JP3130314B2 - Optical transmitter for process variables - Google Patents
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- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、光学的に付勢され、プロセス変数を表わす
光出力を提供するプロセス変数トランスミッタに関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process variable transmitter that is optically energized and provides a light output representative of a process variable.
本明細書で用いる「光」、「光学的」、および「放
射」の各語は約100ミクロン(10万nm)より短い波長を
有する可視および不可視の電磁放射(線)を意味し、
「電気」、「電気的」の語は、100MHz以下の周波数で動
作する電子回路で普通に起るような、より低周波の現象
を意味する。また「プロセス変数」は、プロセス制御や
宇宙航空機器などのトランスミッタで検知される圧力、
温度、流量、速度、比重などを意味する。As used herein, the terms "light,""optical," and "radiation" refer to visible and invisible electromagnetic radiation (lines) having a wavelength less than about 100 microns (100,000 nm);
The terms "electrical" and "electrical" refer to lower frequency phenomena, such as those commonly encountered in electronic circuits operating at frequencies below 100MHz. The “process variable” is the pressure detected by transmitters such as process control and aerospace equipment,
Means temperature, flow rate, speed, specific gravity, etc.
発明の概要 本発明では、トランスミッタの光入力に結合された光
がトランスミッタの電気回路を付勢する。光入力に結合
された光は、トランスミッタの動作を制御する命令で変
調される。この命令は、1または複数の再プログラム可
能なトランスミッタ出力パラメータをプログラムする命
令を含む。トランスミッタはプロセス変数を検知するセ
ンサ手段を有し、プロセス変数を表わすプログラムされ
た光出力を媒体すなわち光伝送路(waveguide)に送出
し、光伝送路はこの光出力を伝送する。センサ手段はプ
ロセス変数を表わす電気的センサ出力を発生する。電気
的センサ出力はトランスミッタ内の回路手段に接続さ
れ、回路手段が、当該回路手段に記憶された変更可能ま
たはプログラム可能なパラメータによって調節またはプ
ログラムされたプロセス変数を表わす電気的トランスミ
ッタ出力を発生する。回路手段は、当該回路手段を付勢
するための付勢入力を有する。トランスミッタはさら
に、トランスミッタのプログラムされた電気的出力をプ
ログラムされた光出力に変換する変換手段を有する。変
換手段はさらに光を受信する受光手段を有し、この受光
手段は、受信した光の第1の部分を付勢入力に供給され
る電気エネルギに変換すると共に、受信光の第2の部分
を回路手段内に記憶された変更可能なパラメータを制御
する電気的出力に変換し、これによってトランスミッタ
出力のプログラミングを実行させる。SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, light coupled to a light input of a transmitter energizes an electrical circuit of the transmitter. Light coupled to the light input is modulated with instructions that control the operation of the transmitter. The instructions include instructions for programming one or more reprogrammable transmitter output parameters. The transmitter has sensor means for sensing the process variable and delivers a programmed light output representative of the process variable to a medium or light guide, which transmits the light output. The sensor means generates an electrical sensor output representative of the process variable. The electrical sensor output is connected to circuit means in the transmitter which generates an electrical transmitter output representative of a process variable adjusted or programmed by a changeable or programmable parameter stored in the circuit means. The circuit means has an energizing input for energizing the circuit means. The transmitter further has a conversion means for converting the programmed electrical output of the transmitter into a programmed optical output. The conversion means further includes light receiving means for receiving light, the light receiving means converting a first portion of the received light into electrical energy supplied to an energizing input and converting a second portion of the received light. Converting the changeable parameters stored in the circuit means into electrical outputs for controlling, thereby causing the programming of the transmitter outputs to be performed.
トランスミッタは、電気的データバスに接続されたイ
ンタフェースに媒体すなわち光伝送路を介して接続され
る。インタフェースは光伝送路に接続された光発生手段
を含み、この光発生手段は、記憶された変更可能なパラ
メータを調節することによってトランスミッタの光出力
発生をプログラムするように変調されたプログラミング
光成分を発生する第1手段を含む。光発生手段はさら
に、トランスミッタを付勢するための付勢用光成分を発
生するための第2手段を有する。インタフェースはさら
に、光発生手段に結合されて、バスから受けた第1基準
の関数として変調を電気的に制御し、かつ付勢用光成分
の振幅を制御手段内の第2基準の関数として電気的に制
御する制御手段を有する。インタフェースはさらに、ト
ランスミッタから受信したプログラムされた光出力を表
わす電気的出力をバスの与える受信手段を含む。The transmitter is connected to an interface connected to the electrical data bus via a medium, that is, an optical transmission line. The interface includes a light generating means connected to the optical transmission line, the light generating means modulating a programmed light component to program the light output generation of the transmitter by adjusting a stored variable parameter. First means for generating. The light generating means further has a second means for generating an energizing light component for energizing the transmitter. The interface is further coupled to the light generating means for electrically controlling the modulation as a function of the first reference received from the bus and for electrically controlling the amplitude of the energizing light component as a function of the second reference in the control means. It has a control means for performing the control. The interface further includes receiving means for providing an electrical output on the bus representative of the programmed optical output received from the transmitter.
好ましい多分岐(multidrop)配列では、光伝送路は
複数の光プロセス変数トランスミッタに結合し、光発生
手段はさらに複数のアドレス可能トランスミッタによる
光出力の発生をプログラムするように変調されたプログ
ラミング光成分を発生する手段を有する。プログラミン
グ光成分は、好ましくは直列データプロトコルにしたが
って変調される。In a preferred multidrop arrangement, the optical transmission line is coupled to a plurality of optical process variable transmitters, and the light generating means further comprises a programming light component modulated to program the generation of light output by the plurality of addressable transmitters. Means for generating. The programming light component is preferably modulated according to a serial data protocol.
図面の簡単な説明 図1は光伝送路を介してインタフェースに接続された
光学式トランスミッタの1実施例のブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of an optical transmitter connected to an interface via an optical transmission line.
図2は光伝送路を介してインタフェースに接続された
光学式トランスミッタの第2実施例のブロック図であ
る。FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of an optical transmitter connected to an interface via an optical transmission line.
図3は光学式トランスミッタに用いるDC/DCコンバー
タ回路の例である。FIG. 3 is an example of a DC / DC converter circuit used for an optical transmitter.
図4は光伝送路に接続された光学式トランシーバの構
成の1例である。FIG. 4 shows an example of the configuration of an optical transceiver connected to an optical transmission line.
図5は光伝送路に接続された光学式トランシーバの構
成の他の例である。FIG. 5 shows another example of the configuration of the optical transceiver connected to the optical transmission line.
図6、7、8はそれぞれ光伝送路に接続された多分岐
配列光学式トランスミッタのブロック図である。FIGS. 6, 7, and 8 are block diagrams of a multi-branch arrangement optical transmitter connected to an optical transmission line.
好ましい実施例の詳細な説明 図1において、光圧力トランスミッタ10はプロセス変
数12を関知し、光伝送路14、16を介してインタフェース
18と交信する。インタフェース18は光伝送路14、16上の
光信号を制御システム24に接続された電気的バス22に接
続するので、トランスミッタ10と制御システム24との間
に双方向通信が確立されると共に、トランスミッタ10と
バス22との間は電気的に絶縁された光伝送路によって電
気(galvanic)絶縁が可能になる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT In FIG. 1, an optical pressure transmitter 10 is aware of process variables 12 and interfaces via optical transmission lines 14,16.
Communicate with 18. The interface 18 connects the optical signals on the optical transmission lines 14 and 16 to the electric bus 22 connected to the control system 24, so that bidirectional communication is established between the transmitter 10 and the control system 24, and the transmitter Galvanic isolation is provided by an electrically insulated optical transmission line between 10 and bus 22.
感知されたプロセス変数12は圧力、温度、流量、pHな
どである。光伝送路14、16は単一または多重の光ファイ
バケーブルでよく、特定の用途と所望に応じて短距離か
ら数千メートルまで延長できる。トランスミッタ10は、
光は伝達するが電流は流さない光伝送路14、16によって
制御システム24から電気的に絶縁されるので、トランス
ミッタ10と制御システム24間の不所望な電気エネルギの
結合が防止される。The sensed process variables 12 are pressure, temperature, flow, pH, etc. The optical transmission lines 14, 16 may be single or multiple fiber optic cables and may extend from short distances to thousands of meters depending on the particular application and desire. Transmitter 10
Electrical isolation from control system 24 by optical transmission lines 14, 16 that transmit light but do not allow current to flow prevents unwanted coupling of electrical energy between transmitter 10 and control system 24.
レーザ発生器であることのできる光発生器26は、光伝
送路14を介して光をトランスミッタ10に結合させる。光
発生器26は第1の光成分を発生し、この光は、光伝送路
16上のトランスミッタ出力がプログラムされた出力とな
るようにトランスミッタ10をプログラムするように変調
される。第1光成分の変調は、普通は、例えばローズマ
ウント・インコーポレイテッドのハート(HART)式通信
プロトコルまたはその他の標準プロトコルのようなFSK
技術を用いる、標準の直列通信プロトコルにおける直列
データストリング(string)である。プログラムは、ト
ランスミッタ出力のスケーリングのために、トランスミ
ッタ10のメモリにスパン、ゼロ、範囲などの設定を記憶
することを含むことができる。第1光成分はまたトラン
スミッタに質問するように変調されることもできる。ト
ランスミッタはその設置位置、構成材料、診断データ、
補償および直線化データなどのように、前もって蓄積さ
れたデータに基づいて質問に応答する。A light generator 26, which can be a laser generator, couples light to the transmitter 10 via the optical transmission path 14. The light generator 26 generates a first light component, and this light is transmitted through an optical transmission line.
Modulated to program the transmitter 10 so that the transmitter output on 16 is the programmed output. The modulation of the first light component is typically performed by FSK, such as Rosemount Inc.'s HART communication protocol or other standard protocol.
A serial data string in a standard serial communication protocol using technology. The program can include storing the span, zero, range, etc. settings in the memory of the transmitter 10 for scaling the transmitter output. The first light component can also be modulated to interrogate the transmitter. The transmitter has its installation position, constituent materials, diagnostic data,
Respond to questions based on previously stored data, such as compensation and linearization data.
光発生器26はトランスミッタ10を付勢するための第2
光成分を発生するが、この光成分は普通は変調されな
い。制御器28は光発生器26の動作を制御する。アナログ
バッファ30に供給される第1基準は第1光成分の変調を
制御する。制御器28の第2基準は第2光成分の振幅すな
わち大きさを制御するので、制御された光出力(powe
r)が光伝送路14に与えられる。制御器28は変調された
電気的出力を発生し、この電力は光発生器26のレーザダ
イオードに供給されてその光出力を変調する。バス22
は、典型的にはトランスミッタ10のプログラムに対する
変更を指示し、またトランスミッタ10を送るべき質問命
令をも指示する直列デジタル語よりなる第1基準をバッ
ファ30に提供する。Light generator 26 is a second light source for energizing transmitter 10.
Generates a light component that is not normally modulated. The controller 28 controls the operation of the light generator 26. The first reference supplied to the analog buffer 30 controls the modulation of the first light component. Since the second reference of the controller 28 controls the amplitude or magnitude of the second light component, the controlled light output (powe
r) is given to the optical transmission line 14. Controller 28 produces a modulated electrical output, which is supplied to the laser diode of light generator 26 to modulate its light output. Bus 22
Provides a first reference to the buffer 30, typically consisting of a serial digital word that indicates a change to the program of the transmitter 10 and also indicates the interrogation command to which the transmitter 10 should be sent.
インタフェース18は、光(フォト)ダイオードである
ことのできる受光器32で、光伝送路16からのトランスミ
ッタ10の光出力を受ける。受光器32は受信した光出力を
電気信号に変換してバス22に伝統する。The interface 18 is a light receiver 32, which can be an optical (photo) diode, and receives the optical output of the transmitter 10 from the optical transmission path 16. The light receiver 32 converts the received light output into an electric signal and transmits the electric signal to the bus 22.
制御システム24は、モデム36を介してバス22に結合さ
れるコンピュータよりなる制御手段34を含む。制御コン
ピュータ34はバスに基準を与え、この基準はアナログバ
ッファ30で増幅される。制御コンピュータ34はトランス
ミッタの光出力に含まれる、バス22からのプロセス変数
に含まれる情報を受信し、この情報を用いてプロセス
(図示せず)やプロセス変数12を発生させるプロセスの
パラメータを制御する。The control system 24 includes a control means 34 consisting of a computer coupled to the bus 22 via a modem 36. Control computer 34 provides a reference to the bus, which reference is amplified in analog buffer 30. The control computer 34 receives information contained in the process variable from the bus 22 included in the optical output of the transmitter and uses this information to control the process (not shown) and the process parameters that generate the process variable 12. .
トランスミッタ10では、カプラ38が光発生器26からの
光を分割し、好ましい実施例では、約1%をコンバータ
42に、またカプラでの損失を差引いた残りをコンバータ
44に結合する。コンバータ42、44は光ダイオードで構成
でき、好ましくは出力電圧が高く、かつ変換効率も高い
ガリウムひそ光ダイオードで構成される。コンバータ44
は電力変換回路46に接続され、好ましい実施例では、前
記電力変換回路はコンバータ44の比較的低い電圧出力
(約0、9ボルト)を、MOS回路の駆動に適したより高
い電圧出力(3、5〜5ボルト)に変換する。その代り
に、コンバータ44を、より高い電圧を発生するように直
列接続された複数の光ダイオードで構成し、電力変換器
46を不要とすることもできる。出力48A、48Bはセンサ回
路50に供給されてこれを付勢する。好ましくはセンサ回
路50はMOS回路および、プロセス変数12を検知するプロ
セス変数センサよりなる。センサ回路50はプロセス変数
12の大きさを表わす電気出力52A、52Bを出力する。コン
バータ42は光伝送路14上の光の変調成分を検知し、ライ
ン54を介して、変調を表わす電気信号の回路50に結合す
る。ドライバ回路56はライン48A、48Bを介して駆動さ
れ、ライン52A、52B上の出力によって制御され、エミッ
タ(発光器)58を変調する。エミッタ58は発行ダイオー
ド(LED)で良い。エミッタ58はとトランスミッタ10の
光出力を光伝送路16を介してインタフェース18に帰還結
合させる。In the transmitter 10, a coupler 38 splits the light from the light generator 26, and in the preferred embodiment, converts about 1%
42 and the remainder after subtracting the loss at the coupler
Combine with 44. The converters 42 and 44 can be constituted by photodiodes, and are preferably constituted by gallium hidden photodiodes having high output voltage and high conversion efficiency. Converter 44
Is connected to a power conversion circuit 46 which, in a preferred embodiment, converts the relatively low voltage output of converter 44 (about 0.9 volts) to a higher voltage output (3,5 volts) suitable for driving MOS circuits. ~ 5 volts). Instead, the converter 44 comprises a plurality of photodiodes connected in series to generate a higher voltage, and the power converter
46 can be eliminated. The outputs 48A, 48B are supplied to and energize the sensor circuit 50. Preferably, the sensor circuit 50 comprises a MOS circuit and a process variable sensor for detecting the process variable 12. Sensor circuit 50 is a process variable
The electric outputs 52A and 52B representing the magnitude of 12 are output. Converter 42 senses the modulated component of the light on optical transmission line 14 and couples via line 54 to a circuit 50 of electrical signals representing the modulation. The driver circuit 56 is driven via lines 48A, 48B and is controlled by the output on lines 52A, 52B to modulate an emitter 58. Emitter 58 may be an emitting diode (LED). The emitter 58 couples the optical output of the transmitter 10 back to the interface 18 via the optical transmission line 16.
図1の実施例では、制御システム24を作動させてトラ
ンスミッタ10をスパン、ゼロ、温度補正データなどでプ
ログラムさせ、光伝送路を介する以外の、他のどのよう
なトランスミッタ10への電気的接続や電源をも必要とせ
ずに、トランスミッタ10から帰還されるプログラムされ
たトランスミッタ出力を受信させる。トランスミッタ10
に必要な全電力は光伝送路14によって供給される。In the embodiment of FIG. 1, the control system 24 is activated to program the transmitter 10 with span, zero, temperature correction data, etc., to provide electrical connection to any other transmitter 10 other than via an optical transmission line. It receives the programmed transmitter output fed back from the transmitter 10 without the need for power. Transmitter 10
Is supplied by the optical transmission line 14.
図2には、光通信システムのより好ましい実施例が示
される。前述の部分に対応する参照符号を付けられた部
分は同じ機能を有する。図2では、唯一の光伝送路62が
トランスミッタ60をインタフェース66に結合し、後者は
さらに制御システム68に接続される。インタフェース66
は光発生器26および受光器32を光伝送路62に接続するカ
プラ70を含む。光発生器26からの光出力は、好ましく
は、トランスミッタ60からの光出力の波長(例えば、66
0nm)とは異はる波長(例えば、800nm)である。この場
合、カプラ70はシステムの光学的スループット(実効伝
送速度)を強調するダイクロイックミラーであるのが好
ましく、光発生器26からもたらされる残りの光を除去す
るためにフィルタ72が使用される。FIG. 2 shows a more preferred embodiment of the optical communication system. The reference numerals corresponding to the aforementioned parts have the same function. In FIG. 2, only one optical transmission line 62 couples the transmitter 60 to the interface 66, the latter being further connected to a control system 68. Interface 66
Includes a coupler 70 that connects the light generator 26 and the light receiver 32 to the optical transmission line 62. The light output from light generator 26 is preferably the wavelength of the light output from transmitter 60 (eg, 66
0 nm) (for example, 800 nm). In this case, the coupler 70 is preferably a dichroic mirror that enhances the optical throughput (effective transmission rate) of the system, and a filter 72 is used to remove the remaining light coming from the light generator 26.
同図で、装置64は唯一の光伝送路62に結合されて光発
生器26からの光を受けると共に、光伝送路62を介してト
ランスミッタの光出力をインタフェース66に伝送する。
装置64はガリウムひそ光ダイオードを有し、電力変換器
46に接続されるライン74上に電気的出力を発生する。ラ
イン74上の出力はまた、ライン76を介してセンサ回路50
に容量結合され、受信光の変調成分を供給する。装置64
はさらに、ドライバ56によって駆動されるLEDを有す
る。図2の実施例は、図1のそれと同様に、通信と付勢
の両方を供給するが、図2では、このことはトランスミ
ッタ60とインタフェース66を結ぶ単一の光伝送路で達成
される。同様の付勢と通信を実現するのに、図1および
図2に示したカプラと抽出変調(extracting modulatio
n)の種々の組合わせが利用できる。図1、2では光発
生器26がトランスミッタに必要なすべてのエネルギを供
給するので、配線、バッテリ、太陽電池などの個別の電
源は不要である。トランスミッタ内の電気回路および光
変調は、光伝送路を介して受ける光のみによって給電さ
れる。In the figure, device 64 is coupled to only one optical transmission line 62 to receive light from light generator 26 and transmits the optical output of the transmitter to interface 66 via optical transmission line 62.
The device 64 has a gallium secret photodiode and a power converter
It produces an electrical output on line 74 which is connected to 46. The output on line 74 is also connected to sensor circuit 50 via line 76.
And supplies the modulated component of the received light. Equipment 64
Further has an LED driven by the driver 56. The embodiment of FIG. 2 provides both communication and activation, similar to that of FIG. 1, but in FIG. 2 this is accomplished with a single optical transmission line between transmitter 60 and interface 66. To achieve the same energization and communication, the coupler shown in FIGS. 1 and 2 and the extracting modulatio
Various combinations of n) are available. In FIGS. 1 and 2, the light generator 26 supplies all the necessary energy for the transmitter, so that separate power supplies such as wiring, batteries, solar cells, etc. are not required. The electrical circuits and optical modulation in the transmitter are powered only by light received via the optical transmission path.
図3に、光伝送路82からの付勢用光を受けるためのガ
リウムひそ光ダイオード80に接続された電力変換器46の
回路を示す。光ダイオード80は自走マルチバイブレータ
84を付勢する。マルチバイブレータ84は、互いに電気的
に逆位相の1対の発振出力86A、86Bを発生する。光ダイ
オード80はまた逓昇変圧器型電源88をも付勢する。出力
86A、86Bはそれぞれトランジスタ90A、90Bに接続され、
変圧器92の1次巻線を駆動する。変圧器92の2次巻線92
Aは全波整流器94に接続され、変換器46を付勢するのに
用いられる電圧(ガリウムひそ光ダイオード80からの、
通常は0、9ボルトの電圧)よりも高い電圧出力(3、
5ないし5ボルト)を発生する。トランジスタ90A、90
B、98は、より低い電圧で動作できるようにするため
に、ゲルマニウムトランスジスタであってもよい。FIG. 3 shows a circuit of the power converter 46 connected to the gallium hidden photodiode 80 for receiving the light for activation from the optical transmission line 82. Photodiode 80 is a self-propelled multivibrator
Energize 84. The multivibrator 84 generates a pair of oscillation outputs 86A and 86B that are electrically in opposite phases. Photodiode 80 also energizes step-up transformer type power supply 88. output
86A and 86B are connected to transistors 90A and 90B, respectively.
Drives the primary winding of transformer 92. Secondary winding 92 of transformer 92
A is connected to a full-wave rectifier 94 and used to power the converter 46 (from a gallium shunt photodiode 80,
Voltage output (3,
5 to 5 volts). Transistor 90A, 90
B, 98 may be germanium transistors to allow operation at lower voltages.
図4には、図2の装置64または図1のコンバータ42、
44およびカプラ38(LED58)の各機能を実現するための
固体すなわち半導体装置64Aを示す。同図でLED106は第
1波長の光を発生する。層102、104は第1波長の光を事
実上透過する材料で作られる。LED106からの光出力は層
102、104を通して光伝送路100に結合され、トランスミ
ッタからの光出力となる。層104は変調を検知する光ダ
イオードセンサを構成し、図1のコンバータ42に相当す
る。層102は電気的付勢を提供するセンサを構成し、図
1のコンバータ44に相当する。付勢のための光は第1波
長とは異なる第2波長を有し、一方変調のための光は第
1および第2波長とは異なる第3波長を有する。層10
2、104のセンサはそれぞれ対応する波長に感応するよう
に選定され、リード108に独立に変調出力および電力出
力を生ずる。その代りに、付勢および変調は同じ波形で
行われても良く、その場合には、ダイオード104は省略
でき、電力および変調は共に層102内の単一の光ダイオ
ードで検知され得る。FIG. 4 shows the device 64 of FIG. 2 or the converter 42 of FIG.
A solid state, that is, a semiconductor device 64A for realizing each function of the coupler 44 and the coupler 38 (LED 58) is shown. In the figure, the LED 106 generates light of the first wavelength. Layers 102, 104 are made of a material that effectively transmits light of the first wavelength. Light output from LED106 is layer
The light is coupled to the optical transmission line 100 through 102 and 104, and becomes an optical output from the transmitter. The layer 104 constitutes a photodiode sensor for detecting the modulation, and corresponds to the converter 42 in FIG. Layer 102 constitutes the sensor that provides the electrical energization and corresponds to converter 44 in FIG. The light for activation has a second wavelength different from the first wavelength, while the light for modulation has a third wavelength different from the first and second wavelengths. Tier 10
The two 104 sensors are each selected to be sensitive to the corresponding wavelength, and provide independent modulation and power outputs on leads 108. Alternatively, activation and modulation may be performed with the same waveform, in which case diode 104 may be omitted and both power and modulation may be sensed by a single photodiode in layer 102.
図5にはトランスミッタ内の光送受信に用いられる他
の装置110が示され、この装置は光伝送路112に光を伝送
し、またそこから光を受ける。ガリウムひそ光ダイオー
ド114はトランスミッタを付勢するための光を受け、こ
れを電気エネルギに変換する。光ダイオード116は光を
受けて変調信号を発生する。前述した図2のように、変
調信号が光ダイオード114から得られるときには、光ダ
イオード116は省略できる。トランスミッタの光出力は1
18A、118B、または118Cの各位置に配置されたLED118に
よって発生されることができる。位置118Bでは、光ダイ
オード114に設けた開口120のために、118Bに配置された
LEDからの光が光伝送路112に到達できるようになる。位
置118Cでは、LED118からの光は光ダイオード114で反射
されて光伝送路112に到達する。光ダイオード114、11
6、118Aの形状および配列は、光伝送路112との間の光結
合に便利であればどのようなものでもよい。なるべくは
能動素子が光伝送路の光捕集角(開口数)を事実上覆っ
て損失を低減するのが望ましい。能動領域は同心環状、
円の一部(扇形)または任意の形状であることができ
る。FIG. 5 shows another device 110 used for transmitting and receiving light in the transmitter, which transmits light to and receives light from an optical transmission line 112. The gallium secret photodiode 114 receives light for energizing the transmitter and converts it to electrical energy. The photodiode 116 receives the light and generates a modulation signal. When the modulation signal is obtained from the photodiode 114 as in FIG. 2 described above, the photodiode 116 can be omitted. Transmitter light output is 1
It can be generated by an LED 118 located at each location of 18A, 118B, or 118C. At position 118B, due to aperture 120 provided in photodiode 114, it was located at 118B
Light from the LED can reach the optical transmission line 112. At the position 118C, the light from the LED 118 is reflected by the photodiode 114 and reaches the optical transmission line 112. Photodiodes 114, 11
6, 118A may have any shape and arrangement as long as it is convenient for optical coupling with the optical transmission line 112. Preferably, the active elements effectively cover the light collection angle (numerical aperture) of the optical transmission line to reduce losses. The active area is concentric annular,
It can be part of a circle (sector) or any shape.
図6には、1つの光伝送路62に連結されるトランスミ
ッタ60A、60B、60Cの多分岐配列を示す。インタフェー
ス66(図2)は光伝送路62に十分な光を結合させ、複数
のトランスミッタ全部にエネルギを与える。各トランス
ミッタの光出力はデジタル語として生成され、これはイ
ンタフェース66にトランスミッタを識別させるアドレス
を含む。同様に、光発生器26(図2)からの変調出力も
デジタル語からなり、これは当該デジタル語を受信し、
またこれに応答しようとしているトランスミッタを識別
するためのアドレスを含む。FIG. 6 shows a multi-branch arrangement of transmitters 60A, 60B, and 60C connected to one optical transmission line 62. Interface 66 (FIG. 2) couples sufficient light into optical transmission line 62 and provides energy to all of the plurality of transmitters. The optical output of each transmitter is generated as a digital word, which includes an address that identifies to the interface 66 the transmitter. Similarly, the modulation output from light generator 26 (FIG. 2) also comprises a digital word, which receives the digital word,
It also contains an address to identify the transmitter that is responding to it.
図7には、1つの光伝送路62を介してインタフェース
66(図2)に結合される複数のトランスミッタ60D、60
E、60Fの分岐配列の多の実施例を示す。各トランスミッ
タからの光出力は、ローズマウント・インコーポーレイ
テッドのHARTデジタルプロトコルのような選択された分
岐デジタルプロトコルにおける直列デジタルデータより
なることができる。FIG. 7 shows an interface via one optical transmission line 62.
Multiple transmitters 60D, 60 coupled to 66 (FIG. 2)
E shows multiple embodiments of the E, 60F branch sequence. The light output from each transmitter can consist of serial digital data in a selected branch digital protocol, such as Rosemount Inc.'s HART digital protocol.
図8には、光伝送路62を介してインタフェース66(図
2)に結合される複数のトランスミッタ60G、60H、60J
の多分岐配列のさらに他の実施例を示す。各トランスミ
ッタに設けられた波長分割カプラ130A、130B、130Cが、
ある波長での励起および変調のため、および第1とは異
なる第2の波長でのトランスミッタ光出力のための、光
学的に分離された結合路を与える。種々の既知の波長コ
ード化および復号化手段が利用でき、半二重および全二
重方式を含む多くの既知の電気通信プロトコルが光媒体
を用いた光通信に使用できるように適合され得る。FIG. 8 shows a plurality of transmitters 60G, 60H, 60J coupled to an interface 66 (FIG. 2) via an optical transmission line 62.
A further embodiment of the multi-branch arrangement of the present invention is shown. Wavelength division couplers 130A, 130B, 130C provided for each transmitter are
It provides an optically separate coupling path for excitation and modulation at one wavelength and for transmitter light output at a second wavelength different from the first. A variety of known wavelength encoding and decoding means are available, and many known telecommunication protocols, including half-duplex and full-duplex schemes, can be adapted for use in optical communications over optical media.
本発明は好ましい実施例に関して説明されたが、当業
者は、発明の精神と範囲から逸脱することなしに形式お
よび詳細構造に変更、修正を加え得ることを理解するで
あろう。Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クッチ,ジェラルド アール. アメリカ合衆国、 55403 ミネソタ州、 ミネアポリス、アパートメント 223, ラサレ アベニュー 1500 (72)発明者 オルソン,ブライアン ジェイ. アメリカ合衆国、 55426 ミネソタ州、 セント ルイス パーク, ユタ アベ ニュー サウス 3065 (56)参考文献 特開 平2−168397(JP,A) 特開 昭59−109998(JP,A) 特開 昭62−229499(JP,A) 特開 昭64−74833(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G08C 23/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Kucci, Gerald Earl. United States, 55403 Minnesota, Minneapolis, Apartment 223, LaSalle Avenue 1500 (72) Inventor Olson, Brian Jay. United States, 55426 Minnesota, St. Louis Park, Minnesota , Utah Avenue South 3065 (56) Reference JP-A-2-168397 (JP, A) JP-A-59-109998 (JP, A) JP-A-62-229499 (JP, A) JP-A-64-74833 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G08C 23/00
Claims (18)
セス変数を表わす光出力を光媒体に提供するトランスミ
ッタであって、 プロセス変数を表わす電気的センサ出力を発生するセン
サ手段と、 センサ出力を受信し、プロセス変数を示すトランスミッ
タの電気的出力を発生する回路手段であって、さらに当
該回路手段を付勢するための付勢入力を有する回路手段
と、 トランスミッタ出力を光出力に変換する変換手段であっ
て、さらに光を受信する受信手段を含む変換手段とを具
備し、 前記回路手段は、プロセス変数を示すトランスミッタの
電気的出力を、前記回路手段に記憶された変更可能なパ
ラメータによって調節し、 前記受信手段は受信した光の第1の部分を、付勢入力に
与えられる電気エネルギに変換し、かつ受信光の第2の
部分を、パラメータを制御する電気的出力に変換するこ
とを特徴とするトランスミッタ。1. A transmitter having an optical input for energizing itself and providing an optical output representative of a process variable to an optical medium, the sensor means for generating an electrical sensor output indicative of the process variable; Circuit means for receiving the sensor output and generating an electrical output of the transmitter indicative of the process variable, further comprising circuit means having an energizing input for energizing the circuit means; and converting the transmitter output to an optical output. Converting means, further comprising converting means including receiving means for receiving light, wherein the circuit means outputs an electrical output of a transmitter indicating a process variable to a changeable parameter stored in the circuit means. Wherein the receiving means converts the first portion of the received light into electrical energy applied to the energizing input, and the second portion of the received light. , Transmitter and converting the electrical output to control the parameters.
の変更可能な測定レンジを含む請求範囲1のトランスミ
ッタ。2. The transmitter of claim 1 wherein said changeable parameters include a changeable measurement range of a process variable.
け取る請求範囲1のトランスミッタ。3. The transmitter according to claim 1, wherein said receiving means receives light received from an optical transmission line.
含み、受信手段は受信した光を変換するための受光面を
含む請求範囲3のトランスミッタ。4. The transmitter according to claim 3, wherein said converting means includes an emitter surface for emitting light, and said receiving means includes a light receiving surface for converting received light.
つ送出する請求範囲4のトランスミッタ。5. The transmitter according to claim 4, wherein the optical transmission line receives and transmits light within a light collection angle.
捕集角を事実上覆う請求範囲5のトランスミッタ。6. The transmitter of claim 5, wherein said light emitting surface and said light receiving surface substantially cover the light collection angle of the light transmission path.
光路に沿って配置され、光が光放出面から前記光路に沿
って光伝送路へ通過できるように前記受光面が配列され
た請求範囲6のトランスミッタ。7. The light receiving surface is disposed along an optical path between a light transmission path and a light emitting surface, and the light receiving surface is arranged so that light can pass from the light emitting surface to the light transmission path along the light path. 7. The transmitter of claim 6 arranged.
ための開口を有する請求範囲7のトランスミッタ。8. The transmitter according to claim 7, wherein the light receiving surface has an opening for passing light from the light emitting surface.
ように、少なくともその一部が透明である請求範囲7の
トランスミッタ。9. The transmitter of claim 7, wherein the light receiving surface is at least partially transparent to allow light from the light emitting surface to pass.
へ反射させる請求範囲7のトランスミッタ。10. The transmitter according to claim 7, wherein the light receiving surface reflects light from the light emitting surface to the optical transmission line.
を代表し、回路手段に記憶されたパラメータは受信され
た光によってプログラムされた所望のスパン設定の関数
である請求範囲1のトランスミッタ。11. The transmitter of claim 1, wherein the received light represents a function of the desired span setting, and wherein the parameters stored in the circuit means are a function of the desired span setting programmed by the received light.
線性補正を代表し、回路手段に記憶されたパラメータは
受信された光によってプログラムされた直線性補正の関
数である請求範囲1のトランスミッタ。12. The transmitter of claim 1, wherein the received light represents a linearity correction of the transmitter output, and wherein the parameters stored in the circuit means are a function of the linearity correction programmed by the received light.
度補正を代表し、回路手段に記憶されたパラメータは受
信された光によってプログラムされた温度補正の関数で
ある請求範囲1のトランスミッタ。13. The transmitter of claim 1, wherein the received light is representative of a temperature correction of the transmitter output, and wherein the parameters stored in the circuit means are a function of the temperature correction programmed by the received light.
通信する光媒体と電気的バスとの間のインタフェースで
あって、 光伝送路に結合された光発生手段であって、トランスミ
ッタの光出力を計測するための変更可能なパラメータを
プログラムするように変調されたプログラム光成分を発
生する第1の手段およびトランスミッタを付勢する付勢
光成分を発生する第2の手段を含む光発生手段と、 光発生手段に結合された制御手段であって、バスから受
信した第1基準の関数として変調を電気的に制御し、か
つ制御手段における第2基準の関数として付勢用光成分
の振幅を電気的に制御する制御手段と、 トランスミッタから受信した、プログラムされた光出力
を代表する電気的出力をバスに提供する受信手段とを具
備したことを特徴とする請求範囲1ないし13のいずれか
のインタフェース。14. An interface between an optical medium in communication with a remote optical process variable transmitter and an electrical bus, wherein the light generating means is coupled to an optical transmission line and measures the optical output of the transmitter. A light generating means including first means for generating a programmed light component that is modulated to program a changeable parameter for the first and second means for generating an energizing light component for energizing the transmitter; Control means coupled to the means for electrically controlling the modulation as a function of a first reference received from the bus and electrically controlling the amplitude of the energizing light component as a function of a second reference in the control means. Control means for controlling, and receiving means for providing to the bus an electrical output representative of the programmed optical output received from the transmitter. Range 1 to 13 either interface.
スミッタに結合され、第1の手段はさらに複数のトラン
スミッタによる光出力の発生をプログラムするように変
調されたプログラム光成分を発生する手段を具備した請
求範囲14のインタフェース。15. An optical transmission line coupled to a plurality of optical process variable transmitters, the first means further comprising means for generating a programmed light component modulated to program the generation of light output by the plurality of transmitters. Claim 14 interface.
ランスミッタを付勢する請求範囲15のインタフェース。16. The interface of claim 15, wherein the activation light component activates a plurality of optical process control transmitters.
って結合される請求範囲16のインタフェース。17. The interface of claim 16, wherein the programmed optical output is coupled along an optical transmission path.
ンスミッタからのプログラムされた光出力を共通の電気
的バスに変換する請求範囲17のインタフェース。18. The interface of claim 17, wherein the receiving means converts programmed light outputs from the plurality of optical process transmitters to a common electrical bus.
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