專利名稱：一種主從混合光電耦合切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種主從混合光電耦合切換裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于測控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種切換電路。
背景技術(shù)：
[0002]在針對便攜式結(jié)構(gòu)健康多通道壓電監(jiān)測系統(tǒng)應用中，需要對大量布置在試件上的 壓電傳感器或應變片進行有效測試。因此，需要使用切換開關(guān)隨意組合切換傳感器進行監(jiān) 測。[0003]對此，國內(nèi)外一些研究機構(gòu)在系統(tǒng)集成領(lǐng)域開展了一些相關(guān)研究。美國哥倫比亞 大學的Dove等學者研制了一套基于繼電器的切換系統(tǒng)，用于壓電傳感器主動結(jié)構(gòu)健康監(jiān) 測，他們的研究只是在通道切換上對系統(tǒng)進行了集成，提高了實驗效率；美國Acellent公 司研發(fā)了一套稱為Smart Suitcase的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成計算機系統(tǒng)和一套被動的聲發(fā)射 系統(tǒng)，但是從功能上看，該公司將主動和被動工作方式分成兩套系統(tǒng)去完成，并沒有綜合兩 種功能形成一套完整的具有主被動兼容的集成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，并且該公司產(chǎn)品在進行 多通道掃差時使用的是單激勵-單傳感模式，當傳感器數(shù)據(jù)較多，組成的傳感網(wǎng)絡(luò)通道較 多時，掃查周期將會很長。[0004]在國內(nèi)，南京航空航天大學對此進行了長期的研究，開發(fā)了基于繼電器的通道切 換裝置，激勵和采集通道采用獨立模塊，引線多，掃查速度慢，通道單一，不太適合工程化需 求。[0005]無論是主動檢測系統(tǒng)，還是被動檢測系統(tǒng)，對于多通道多傳感器的分布，都面臨系 統(tǒng)集成化的問題，為了減少通道個數(shù)，多數(shù)系統(tǒng)采用集成的方法以及開發(fā)傳感器切換裝置。 其中多路切換開關(guān)就是一例，但是現(xiàn)有的切換開關(guān)都以單發(fā)-單收為主。發(fā)明內(nèi)容[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)單一激勵單一傳感的模式，以及切換響應速度低和抗干擾能力 差的不足，本發(fā)明提出了一種主從混合光電耦合切換裝置，轉(zhuǎn)換速度快、抗干擾力強，設(shè)計 的多通道切換模塊支持24個壓電傳感器工作。[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種主從混合光電耦合切換裝置， 包括傳感器陣列接口電路、激勵電路接口、控制電路接口、數(shù)據(jù)采集通道接口電路和主從光 電耦合切換控制電路。傳感器陣列接口電路接收傳感器的發(fā)射/接收信號并與主從光電耦 合切換控制電路通訊，激勵電路接口接收來自信號源的激勵信號，并將激勵信號發(fā)送給主 從光電耦合切換控制電路，控制電路接口接收外設(shè)的I/O控制板的信號，從而控制主從光 電耦合切換控制電路中的光電耦合單元的輸入輸出信號，數(shù)據(jù)采集通道接口電路與外設(shè)的 控制器數(shù)據(jù)采集板相連接，用來接收傳感器發(fā)回的信號，并把此信號傳送至前置電荷放大 器，用于數(shù)據(jù)采集。[0008]所述的主從光電稱合切換控制電路共有24個并聯(lián)的光電稱合單兀KO K23,每一 個光電耦合單元包括兩個光電耦合元件，分別為UO U47，各個光電耦合元件的內(nèi)部連線、結(jié)構(gòu)相同。[0009]所述的激勵電路接口包括三路激勵輸入信號激勵輸入信號INl分別與光電耦合 單元KO K7中的光電耦合元件皿、似、說、服、邯、仍0、仍2、仍4連接；激勵輸入信號IN2 分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30 連接；激勵輸入信號IN3分別與光電耦合單元K16 K23中的光電耦合元件U32、U34、U36、 U38、U40、U42、U44、U46 連接。[0010]所述的傳感器陣列接口電路包括24路傳感器信號傳感器信號SENO SEN23分 別與光電耦合元件KO K23連接，SENO與UO和Ul連接，SENl與U2和U3連接，SEN2與U4 和U5連接，SEN3與U6和U7連接，SEN4與U7和U8連接，以此類推，SEN22與U44和U45連 接，SEN23與U46和U47連接。[0011]所述的數(shù)據(jù)采集通道接口電路包括三路傳感器輸出信號輸出信號OUTl分別與 光電耦合單元KO K7中的光電耦合元件譏、仍、邯、價、邯、仍1、仍3、仍5連接;輸出信號 0UT2分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元件U17、U19、U21、U23、U25、U27、U29、 U31連接；輸出信號0UT3分別與光電耦合單元K16 K23中的光電耦合元件U33、U35、U37、 U39、U41、U43、U45、U47 連接。[0012]所述控制電路接口是由光電耦合單元K24 K27組成，其中，K24由光電耦合元 件U52和U53組成，K25由光電耦合元件U54和U55組成，K26由光電耦合元件U48和U49組 成，K27由光電耦合元件U50和U51組成。用來控制主從的切換。其中，輸入通道IN1、IN2 的連接由K24控制，其中，U52控制INl的通斷，U53控制IN2的通斷；輸入通道IN3、IN2的 連接由K25控制，其中，U54控制INl的通斷，U55控制IN3的通斷；輸出通道0UT1、0UT2的 連接由K26控制，其中，U48控制0UT2的通斷，U49控制OUTl的通斷；輸出通道0UT3、0UT2 的連接由K27控制，其中，U50控制0UT3的通斷，U51控制OUTl的通斷。[0013]本發(fā)明的有益效果是[0014]本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置切換速度快、抗干擾力強；一般的切換電路 采用繼電器作為控制單元，切換速度必然受到限制，而且，對于中大型高頻電路，繼電器本 身帶來的線路干擾不可避免。采用光電耦合器后，切換速度快和抗干擾力強，電路結(jié)構(gòu)簡單。[0015]本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置價格低廉、便于現(xiàn)場攜帶安裝。主從混合光 電耦合切換裝置是一款簡單實用、性價比高、可擴展性好的設(shè)備，有較好的應用前景。


[0016]圖1是本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置的系統(tǒng)框圖；[0017]圖2 Ca)是本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；[0018]圖2 (b)是本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置單元連線圖；[0019]圖3是控制電路接口接線圖。
具體實施方式
[0020]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種主從混合光電耦合切換裝置， 包括[0021]一個傳感器陣列接口電路，與傳感器相連接，用來傳遞傳感器發(fā)射/接收信號；[0022]一個激勵電路接口，與信號源相連接，用來接收激勵信號，并將激勵信號發(fā)送給傳 感器；[0023]一個控制電路接口，與外設(shè)I/O控制板連接，用來控制光電耦合器的輸入輸出信 號;[0024]一個數(shù)據(jù)采集通道接口電路，與外設(shè)控制器的數(shù)據(jù)采集板相連接，用來接收傳感 器發(fā)回的信號，并把此信號傳送至前置電荷放大器；[0025]一個主從光電耦合切換控制電路，與外設(shè)控制器的I/O板相連接，用來控制主從 功能的轉(zhuǎn)換。[0026]參見圖1來說明本發(fā)明主從混合光電耦合切換裝置總體連接關(guān)系。包括傳感器陣 列接口電路，激勵電路接口，控制電路接口，數(shù)據(jù)采集通道接口電路，主從光電耦合切換控 制電路。主從光電耦合切換控制電路與傳感器陣列接口電路相連接并連接至外設(shè)數(shù)據(jù)采集 通道接口電路。激勵電路接口與控制電路接口分別連接至主從光電耦合切換控制電路。[0027]其中主從光電耦合切換控制電路共有24個光電耦合單元KO K23，每一個光電耦 合單元包括兩個光電耦合元件，分別為UO U47且內(nèi)部連線、結(jié)構(gòu)相同，分別與控制電路接 口、外設(shè)前置電荷放大器、傳感器陣列接口電路、激勵電路接口連接。[0028]所述的激勵電路接口是三路激勵輸入信號。激勵輸入信號INl分別與光電耦合 單元KO K7中的光電耦合元件皿、似、說、服、邯、仍0、仍2、仍4連接；激勵輸入信號IN2 分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30 連接；激勵輸入信號IN3分別與光電耦合單元K16 K23中的光電耦合元件U32、U34、U36、 U38、U40、U42、U44、U46 連接。[0029]所述的傳感器陣列接口電路是傳感器信號SENO SEN23分別與光電耦合元件 KO K23連接，SENO與UO和Ul連接，SENl與U2和U3連接，SEN2與U4和U5連接，SEN3 與U6和U7連接，SEN4與U7和U8連接，以此類推，SEN22與U44和U45連接，SEN23與U46 和U47連接。[0030]所述的數(shù)據(jù)采集通道接口電路是三路傳感器輸出信號。傳感器輸出信號OUTl分 別與光電耦合單元KO K7中的光電耦合元件U1、U3、U5、U7、U9、U11、U13、U15連接；輸出 信號0UT2分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元件U17、U19、U21、U23、U25、U27、 U29、U31連接；輸出信號0UT3分別與光電耦合單元K16 K23中的光電耦合元件U33、U35、 U37、U39、U41、U43、U45、U47 連接。[0031]所述控制電路接口是由光電耦合單元K24 K27組成，其中，K24由光電耦合元 件U52和U53組成，K25由光電耦合元件U54和U55組成，K26由光電耦合元件U48和U49組 成，K27由光電耦合元件U50和U51組成。用來控制主從的切換。其中，輸入通道IN1、IN2 的連接由K24控制，其中，U52控制INl的通斷，U53控制IN2的通斷；輸入通道IN3、IN2的 連接由K25控制，其中，U54控制INl的通斷，U55控制IN3的通斷；輸出通道0UT1、0UT2的 連接由K26控制，其中，U48控制0UT2的通斷，U49控制OUTl的通斷；輸出通道0UT3、0UT2 的連接由K27控制，其中，U50控制0UT3的通斷，U51控制OUTl的通斷。[0032]下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、具體說明本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置系統(tǒng)連接 關(guān)系、電路連接關(guān)系及具體工作原理。[0033]參見圖1來說明本發(fā)明主從混合光電耦合切換裝置總體連接關(guān)系。包括傳感器陣 列接口電路，激勵電路接口，控制電路接口，數(shù)據(jù)采集通道接口電路，主從光電耦合切換控 制電路。主從光電耦合切換控制電路與傳感器陣列接口電路相連接并連接至數(shù)據(jù)采集通道 接口電路。激勵電路接口與控制電路接口分別連接至主從光電耦合切換控制電路。[0034]本發(fā)明的工作過程是先通過輸入端口連接電纜將切換單元連接到計算機中的控 制板卡上；通過計算機控制哪幾個通道工作或單一通道工作，逐一對每一信號點或幾個信 號點進行數(shù)據(jù)采集；信號激勵選擇也通過計算機控制，可以任意選擇激勵點。所有激勵點并 接在一起，每一次只能接通一個激勵點。每一信號點或信號激勵點的輸入/輸出接線為單 根同軸電纜，接線方式由電路控制和轉(zhuǎn)換。[0035]請同時參見圖2和圖3來說明本發(fā)明的主從混合光電耦合切換裝置系統(tǒng)電路連接 關(guān)系。[0036]其中，圖3給出了主從混合光電耦合切換裝置與外設(shè)I/O控制板的內(nèi)部連接關(guān)系 示意圖，圖2是主從混合光電耦合切換裝置電路結(jié)構(gòu)圖及單元連線圖。所述主從混合光電 耦合切換裝置共有28個光電耦合單元KO K27。結(jié)構(gòu)如圖2 (a)所示。包括二十四路輸 入和二十四路輸出的壓電傳感器切換電路。三路激勵輸入信號和三路傳感器輸出信號。其 中，光電稱合單兀KO分別與激勵輸入信號INl、傳感器輸出信號OUTl、兩個控制信號和傳感 器信號SENO連接；光電稱合單兀Kl分別與激勵輸入信號IN1、傳感器輸出信號0UT1、兩個 控制信號和傳感器信號SENl連接；光電耦合單元K2分別與激勵輸入信號INl傳感器輸出 信號0UT1、兩個控制信號和傳感器信號SEN2連接；光電耦合單元K3分別與激勵輸入信號 INl、傳感器輸出信號OUTl、兩個控制信號和傳感器信號SEN3連接；其余單元都與之類似。[0037]激勵輸入信號皿分別與光電稱合單兀KO K7中的光電稱合兀件U0、U2、U4、 U6、U8、U10、U12、U14連接；激勵輸入信號IN2分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦 合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30連接；激勵輸入信號IN3分別與光電耦合單 元K16 K23中的光電耦合元件詘2、詘4、詘6、詘8、說0、說2、說4、況6連接。[0038]傳感器輸出信號OUTl分別與光電耦合單元KO K7中的光電耦合元件U1、U3、U5、 U7、U9、U11、U13、U15連接；輸出信號0UT2分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元 件U17、U19、U21、U23、U25、U27、U29、U31連接；輸出信號0UT3分別與光電耦合單元K16 K23 中的光電耦合元件 U33、U35、U37、U39、U41、U43、U45、U47 連接。[0039]激勵輸入信號INI，IN2的連接由光電耦合單元K24控制；激勵輸入信號IN3，IN2 的連接由光電耦合單元K25控制。[0040]傳感器輸出信號0UT1、0UT2的連接由光電耦合單元K26控制；傳感器輸出信號 0UT3、0UT2的連接由光電耦合單元K27控制。[0041]切換控制單元由光電耦合單元KO K23組成，圖2(b)給出了光電耦合單元KO的 內(nèi)部連線關(guān)系。光電耦合單元Kl K23與之相似。光電耦合單元KO包括UO和Ul，KO的1、3腳通過一個電阻與電源Vcc連接，2腳與I/O控制板的引腳P2. 7連接即U0-2，4腳與I/ O控制板的引腳P5. 7連接即Ul-4，5腳與輸出OUTl連接，8腳與輸入INl連接，6、7分別與 傳感器SENO連接。[0042]輸入通道控制由光電耦合單元K24和K25組成。圖2 (b)中給出了 K24單元和 K25單元的內(nèi)部接線關(guān)系，K24單元包括U52和U53，K24的1、3腳通過一個電阻與電源Vcc連接，2腳與I/O控制板的引腳P9. O連接即U52-2，4腳與I/O控制板的引腳P6. O連接即 U53-4，5腳與輸入INl連接，8腳與輸入IN2連接，6腳與7腳連接。K25單元與之類似。[0043]輸出通道控制由光電耦合單元K26和K27組成。圖2 (b)中給出了 K26單元和K27 單元的內(nèi)部接線關(guān)系，K26單元包括U48和U49，K26的1、3腳通過一個電阻與電源Vcc連接， 2腳與I/O控制板的引腳P9. 5連接即U48-2，4腳與I/O控制板的引腳P6. 5連接即U49-4， 5腳與輸出OUTl連接，8腳與輸出0UT2連接，6腳與7腳連接。K27單元與之類似。
權(quán)利要求1.一種主從混合光電耦合切換裝置，包括傳感器陣列接口電路、激勵電路接口、控制電路接口、數(shù)據(jù)采集通道接口電路和主從光電耦合切換控制電路，其特征在于傳感器陣列接口電路接收傳感器的發(fā)射/接收信號并與主從光電耦合切換控制電路通訊，激勵電路接口接收來自信號源的激勵信號，并將激勵信號發(fā)送給主從光電耦合切換控制電路，控制電路接口接收外設(shè)的I/o控制板的信號，從而控制主從光 電耦合切換控制電路中的光電耦合單元的輸入輸出信號，數(shù)據(jù)采集通道接口電路與外設(shè)的控制器數(shù)據(jù)采集板相連接，用來接收傳感器發(fā)回的信號，并把此信號傳送至前置電荷放大器，用于數(shù)據(jù)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主從混合光電耦合切換裝置，其特征在于所述的主從光電率禹合切換控制電路共有24個并聯(lián)的光電稱合單兀KO K23,每一個光電稱合單兀包括兩個光電稱合兀件，分別為UO U47,各個光電稱合兀件的內(nèi)部連線、結(jié)構(gòu)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主從混合光電耦合切換裝置，其特征在于所述的激勵電路接口包括三路激勵輸入信號激勵輸入信號INl分別與光電耦合單元KO K7中的光電耦合元件U0、U2、U4、U6、U8、U10、U12、U14連接；激勵輸入信號IN2分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元件U16、U18、U20、U22、U24、U26、U28、U30連接；激勵輸入信號IN3分別與光電耦合單元K16 K23中的光電耦合元件U32、U34、U36、U38、U40、U42、U44、U46連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主從混合光電耦合切換裝置，其特征在于所述的傳感器陣列接口電路包括24路傳感器信號傳感器信號SENO SEN23分別與光電耦合元件KO K23連接，SENO與UO和Ul連接，SENl與U2和U3連接，SEN2與U4和U5連接，SEN3與U6和U7連接，SEN4與U7和U8連接，以此類推，SEN22與U44和U45連接，SEN23與U46和U47連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主從混合光電耦合切換裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集通道接口電路包括三路傳感器輸出信號輸出信號OUTl分別與光電耦合單元KO K7中的光電耦合元件Ul、U3、U5、U7、U9、Ull、U13、U15連接；輸出信號0UT2分別與光電耦合單元K8 K15中的光電耦合元件U17、U19、U21、U23、U25、U27、U29、U31連接；輸出信號0UT3分別與光電耦合單元K16 K23中的光電耦合元件U33、U35、U37、U39、U41、U43、U45、U47連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主從混合光電耦合切換裝置，其特征在于所述控制電路接口由光電耦合單元K24 K27組成，其中，K24由光電耦合元件U52和U53組成，K25由光電耦合元件U54和U55組成，K26由光電耦合元件U48和U49組成，K27由光電耦合元件U50和U51組成，其中，輸入通道IN1、IN2的連接由K24控制，U52控制INl的通斷，U53控制IN2的通斷；輸入通道IN3、IN2的連接由K25控制，其中，U54控制INl的通斷，U55控制IN3的通斷；輸出通道0UT1、0UT2的連接由K26控制，其中，U48控制0UT2的通斷，U49控制OUTl的通斷；輸出通道0UT3、0UT2的連接由K27控制，其中，U50控制0UT3的通斷，U51控制OUTl的通斷。
專利摘要本實用新型提供了一種主從混合光電耦合切換裝置，傳感器陣列接口電路接收傳感器的發(fā)射/接收信號并與主從光電耦合切換控制電路通訊，激勵電路接口接收來自信號源的激勵信號，并將激勵信號發(fā)送給主從光電耦合切換控制電路，控制電路接口接收外設(shè)的I/O控制板的信號，從而控制主從光電耦合切換控制電路中的光電耦合單元的輸入輸出信號，數(shù)據(jù)采集通道接口電路與外設(shè)的控制器數(shù)據(jù)采集板相連接，并把此信號傳送至前置電荷放大器。本實用新型切換速度快，抗干擾力強，價格低廉，便于現(xiàn)場攜帶安裝。
文檔編號G01D18/00GK202836608SQ20122047747
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者李閔行, 肖迎春, 劉國強, 杜振華, 白生寶, 詹少正, 郭佳, 張昭 申請人:中國飛機強度研究所