一種可實時補償的臺式激光功率計及其補償方法
【專利摘要】本發明公開了一種可實時補償的臺式激光功率計及其補償方法，激光功率計包括電源模塊、光電探測器、I/V和量程轉換器、第一A/D轉換器、中央處理器、LCD驅動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉換器、第二A/D轉換器。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；預設光電探測器溫度值和對應溫度下的標準激光功率值；將測量所得激光功率值初值與標準激光功率值的比作為該實際溫度下的補償系數；利用測量所得激光功率值初值乘以實際溫度下的補償系數獲得補償后的激光功率值并輸出。本發明對測得的激光功率值進行補償，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】一種可實時補償的臺式激光功率計及其補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可實時補償的臺式激光功率計及其補償方法，屬于信號測量裝置的【技術領域】。
【背景技術】
[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。光信號傳輸領域中，光纖的使用非常廣泛。
[0003]光通信領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)。傳統光功率系統主要包括光電傳感器模塊、信號調理電路、模擬/數字轉換模塊、數據處理單元、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控、測試激光功率的場合，溫度的變化會給測試結果帶來很大的影響。目前如果需長期檢測某一個光路的激光功率穩定度，則不得不考慮二次校準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]現有市場上的傳統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以及電路的溫度漂移的存在，使得在激光功率計的環境溫度及自身設備的發熱造成的工作溫度變化時，其所測得的功率值會有相應的變化。因此，現有的激光功率計存在局限。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種可實時補償的臺式激光功率計及其補償方法，對測得的激光功率值進行補償，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，從而擴展了激光功率計的應用范圍。
[0007]本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題:
一種可實時補償的臺式激光功率計，包括電源模塊、光電探測器、I/V和量程轉換器、第一 Α/D轉換器、中央處理器、LCD驅動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉換器、第二 Α/D轉換器，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I/V和量程轉換器、第一 Α/D轉換器后轉換為數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I/V轉換器、第二 Α/D轉換器轉換為數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；所述中央處理器結合激光功率值初值和實際溫度值進行分析處理，確定對應溫度下的功率補償系數并根據該補償系數獲得補償后的激光功率值，通過LCD驅動器驅動LCD模塊將所述補償后的激光功率值顯示。
[0008]作為本發明的一種優選技術方案:所述溫度采集模塊為熱電偶或溫度采集芯片。
[0009]作為本發明的一種優選技術方案:還包括一階低通濾波器，所述一階低通濾波器用于對I/V和量程轉換器轉換后的信號進行濾波處理。
[0010]作為本發明的一種優選技術方案: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備通信。
[0011]一種上述可實時補償的臺式激光功率計的補償方法，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)、預設光電探測器溫度值和對應溫度下的標準激光功率值；將測量所得實際溫度值與預設光電探測器溫度值對應，將測量所得激光功率值初值與光電探測器溫度值所對應的標準激光功率值的比作為該實際溫度下的補償系數；
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償系數獲得補償后的激光功率值并輸出。
[0012]進一步地，作為本發明的一種優選技術方案: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償系數；將所得系列補償系數作為補償系數集；利用測量所得實際溫度值與補償系數集中溫度值對應直接獲得補償系數。
[0013]進一步地，作為本發明的一種優選技術方案:將所述補償系數集擬合成溫度補償曲線，利用測量所得實際溫度值與溫度補償曲線中溫度區間對應直接獲得補償系數。
[0014]進一步地，作為本發明的一種優選技術方案:利用最小二乘法將獲取的補償系數集擬合成溫度補償曲線。
[0015]進一步地，作為本發明的一種優選技術方案: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]本發明采用上述技術方案，能產生如下技術效果:
本發明的臺式激光功率計及其補償方法，通過結合測量的實際溫度和激光功率值初值進行分析，獲得對應溫度下的功率補償系數，對測得的激光功率值進行補償，具有自動功率補償的功能，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，從而擴展了激光功率計的應用范圍，彌補了國內溫度補償激光功率計的空白。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明可實時補償的臺式激光功率計的模塊示意圖。
[0018]圖2為本發明可實時補償的臺式激光功率計采用熱電偶的模塊示意圖。
[0019]圖3為本發明可實時補償的臺式激光功率計采用溫度采集芯片的模塊示意圖。
[0020]圖4為本發明可實時補償的臺式激光功率計的補償方法中溫度補償曲線圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合說明書附圖對本發明的實施方式進行描述。
[0022]如圖1所示，本發明設計了一種可實時補償的臺式激光功率計，包括電源模塊、光電探測器、Ι/ν和量程轉換器、第一 Α/D轉換器、中央處理器、LCD驅動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉換器、第二 Α/D轉換器，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換為電信號；所述ΙΛ和量程轉換器用于將所述電信號轉換為電壓信號并進行量程切換；所述A/D轉換器將所述電壓信號轉換為數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換為電信號，該電信號經過I/V轉換器轉換成電壓信號，該電壓信號經第二 Α/D轉換器轉換為數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；所述中央處理器結合激光功率值初值和實際溫度值進行分析處理，確定對應溫度下的功率補償系數并根據該補償系數獲得補償后的激光功率值，通過LCD驅動器驅動LCD模塊將所述補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。一種是采取熱電偶作為溫度傳感器，如圖2所示，熱電偶環境溫度的變化轉換為電阻的變化，然后通過I/V轉換器將電阻變化轉換為電壓信號，再由第二 Α/D轉換器轉換為中央處理器可以處理的數字信號。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和量程轉換器轉換后的信號進行濾波處理，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備通信。
[0025]在上述可實時補償的臺式激光功率計的基礎上提出一種補償方法，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，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)預設光電探測器溫度值和對應溫度下的標準激光功率值Pf，對于該標準激光功率值Pf的獲得，可以采用現有技術中公知的技術手段獲得，如可以通過同樣功率的激光輸出到標準光功率計中，標準光功率計測量得到的功率值即為標準光功率計的標準激光功率值Pf。將測量所得實際溫度值Ti與預設光電探測器溫度值對應，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的標準激光功率值的比作為該實際溫度下的補償系數Ri。另外，可以測量系列實際溫度值，根據不同溫度一一對應一標準激光功率值，獲得每個實際溫度下的補償系數，即根據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的補償系數R1, R2, R3-..Rn。將所得一系列補償系數作為補償系數集預先存儲，然后利用測量所得實際溫度值與補償系數集中溫度值對應，直接獲得對應實際溫度下的功率補償系數。
[0027]然后，可將所得的補償系數集擬合成溫度補償曲線，該溫度補償曲線可以如圖4所示，使得對于測量范圍內的任意實際溫度值，都有唯一的補償系數與之對應，使得實際溫度值所對應的功率補償系數可以從溫度補償曲線上直接獲取。其中，可以利用最小二乘法將獲取的將補償系數集擬合成溫度補償曲線。在參照溫度補償曲線時，根據測量所得的實際溫度值Ti對照溫度補償曲線中對應溫度區間，即對應圖4中的橫向坐標，再根據橫向坐標確定補償系數，即讀取該溫度區間下曲線所對應的縱坐標值即為補償系數。
[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償系數獲得補償后的激光功率值并輸出。若是利用溫度補償曲線，則利用測量所得激光功率值初值Pi乘以溫度補償曲線中對應溫度區間下的補償系數Ri獲得補償后的激光功率值后輸出，即實現對對應溫度下的功率補償。
[0029]本發明用于光纖通信領域，所涉及的激光功率計在獲取溫度補償數據時，通過獲取密集的溫度——功率采樣點，然后根據曲線的形態特性將溫度補償特性擬合成一條連續曲線，使得經過功率補償的激光功率計可以在測試量程(-70dBnT2dBm)內的任意功率值上均可以通過二次補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償是針對激光功率計所有測量波段來進行的，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溫度補償曲線，用于對初始的測量值進行校準，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]為了驗證本發明的激光功率計及其補償方法可以對測得的激光功率值進行自動補償，列舉一實施例進行說明。
[0032]首先，按照上述方法利用最小二乘法將獲取的補償系數集擬合成溫度補償曲線，該曲線如圖4所示，每個溫度值都對應唯一的補償系數。再利用本發明的激光功率計中的光電探測器探測兩組光信號，經由Ι/V和量程轉換器、一階低通濾波器、第一 Α/D轉換器等模塊轉換為數字信號，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轉換器、第二 Α/D轉換器，并由中央處理器獲得實際溫度值30°C。然后根據獲得的實際溫度值30°C，從溫度補償曲線上獲得補償系數0.95，兩個光功率初值0.5mw、0.62mw分別乘以系數該溫度區間對應的補償系數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備，完成一個補償過程。
[0033]因此，通過實施例驗證了本發明對測得的激光功率值進行補償，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，從而擴展了激光功率計的應用范圍。
[0034]上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，各電路模塊之間按照現有技術中公知的手段相連，但是本發明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。
【權利要求】
1.一種可實時補償的臺式激光功率計，其特征在于:包括電源模塊、光電探測器、I/V和量程轉換器、第一 Α/D轉換器、中央處理器、LCD驅動器、LCD模塊、溫度采集模塊、I/V轉換器、第二 Α/D轉換器，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I/V和量程轉換器、第一 Α/D轉換器后轉換為數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ΙΛ轉換器、第二 Α/D轉換器轉換為數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；所述中央處理器結合激光功率值初值和實際溫度值進行分析處理，確定對應溫度下的功率補償系數并根據該補償系數獲得補償后的激光功率值，通過LCD驅動器驅動LCD模塊將所述補償后的激光功率值顯示。
2.根據權利要求1所述可實時補償的臺式激光功率計，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.根據權利要求1所述可實時補償的臺式激光功率計，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和量程轉換器轉換后的信號進行濾波處理。
4.根據權利要求1所述可實時補償的臺式激光功率計，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備通信。
5.一種基于權利要求1所述可實時補償的臺式激光功率計的補償方法，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)、預設光電探測器溫度值和對應溫度下的標準激光功率值；將測量所得實際溫度值與預設光電探測器溫度值對應，將測量所得激光功率值初值與光電探測器溫度值所對應的標準激光功率值的比作為該實際溫度下的補償系數； 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償系數獲得補償后的激光功率值并輸出。
6.根據權利要求5所述可實時補償的臺式激光功率計的補償方法，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償系數；將所得系列補償系數作為補償系數集；利用測量所得實際溫度值與補償系數集中溫度值對應直接獲得補償系數。
7.根據權利要求6所述可實時補償的臺式激光功率計的補償方法，其特征在于:將所述補償系數集擬合成溫度補償曲線，利用測量所得實際溫度值與溫度補償曲線中溫度區間對應直接獲得補償系數。
8.根據權利要求7所述可實時補償的臺式激光功率計的補償方法，其特征在于:利用最小二乘法將獲取的補償系數集擬合成溫度補償曲線。
9.根據權利要求5所述可實時補償的臺式激光功率計的補償方法，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 優先權日:2014年2月10日
【發明者】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
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
