[发明专利]光耦合的远距离敏感器装置和系统

说明书

本发明涉及到一种远距离的敏感器装置和系统，更具体讲，涉及到一种改进型、电气隔离的远距离敏感器装置，其电源和信号传输全用光耦合，以及涉及到包括这种装置的系统。

众所周知，对工作用于电气干扰或高电压线路的环境中的敏感器，利用纤维光信号导体（光导纤维缆）而取得电气隔离，借此避免了电气干扰，如果利用常规的铜导线作为信号导体就会产生这种电气干扰，最普通的抗干扰传输就是利用一根光导纤维缆将远距离敏感器来的敏感器数据传输到一个中央站或控制室，但是，大多数敏感器需从外电源供电，而这点对远距离敏感器所处的现场来讲时常是得不到的，何况用铜导体或常规导体向该敏感器提供电能将会破坏由光导纤维缆所提供的隔离。

曾有过许多解决供电问题的提议，但至今还未证实过完全成功。其中之一，利用长寿电池耦接到敏感器上，另一方法为用太阳电池通过一根光导纤维缆传输的光来发电。

还有一个方法，利用一只普通的发光二极管（LED）既提供电能又用作返送敏感器数据，这是有希望的，因为用光耦合到发光二极管的一根普通的光纤缆既能供给敏感器电能，又能接收敏感器数据用以返回传输，该发光二极管工作为双向型：借光压效应将光发送到该发光二极管，该管产生电力送到该敏感器单元，该电力又激励该发光二极管到其正常发光型式，在这样的一个具体实施例中，该发光二极管是借助于一恒定的光源通过该光导纤维缆与它耦合进行激励的，並利用产生的电流来给电容器充电，该电容器的能量向用于短时间地给该敏感器供电，并且供电给该发光二极管，以发射代表该敏感器参数值的光脉冲，即使仅有极小量的电能以此路传递，只要向该敏感器供电一段短时间，并向该电容器充电一段最长时间，即能使敏感器和发光二极管获得足够量的功率，由于它需要有从该发光二极管转换到该敏感器的开关电路、控制电路以及数据编码电路，这些电路都是实现这种远距离敏感器所必需的，因此面对这些问题使实施变得困难和复杂。

暂不论在光导纤维技术方面的进步，现行可用的敏感器和监测系统已不能满足工业方面高度的需要，对于一个光耦合的远距离敏感器来讲，需要一个有效的电源，这在蒸汽透平发电厂领域中尤其如此，因为这种发电厂需要大量的敏感器，而为了精确地检测出临界的系统运行参数，而大多数敏感器需要装设在远距离现场中。对于带电源的可靠和有效的光耦合敏感器和监测系统的不断需求，本发明可以满足。

本发明主要目的在于提供一个用于远距离检测可变参数的光耦合型敏感装置，包括：一个敏感器，它具有可变电气参数，随着被检测的参数而改变数值;一个调谐电路，结合在该敏感器的电参数中，並产生预定幅值的自然谐振频率的振荡电压，且其周期为按照该敏感器的电参数值变化而改变的函数;其特征为，有一个发光二极管与该调谐电路並联;以及一种装置使该发光二极管偏置于反馈偏压，并使该发光二极管在该调谐电路振荡电压的大多数周期内处于不导通状态，该发光二极管在反馈偏压和感光时产生光敏电流环流于该调谐电路中，並且，当其被振荡电压置于正向偏置时，发射一相应的敏感器检出的光脉冲。

本发明的最佳实施例提供了一种相对简单的远距离敏感器装置和相关的系统，应用了一根单光纤缆，该光纤缆以其相对的两端分别耦合于远距离敏感器装置和一个中央站，以从该中央站向该远距离敏感器装置提供电能和向该中央站传输该敏感器数据。所述的远距离敏感器装置包括有一个调谐电路，该电路包括一个敏感器的可变电阻抗元件，其电气阻抗值作为被检测状态的一已知函数，並因此相应地改变该调谐电路的自然振荡频率。一个发光二极管与该调谐电路並联相接，按双向方式工作，亦即，变替地工作于接受光和发射光两种形式，在接受光方式中，该发光二极管受从中央站经该光纤缆传来的脉冲或断续光的激励，並在一反馈偏压的条件下由于其光敏效应而产生电流，该电流的电能形式存储于该调谐电路中，並造成在其谐振频率下起振，在该发光二极管反馈偏压条件下，不发生导通，但是因为该调谐电路继续振荡，所以该发光二极管变成正偏置，並从该调谐电路中存储的能量引出电流，使该发光二极管发射一短脉冲光，该光耦合到光纤缆，並借此而传送到中央站。