模塊一般也采取了光電耦合的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對系統(tǒng)的影響外, 還可以保護CPU 模塊, 使之免受從外部竄入PLC 的高電壓的危害, 因此一般沒有必要在PLC 外部再設(shè)置抗干擾隔離器件。

如果PLC 輸入端的光電耦合器不能有效地抵抗干擾, 可以用小型繼電器來隔離發(fā)電站中用長線引入PLC 輸入端的開關(guān)量信號。光電耦合器中發(fā)光二極管的工作電流僅數(shù)毫安, 而小型繼電器的線圈吸合電壓為數(shù)十伏, 強電干擾信號通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的系統(tǒng)需要使用外部信號的多對觸點, 例如一對觸點用來給PLC 提供輸入信號, 一對觸點用來給上位計算機提供開關(guān)量信號, 一對觸點用于指示燈, 使用繼電器轉(zhuǎn)接輸入信號既能提供多對觸點, 又實現(xiàn)了對強電干擾信號的隔離。

PLC 來自開關(guān)柜內(nèi)的輸入信號和距開關(guān)柜不遠的輸入信號一般沒有必要用繼電器來隔離。為了提高抗干擾能力, PLC 的外部信號、PLC和計算機之間的串行通信線路也可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口來隔離, 在要求防火、防爆的環(huán)境更適于采用這種方法。

2. 電源措施

電源是干擾侵入PLC 的主要途徑之一。電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的,各種大功率用電、發(fā)電設(shè)備是主要的干擾源。如果PLC 使用交流電源, 在干擾較強或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊? 可以在PLC 的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。隔離變壓器可以抑制竄入的外來干擾, 提高抗高頻共模干擾能力, 但屏蔽層應(yīng)可靠接地。

輸出端的可靠性措施

繼電器輸出模塊的觸點工作電壓范圍寬, 導(dǎo)通壓降小, 與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比, 承受瞬時過電壓和過電流的能力較強, 但是動作速度較慢。系統(tǒng)輸出量變化不是很頻繁時, 一般選用繼電器型輸出模塊。PLC 輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點很小, 斷弧能力很差, 不能直接用于發(fā)電站的DC220 V 電路中, 必須用PLC 驅(qū)動外部繼電器, 用外部繼電器的觸點驅(qū)動DC220 V 的負載。

斷開直流電路要求較大的繼電器觸點, 接通同一直流電路可用較小的觸點。選擇外接的繼電器時, 應(yīng)仔細分析是用PLC 來控制接通還是斷開外部回路。例如水電站中用得較多的DC220 V 電磁閥,其內(nèi)部有與其線圈串聯(lián)的限位開關(guān)常閉觸點, 電磁閥線圈通電, 閥芯動作后, 是用閥內(nèi)部的觸點來斷開電路的。在這種情況下, 可以選用觸點較小的小型繼電器來轉(zhuǎn)接PLC 的輸出信號。

安裝與布線措施

開關(guān)量信號(如按鈕、限位開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)、壓力控制器等提供的信號)一般對信號電纜無嚴格要求, 可選用一般的銅芯多股電纜,信號傳輸距離較遠時, 可選用屏蔽電纜或光纖。模擬信號(如油壓力開關(guān)、流量開關(guān)等提供的信號)應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高,有的通信電纜的信號頻率很高, 一般應(yīng)選用PLC生產(chǎn)廠家提供的專用電纜; 在要求不高或信號頻率較低時, 也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。PLC 應(yīng)遠離強干擾源, 如大功率可控硅裝置、高頻大功率焊機和大型動力設(shè)備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi), 若在柜內(nèi)PLC 應(yīng)遠離動力線(二者之間的距離應(yīng)大于200mm)。與PLC 裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)的電感性元件, 如繼電器、接觸器的線圈, 應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。PLC 的I /O 線與大功率動力線應(yīng)分開走線, 如大金坪電站設(shè)計的電纜橋架模式, 若要在同一線槽中布線,信號線應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線應(yīng)分別使用不同的兩根電纜, 開關(guān)量、模擬量I/O線應(yīng)盡量分開敷設(shè), 后者應(yīng)采用屏蔽線。不同類型的線應(yīng)分別裝入不同的電纜管或電纜槽中, 使其有盡可能大的空間距離。如果模擬量輸入/輸出信號距離PLC 較遠, 應(yīng)采用4mA ~ 20mA 的電流傳輸方式, 不宜采用DC24V電壓傳輸方式。傳送模擬信號的屏蔽線, 其屏蔽層應(yīng)一端接地, 為了泄放高頻干擾, 數(shù)字信號線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線,其電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1 /10, 并將屏蔽層兩端接地。如果無法設(shè)置電位均衡線, 或只考慮抑制低頻干擾時, 也可一端接地。不同的信號線最好不用同一個插接件轉(zhuǎn)接, 如必須用同一個插接件, 要用備用端子或地線端子將其分隔開, 以降低相互干擾。

結(jié)束語：

PLC 控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題, 發(fā)電廠在抗干擾設(shè)計或技術(shù)改造中應(yīng)綜合考慮各方面的因素, 只有合理有效地抑制干擾, 才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

第7篇：光電耦合技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：激光探測 透鏡光纖 多窗口探測

中圖分類號：TN242 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0008-02

激光是一種特殊光源，具有脈沖寬度窄、單色性好、方向性好、平行度好、亮度高等優(yōu)點，許多高科技領(lǐng)域都是以激光為載體進行發(fā)展研究的。如今激光技術(shù)在世界領(lǐng)域內(nèi)飛速發(fā)展，對激光威脅源預(yù)警儀的設(shè)計與研究有重要價值。

采用基于光電二極管陣列的多窗口激光探測技術(shù)的傳統(tǒng)激光威脅源預(yù)警系統(tǒng)，由于光電二極管安裝在探測窗口附近，易受到環(huán)境中電磁波的干擾，所以有虛警率高的缺點。而采用光纖延遲技術(shù)的激光威脅源預(yù)警儀則需要高速計時電路，電路復(fù)雜，且光纖使用量大，成本較高。

本文將基于光電二極管陣列的多窗口激光探測技術(shù)與光纖技術(shù)加以融合，得到一種新型的激光預(yù)警技術(shù)。采用光纖耦合的激光預(yù)警儀在抗電磁干擾方面有明顯的優(yōu)勢，可以提高系統(tǒng)的可靠性，降低虛警率；并且由于來襲激光不直接作用于光電二極管，從而達到了抗高功率激光損傷的目的。

1 光纖探測器

如圖1所示，在半球型的光纖探測器上分布著12個光學(xué)窗口，每個光學(xué)窗口對應(yīng)一根透鏡光纖，光纖探頭擺放在凸透鏡焦平面前散焦的位置上，單個窗口視角為90°，角分辨率為30°。這樣就能實現(xiàn)水平0°～360°、俯仰-45°～90°的半球形檢測。透鏡光纖的末端與光電二極管相耦合，工作時通過檢測光電二極管是否接收到電流，來判斷是否有激光入射并聲光報警。

探測窗口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，窗口與透鏡的材料采用K9玻璃（ND=1.51637），K9玻璃在300 nm～1100 nm波段具有優(yōu)良且穩(wěn)定的透光性。K9玻璃正、反面加鍍AR增透膜，可增加6%～10%的透光率。采用了光譜傳輸范圍為380 nm～2400 nm的雙石英光纖，衰減值

2 激光信號處理裝置

如圖3所示，當(dāng)激光入射時，光纖探測器產(chǎn)生感應(yīng)電流，光信號轉(zhuǎn)換成電信號。利用前置放大電路將微弱的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)變?yōu)榉糯蠛蟮碾妷盒盘栞敵?。電壓信號?jīng)前置放大電路后轉(zhuǎn)換為TTL電平，但由于該電平脈沖寬度小，需要信號整形電路將其展寬。展寬后的信號經(jīng)AD采樣后送給單片機處理，最后利用液晶進行顯示和語音報警。

2.1 前置放大電路

激光脈沖寬度為10～20 ns（其中上升沿5～6 s），因而光纖探測器輸出的信號幅度很小且寬度較窄，無法滿足對輸出電壓的探測要求，這就需要設(shè)計一個前置放大電路。

如圖4所示，選用OPF432光電二極管與光纖相耦合，該組件頻譜敏感度500 nm～1100 nm，反向電壓100 V，暗電流0.1 nA，上升時間2 ns，下降時間2 ns。光電二極管1N4449用來消除暗電流誤差。放大器選用帶寬145MHz的AD8065放大器，放大器U1的反饋部分采用3.3 pF電容和24.9 kΩ電阻，其中，電阻將微弱的電流信號轉(zhuǎn)成電壓信號，電容則用于補償零點以消除振蕩。兩個放大器U1與U2中間設(shè)有32 MHz左右的一階高通濾波器，主要用來濾除環(huán)境中的干擾光源。放大器U2將電壓信號放大傳給MAX913比較器，信號經(jīng)比較器后轉(zhuǎn)換為TTL電平。

2.2 信號整形電路

由于前置放大電路輸出的TTL電平的脈沖寬度較小，不能滿足單片機信號采集和轉(zhuǎn)換的要求。為了降低成本和信號處理的復(fù)雜性，本系統(tǒng)設(shè)計了信號整形電路，利用555芯片構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路將輸出的TTL電平展寬。經(jīng)檢測，TTL電平被展寬為22us脈沖寬度的方波信號，滿足測量要求，成功實現(xiàn)了利用單片機對激光高速脈沖信號的分辨與處理。

3 結(jié)語

本文提出了一種基于多窗口透鏡光纖的激光檢測方法，并根據(jù)此方法設(shè)計了一種新型激光威脅源預(yù)警系統(tǒng)。實驗表明：系統(tǒng)能良好的檢測到功率小于1mW的微弱激光信號，并且對激光信號的入射方向反應(yīng)準確，虛警率低，抗高功率激光損傷能力和抗電磁干擾能力強，經(jīng)多次測量檢驗，系統(tǒng)工作正常無誤。

參考文獻

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第8篇：光電耦合技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】光纖光柵；邊沿解調(diào)；光電檢測；微弱信號；噪聲濾除

1.引言

隨著光纖光柵傳感器的廣泛應(yīng)用，光纖光柵傳感信號的檢測系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展。相比于傳統(tǒng)采用單色儀、光譜儀掃描[1]等方式來檢測光纖光柵傳感信號的方式，采用光電轉(zhuǎn)換方式，即把對光強信號的測量轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄妷盒盘柕臏y量方式有它的優(yōu)越性，它具有檢測設(shè)備制造成本低、方便攜帶、可以實現(xiàn)對實時變化信號高速檢測和擁有更廣的工程應(yīng)用等優(yōu)點。

目前用于光纖光柵傳感器信號檢測的光電檢測系統(tǒng)很多，但很多仍存在對微弱信號檢測精度不高，對噪聲有效抑制能力弱等特點。而基于邊沿解調(diào)原理的光纖光柵中心波長解調(diào)方法是通過對光柵反射峰的光強測量來實現(xiàn)的，是一種對較為微弱光電信號進行檢測的方式。此時，電路中所用器件的特性誤差和電路中所耦合進的噪聲對信號檢測精度所造成的影響不可忽略，它們在一定程度上都會降低信號的檢測精度。因此，如何有效抑制電路中的噪聲，提高光電檢測系統(tǒng)對微弱信號測量精度是本文研究重點。

3.影響微弱光電信號檢測精度的原因分析與相應(yīng)解決方法

從光電檢測的角度看，當(dāng)光源光功率一定，且被分為多路使用時，測量光柵反射峰的光強是屬于一種較弱光電信號的檢測方式，而從光纖光柵邊沿解調(diào)原理看，它是通過檢測光柵反射峰光強的變化來測量光柵中心波長的偏移量，更是屬于一種對微弱光電信號變化量的.檢測方式，這就對所采用的光電檢測系統(tǒng)的檢測方法和它的檢測精度有更高的要求。在本光電檢測系統(tǒng)的設(shè)計過程中，從光電信號的特性出發(fā)，分析了各種影響光電信號檢測精度的原因，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)解決方法。

3.2 差模信號提取電路設(shè)計

3.3 噪聲的影響分析及噪聲的有效濾除

光電轉(zhuǎn)換電路中的噪聲是影響光電檢測系統(tǒng)精度的重要因素，當(dāng)電路檢測的信號為微弱信號時，噪聲的處理尤為重要。當(dāng)目標信號中疊加有噪聲時，會大大地削弱系統(tǒng)的檢測精度，而當(dāng)耦合到信號中的噪聲與信號的強度可比擬時，并與信號一同被放大，則會出現(xiàn)目標信號淹沒在噪聲中的現(xiàn)象，使此種方式的信號檢測達不到預(yù)期的目標[5]。因此，有效抑制噪聲是提高系統(tǒng)檢測精度的一種重要方法。上文中的基于器件參數(shù)分析后的選型、共模信號的減除都是降低噪的聲影響和提高系統(tǒng)檢測精度的有效手段。此外，在檢測電路的PCB制板過程中考慮到模擬信號和數(shù)字信號對檢測系統(tǒng)分別造成的影響，采用模擬地與數(shù)字地有效隔離的布線方式也是濾除噪聲的有效方法。由于此檢測系統(tǒng)用于微弱信號的檢測，還應(yīng)考慮漏電對信號檢測精度的影響。漏電是指實際微弱信號的走線會受到附近強信號走線的干擾從而引起的漏電流，對目標信號來說，也是一種極其有害的噪聲干擾，所以布線的過程中采用了保護環(huán)(GuardRing)技術(shù)來有效抑制漏電對信號檢測的影響[6]。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，電路板中容易引入頻率為50Hz的工頻干擾，若能將制作好的電路板裝入一個屏蔽效果好的鐵盒中，并將電路板的地線與鐵盒接在一起，能夠有效抑制50Hz的工頻噪聲對電路的干擾。

4.實驗結(jié)果

4.1 光電檢測系統(tǒng)噪聲測試

噪聲的處理效果直接決定了光電轉(zhuǎn)換檢測系統(tǒng)的精度與性能，對微弱檢測信號能夠有效放大的同時最大程度地抑制噪聲才是一個理想的檢測系統(tǒng)。實驗前，對所做的系統(tǒng)進行噪聲測量，將電路放大倍數(shù)設(shè)置為最大增益倍數(shù)，示波器的耦合方式調(diào)到交流檔，周期和幅值都調(diào)到較小的合適檔位，電路在無光輸入的情況下，用示波器觀察檢測系統(tǒng)的輸出信號，得到如圖4.1所示的噪聲特性。由圖4.1可知，電路噪聲的峰－峰值約為3mV，這樣低的噪聲可以滿足檢測系統(tǒng)對噪聲的要求。

4.2 光電檢測系統(tǒng)實驗測量結(jié)果

實驗中采用了中心波長在1556nm附近的光柵進行實驗，當(dāng)溫度改變光柵中心長時，光電檢測系統(tǒng)的輸出電壓隨波長變化的結(jié)果如圖4.2所示。從測量結(jié)果看，當(dāng)光柵中心波長在一定的范圍內(nèi)移動時，光電檢測系統(tǒng)輸出的電壓值隨著中心波長的變化呈現(xiàn)出較好的線性度。

5.結(jié)論

本文基于光纖光柵中心波長邊沿解調(diào)原理，針對微弱信號檢測中的檢測精度和噪聲問題設(shè)計了一種對微弱光電流信號的高精度檢測系統(tǒng)。設(shè)計過程，從信號的特性出發(fā)，分析了影響檢測精度的多種問題，并提出了相應(yīng)的有效解決方法。理論分析和實驗表明，該系統(tǒng)具有較高的精度和穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)對微弱信號的高精度檢測。

參考文獻

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第9篇：光電耦合技術(shù)范文

[關(guān)鍵詞]電子測量儀 干擾 抗干擾 問題 技術(shù) 措施

[中圖分類號]TN97

[文獻標識碼]A

[文章編號]1672-5158（2013）05-0166-01

一、干擾現(xiàn)象

（一）、干擾的定義

干擾是指對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。對于電測系統(tǒng)來說，干擾就是指對電測系統(tǒng)或儀器的測量結(jié)果產(chǎn)生影響的各種內(nèi)部或外部的無用信號。干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、振動干擾和聲波干擾等等，其中，電磁干擾是最為常見的干擾方式，電磁干擾對于系統(tǒng)的影響也最大。電磁干擾容易對系統(tǒng)的性能或信號傳輸產(chǎn)生有害的影響，使信號的數(shù)據(jù)發(fā)生瞬態(tài)變化，加大誤差，嚴重時可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

（二）、干擾的來源

產(chǎn)生干擾必須具備三個因素：干擾源、傳播途徑和接受載體。對于電磁干擾來說，許多的設(shè)備都能夠成為干擾源，例如繼電器、變壓器、微波電器、電動機、高壓電線等，這些設(shè)備都能夠產(chǎn)生電磁信號，對電子測量儀器進行參數(shù)檢測造成影響。另外，宇宙射線、太陽光和雷電這些自然現(xiàn)象也會產(chǎn)生電磁信號，成為干擾源。電磁信號在空中是直線傳播的，具有極強的穿透能力，電磁信號還能夠通過導(dǎo)線傳人電子測量儀器，傳播的途徑眾多，也是電磁干擾現(xiàn)象十分廣泛的原因之一。電子測量儀器就是很好的接受載體，它會吸收干擾信號，影響參數(shù)檢測。所以，干擾是會對系統(tǒng)造成有害影響的，除去干擾形成因素的任何一個，都能夠有效地避免干擾?？垢蓴_技術(shù)就是針對干擾的三個要素進行研究和處理，破壞其中的一個或幾個干擾生成的要素。

二、幾種常用的電子測量儀器抗干擾技術(shù)措施

電子測量儀器容易出現(xiàn)干擾問題，通過干擾現(xiàn)象的來源進行分析，可以知道，提高電子測量儀器抗干擾性能最理想的方法就是抑制干擾源，使其不向外產(chǎn)生干擾或者將其產(chǎn)生干擾造成的影響限制在允許的范圍之內(nèi)。對于生產(chǎn)車間來說，想要生產(chǎn)的過程中不產(chǎn)生干擾源幾乎是不可能的。有些干擾是避免不了的，例如電網(wǎng)和外界環(huán)境的干擾。所以，在電子測量儀器來說，除了要對一些干擾源進行抑制之外，還需要在產(chǎn)品自身設(shè)計方面進行研究，提高其抗干擾性能。常見的電子測量儀器抗干擾技術(shù)措施如下所述：

（一）、屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)室利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪畹幕驓畹钠帘误w，可以將干擾源或者受干擾對象包圍起來，這樣就可以割斷或者削弱干擾源的空間耦合通道，組織干擾源向受干擾對象傳輸電磁能量。根據(jù)屏蔽的干擾場的性質(zhì)的不同，一般可以將屏蔽分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽三種類型。通常采用電場屏蔽的方式來消除或者抑制由于電場耦合而引起的干擾，使用銅和鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬材料充當(dāng)屏蔽體，且屏蔽體要保持良好的接地。磁場屏蔽是為了消除或者抑制由于磁場耦合而引起的干擾，一般可以用高磁導(dǎo)率的材料來充當(dāng)屏蔽體，從而保障磁路的暢通。對于一些電氣設(shè)備，既存在電場耦合，又存在磁場耦合，例如，變壓器、發(fā)電機等等，變壓器的電磁屏蔽一般采取的是在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)，漏磁短路環(huán)會產(chǎn)生反磁通來抵消部分的漏磁通，從而使變壓器外的磁通減弱。另外，在同軸電纜中，可以在電纜線中設(shè)置屏蔽層，防止信號在傳輸?shù)倪^程中受到電磁干擾。同時，為了防止電磁干擾發(fā)生在通信電纜里面，可以在生產(chǎn)車間的通信電纜外面包裹一層薄膜，這樣就能夠起到屏蔽外界電磁干擾的作用。需要注意的是，對電磁干擾的屏蔽效果與屏蔽層的數(shù)量和每一層的厚度是有很大關(guān)系的。

（二）、隔離技術(shù)

隔離技術(shù)是抑制干擾的有效手段之一，它是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開來，從而讓干擾耦合通道被切斷，使得干擾信號無法傳輸。比較常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。光電隔離需要用到的儀器是光電耦合器，光電隔離借助光作為媒介來耦臺隔離兩端輸入和輸出的電信號，它所具有的隔離能力比較強，能夠有效地提高電子測量儀器的抗干擾能力；變壓器隔離主要用在傳輸交流信號的過程中，需要用到隔離變壓器來阻斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度；繼電器隔離主要是利用繼電器的線圈來接受電信號，在利用其觸電來控制和傳輸電信號，這樣就可以通過不和電產(chǎn)生聯(lián)系而將強電和弱電分離開來。

（三）、濾波技術(shù)

濾波的形式有多種，主要有波形濾波、頻率濾波、時間濾波、空間濾波、軟件濾波和幅度濾波等。濾波主要是通過擋住噪聲，只讓有效地信號輸出。干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬很多，所以可以采取濾波的方式來抑制干擾。根據(jù)濾波器頻率的特性，可以將濾波器分為低通、高通、帶通、帶阻等類型。

（四）、接地技術(shù)

為了提高電子測量儀器的抗干擾性能，還可以通過接地技術(shù)來實現(xiàn)。接地技術(shù)主要是將電路、設(shè)備機殼等與大地相連，這樣就能夠給系統(tǒng)提供一個基準電位。接地可以分為保護接地、屏蔽體接地和信號接地三種類型。通過接地的方式，不僅能夠防止設(shè)備使用時漏電造成人身安全，還能夠有效地抑制干擾。

三、結(jié)束語

綜上所述，在電氣化的環(huán)境下，干擾現(xiàn)象時有發(fā)生。如果干擾源不能夠消失，就需要想辦法讓其對其他設(shè)備的使用造成的干擾降低到最小。通過屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)、濾波技術(shù)和接地技術(shù)能夠有效地抑制干擾信號的傳輸，保證電子測量儀器能夠在允許的范圍內(nèi)進行參數(shù)檢測。

參考文獻

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