一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計及其補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計及其補(bǔ)償方法，激光功率計包括電源模塊、光電探測器、I/V和量程轉(zhuǎn)換器、第一A/D轉(zhuǎn)換器、中央處理器、LCD驅(qū)動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉(zhuǎn)換器、第二A/D轉(zhuǎn)換器。方法包括探測被測光獲得激光功率值初值，同時獲得光電探測器的實際溫度值；預(yù)設(shè)光電探測器溫度值和對應(yīng)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值；將測量所得激光功率值初值與標(biāo)準(zhǔn)激光功率值的比作為該實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)；利用測量所得激光功率值初值乘以實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值并輸出。本發(fā)明對測得的激光功率值進(jìn)行補(bǔ)償，使得激光功率計的溫度特性大幅提高，解決了長期測量時本身的溫度漂移帶來的誤差。
【專利說明】一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計及其補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計及其補(bǔ)償方法，屬于信號測量裝置的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖通信是利用光的全反射原理，使得光按照一定的模式在光纖芯部傳輸。光信號傳輸領(lǐng)域中，光纖的使用非常廣泛。
[0003]光通信領(lǐng)域使用的光功率計用來測量光纖鏈路中通過的光的功率(能量)。傳統(tǒng)光功率系統(tǒng)主要包括光電傳感器模塊、信號調(diào)理電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理單元、電源、顯示器、鍵盤等模塊等。
[0004]一般情況下，激光功率值的測試對光功率測試的長期穩(wěn)定性及功率的不確定度要求不高，這種變化不影響測試效果，但在一些需要長期監(jiān)控、測試激光功率的場合，溫度的變化會給測試結(jié)果帶來很大的影響。目前如果需長期檢測某一個光路的激光功率穩(wěn)定度，則不得不考慮二次校準(zhǔn)或避免激光功率計的溫度特性，比如，對激光功率計做恒溫處理，把光功率計放在一個恒溫箱里，以此來保證光功率計的長期不確定度。
[0005]現(xiàn)有市場上的傳統(tǒng)功率計都存在一個問題:由于激光功率計探測器本身的溫度響應(yīng)以及電路的溫度漂移的存在，使得在激光功率計的環(huán)境溫度及自身設(shè)備的發(fā)熱造成的工作溫度變化時，其所測得的功率值會有相應(yīng)的變化。因此，現(xiàn)有的激光功率計存在局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計及其補(bǔ)償方法，對測得的激光功率值進(jìn)行補(bǔ)償，使得激光功率計的溫度特性大幅提高，大大改善了激光功率長期測量值的不確定性，解決了長期測量時，激光功率計本身的溫度漂移帶來的誤差，從而擴(kuò)展了激光功率計的應(yīng)用范圍。
[0007]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計，包括電源模塊、光電探測器、I/V和量程轉(zhuǎn)換器、第一 Α/D轉(zhuǎn)換器、中央處理器、LCD驅(qū)動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉(zhuǎn)換器、第二 Α/D轉(zhuǎn)換器，其中所述電源模塊用于供電；所述光電探測器將探測到的光信號經(jīng)I/V和量程轉(zhuǎn)換器、第一 Α/D轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入中央處理器，所述中央處理器計算獲得激光功率值初值；同時所述溫度采集模塊測量光電探測器的溫度信號經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換器、第二 Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入中央處理器，所述中央處理器計算獲得光電探測器實際溫度值；所述中央處理器結(jié)合激光功率值初值和實際溫度值進(jìn)行分析處理，確定對應(yīng)溫度下的功率補(bǔ)償系數(shù)并根據(jù)該補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值，通過LCD驅(qū)動器驅(qū)動LCD模塊將所述補(bǔ)償后的激光功率值顯示。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述溫度采集模塊為熱電偶或溫度采集芯片。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括一階低通濾波器，所述一階低通濾波器用于對I/V和量程轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行濾波處理。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括與中央處理器相連的通信模塊，所述通信模塊用于與外部設(shè)備通信。
[0011]一種上述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
步驟(I)、利用光電探測器探測被測光獲得激光功率值初值，同時測量所述光電探測器的溫度獲得光電探測器的實際溫度值；
步驟(2)、預(yù)設(shè)光電探測器溫度值和對應(yīng)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值；將測量所得實際溫度值與預(yù)設(shè)光電探測器溫度值對應(yīng)，將測量所得激光功率值初值與光電探測器溫度值所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值的比作為該實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)；
步驟(3)、利用測量所得激光功率值初值乘以所得實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值并輸出。
[0012]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述步驟(2)還包括測量一系列實際溫度值，并獲得每個實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)；將所得系列補(bǔ)償系數(shù)作為補(bǔ)償系數(shù)集；利用測量所得實際溫度值與補(bǔ)償系數(shù)集中溫度值對應(yīng)直接獲得補(bǔ)償系數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:將所述補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線，利用測量所得實際溫度值與溫度補(bǔ)償曲線中溫度區(qū)間對應(yīng)直接獲得補(bǔ)償系數(shù)。
[0014]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:利用最小二乘法將獲取的補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線。
[0015]進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述步驟(I)中采用熱電偶或溫度采集芯片測量光電探測器的溫度。
[0016]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果:
本發(fā)明的臺式激光功率計及其補(bǔ)償方法，通過結(jié)合測量的實際溫度和激光功率值初值進(jìn)行分析，獲得對應(yīng)溫度下的功率補(bǔ)償系數(shù)，對測得的激光功率值進(jìn)行補(bǔ)償，具有自動功率補(bǔ)償?shù)墓δ?，使得激光功率計的溫度特性大幅提高，大大改善了激光功率長期測量的不確定性，解決了長期測量時，激光功率計本身的溫度漂移帶來的誤差，從而擴(kuò)展了激光功率計的應(yīng)用范圍，彌補(bǔ)了國內(nèi)溫度補(bǔ)償激光功率計的空白。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的模塊示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計采用熱電偶的模塊示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計采用溫度采集芯片的模塊示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法中溫度補(bǔ)償曲線圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計了一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計，包括電源模塊、光電探測器、Ι/ν和量程轉(zhuǎn)換器、第一 Α/D轉(zhuǎn)換器、中央處理器、LCD驅(qū)動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉(zhuǎn)換器、第二 Α/D轉(zhuǎn)換器，其中所述電源模塊用于供電；所述光電探測器將探測到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述ΙΛ和量程轉(zhuǎn)換器用于將所述電信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行量程切換；所述A/D轉(zhuǎn)換器將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入中央處理器，所述中央處理器計算獲得激光功率值初值；同時所述溫度采集模塊測量所述光電探測器的溫度轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)第二 Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入中央處理器，所述中央處理器計算獲得光電探測器實際溫度值；所述中央處理器結(jié)合激光功率值初值和實際溫度值進(jìn)行分析處理，確定對應(yīng)溫度下的功率補(bǔ)償系數(shù)并根據(jù)該補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值，通過LCD驅(qū)動器驅(qū)動LCD模塊將所述補(bǔ)償后的激光功率值顯示。
[0023]對于溫度采集模塊，可由兩種方式實現(xiàn)。一種是采取熱電偶作為溫度傳感器，如圖2所示，熱電偶環(huán)境溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，然后通過I/V轉(zhuǎn)換器將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號，再由第二 Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為中央處理器可以處理的數(shù)字信號。另一種是采用溫度采集芯片來采集光電探測器的溫度，溫度采集芯片如TMP421配合三極管如2N3906即可實現(xiàn)溫度的采集，原理如圖3所示。
[0024]另外，為了降低噪聲帶來的影響，還包括一階低通濾波器，一階低通濾波器用于對ι/v和量程轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行濾波處理，從而消除噪聲干擾。光功率計還包括與中央處理器相連的通信模塊，通信模塊用于與外部設(shè)備通信。
[0025]在上述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的基礎(chǔ)上提出一種補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
步驟(I)選取一個功率的激光輸入到本中光功率計的光電探測器，該激光在激光功率計可探測范圍內(nèi)，光電探測器探測被測光獲得激光功率值初值Pi，同時測量所述光電探測器的溫度獲得光電探測器的實際溫度值Ti。其中，獲得光電探測器的實際溫度值Ti時，可以采用熱電偶或溫度采集芯片測量光電探測器的溫度。
[0026]步驟(2)預(yù)設(shè)光電探測器溫度值和對應(yīng)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值Pf，對于該標(biāo)準(zhǔn)激光功率值Pf的獲得，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中公知的技術(shù)手段獲得，如可以通過同樣功率的激光輸出到標(biāo)準(zhǔn)光功率計中，標(biāo)準(zhǔn)光功率計測量得到的功率值即為標(biāo)準(zhǔn)光功率計的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值Pf。將測量所得實際溫度值Ti與預(yù)設(shè)光電探測器溫度值對應(yīng)，將測量所得激光功率值初值Pf與光電探測器溫度值所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值的比作為該實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)Ri。另外，可以測量系列實際溫度值，根據(jù)不同溫度一一對應(yīng)一標(biāo)準(zhǔn)激光功率值，獲得每個實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)，即根據(jù)光電探測器測得的多個不同實際溫度值即1\、T2, T3..Tn，得到每個實際溫度值對應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)R1, R2, R3-..Rn。將所得一系列補(bǔ)償系數(shù)作為補(bǔ)償系數(shù)集預(yù)先存儲，然后利用測量所得實際溫度值與補(bǔ)償系數(shù)集中溫度值對應(yīng)，直接獲得對應(yīng)實際溫度下的功率補(bǔ)償系數(shù)。
[0027]然后，可將所得的補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線，該溫度補(bǔ)償曲線可以如圖4所示，使得對于測量范圍內(nèi)的任意實際溫度值，都有唯一的補(bǔ)償系數(shù)與之對應(yīng)，使得實際溫度值所對應(yīng)的功率補(bǔ)償系數(shù)可以從溫度補(bǔ)償曲線上直接獲取。其中，可以利用最小二乘法將獲取的將補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線。在參照溫度補(bǔ)償曲線時，根據(jù)測量所得的實際溫度值Ti對照溫度補(bǔ)償曲線中對應(yīng)溫度區(qū)間，即對應(yīng)圖4中的橫向坐標(biāo)，再根據(jù)橫向坐標(biāo)確定補(bǔ)償系數(shù)，即讀取該溫度區(qū)間下曲線所對應(yīng)的縱坐標(biāo)值即為補(bǔ)償系數(shù)。
[0028]步驟(3)利用測量所得激光功率值初值Pi乘以所得實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值并輸出。若是利用溫度補(bǔ)償曲線，則利用測量所得激光功率值初值Pi乘以溫度補(bǔ)償曲線中對應(yīng)溫度區(qū)間下的補(bǔ)償系數(shù)Ri獲得補(bǔ)償后的激光功率值后輸出，即實現(xiàn)對對應(yīng)溫度下的功率補(bǔ)償。
[0029]本發(fā)明用于光纖通信領(lǐng)域，所涉及的激光功率計在獲取溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)時，通過獲取密集的溫度——功率采樣點(diǎn)，然后根據(jù)曲線的形態(tài)特性將溫度補(bǔ)償特性擬合成一條連續(xù)曲線，使得經(jīng)過功率補(bǔ)償?shù)募す夤β视嬁梢栽跍y試量程(-70dBnT2dBm)內(nèi)的任意功率值上均可以通過二次補(bǔ)償計算出精確的測量值。
[0030]且由于光通信測量的特俗性，一臺激光功率計需要具有測量多種波長的功能，因此本臺式激光功率計的溫度補(bǔ)償是針對激光功率計所有測量波段來進(jìn)行的，比如:1550nm、1490nm、1310nm、980nm、850nm等等，本激光功率計將針對每個波段繪制出一條連續(xù)溫度補(bǔ)償曲線，用于對初始的測量值進(jìn)行校準(zhǔn)，使得激光功率計的溫度特性大幅提高，大大改善了激光功率長期測量值的不確定性，解決了長期測量時，激光功率計本身的溫度漂移帶來的誤差。
[0031]為了驗證本發(fā)明的激光功率計及其補(bǔ)償方法可以對測得的激光功率值進(jìn)行自動補(bǔ)償，列舉一實施例進(jìn)行說明。
[0032]首先，按照上述方法利用最小二乘法將獲取的補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線，該曲線如圖4所示，每個溫度值都對應(yīng)唯一的補(bǔ)償系數(shù)。再利用本發(fā)明的激光功率計中的光電探測器探測兩組光信號，經(jīng)由Ι/V和量程轉(zhuǎn)換器、一階低通濾波器、第一 Α/D轉(zhuǎn)換器等模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并由中央處理器處理獲得兩個光功率初值0.5mw、0.62mw ;同時，由熱電偶作為溫度傳感器采集的信號由Ι/V轉(zhuǎn)換器、第二 Α/D轉(zhuǎn)換器，并由中央處理器獲得實際溫度值30°C。然后根據(jù)獲得的實際溫度值30°C，從溫度補(bǔ)償曲線上獲得補(bǔ)償系數(shù)0.95，兩個光功率初值0.5mw、0.62mw分別乘以系數(shù)該溫度區(qū)間對應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)0.95，即可獲得最終的兩路測量通道的光功率值0.5mw*0.95=0.475mw、0.62mw*0.95=0.589mw。最后，中央處理器將這兩個補(bǔ)償后的光功率計值0.475mw,0.589mw送往IXD模塊顯示或通過通信模塊傳輸給外部通信設(shè)備，完成一個補(bǔ)償過程。
[0033]因此，通過實施例驗證了本發(fā)明對測得的激光功率值進(jìn)行補(bǔ)償，使得激光功率計的溫度特性大幅提高，大大改善了激光功率長期測量值的不確定性，解決了長期測量時，激光功率計本身的溫度漂移帶來的誤差，從而擴(kuò)展了激光功率計的應(yīng)用范圍。
[0034]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，各電路模塊之間按照現(xiàn)有技術(shù)中公知的手段相連，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計，其特征在于:包括電源模塊、光電探測器、I/V和量程轉(zhuǎn)換器、第一 Α/D轉(zhuǎn)換器、中央處理器、LCD驅(qū)動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉(zhuǎn)換器、第二 Α/D轉(zhuǎn)換器，其中所述電源模塊用于供電；所述光電探測器將探測到的光信號經(jīng)I/V和量程轉(zhuǎn)換器、第一 Α/D轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入中央處理器，所述中央處理器計算獲得激光功率值初值；同時所述溫度采集模塊測量光電探測器的溫度信號經(jīng)ΙΛ轉(zhuǎn)換器、第二 Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入中央處理器，所述中央處理器計算獲得光電探測器實際溫度值；所述中央處理器結(jié)合激光功率值初值和實際溫度值進(jìn)行分析處理，確定對應(yīng)溫度下的功率補(bǔ)償系數(shù)并根據(jù)該補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值，通過LCD驅(qū)動器驅(qū)動LCD模塊將所述補(bǔ)償后的激光功率值顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計，其特征在于:所述溫度采集模塊為熱電偶或溫度采集芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計，其特征在于:還包括一階低通濾波器，所述一階低通濾波器用于對Ι/v和量程轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行濾波處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計，其特征在于:還包括與中央處理器相連的通信模塊，所述通信模塊用于與外部設(shè)備通信。
5.一種基于權(quán)利要求1所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(I)、利用光電探測器探測被測光獲得激光功率值初值，同時測量所述光電探測器的溫度獲得光電探測器的實際溫度值； 步驟(2)、預(yù)設(shè)光電探測器溫度值和對應(yīng)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值；將測量所得實際溫度值與預(yù)設(shè)光電探測器溫度值對應(yīng)，將測量所得激光功率值初值與光電探測器溫度值所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)激光功率值的比作為該實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)； 步驟(3)、利用測量所得激光功率值初值乘以所得實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)獲得補(bǔ)償后的激光功率值并輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(2)還包括測量一系列實際溫度值，并獲得每個實際溫度下的補(bǔ)償系數(shù)；將所得系列補(bǔ)償系數(shù)作為補(bǔ)償系數(shù)集；利用測量所得實際溫度值與補(bǔ)償系數(shù)集中溫度值對應(yīng)直接獲得補(bǔ)償系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法，其特征在于:將所述補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線，利用測量所得實際溫度值與溫度補(bǔ)償曲線中溫度區(qū)間對應(yīng)直接獲得補(bǔ)償系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法，其特征在于:利用最小二乘法將獲取的補(bǔ)償系數(shù)集擬合成溫度補(bǔ)償曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述可實時補(bǔ)償?shù)呐_式激光功率計的補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(I)中采用熱電偶或溫度采集芯片測量光電探測器的溫度。
【文檔編號】G01J1/42GK103776529SQ201410046027
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】石巖, 崔建吾, 董輝, 王輝 申請人:南京吉隆光纖通信股份有限公司