光功率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种对数比放大电路和软件相结合的光功率测量方法。其测量过程是：根据测量系统中的对数比放大电路构建光功率计算公式为Ｐ＝Ｋ↓［３］β＋Ｃ↓［３］；根据被测光源信号波长配置ＡＤ转换器；将被测光源与光端连接，取光端接收到的信号，并经过光电转换和对数放大后，进入ＡＤ转换器循环读入Ｎ次数据，求出这Ｎ个转换值的平均值β；判断β的值是否超出量程，若超出量程则结束测量，若符合量程则将当前正在测量光源的按标准光源的功率分段；将β值与标准光源边界值进行比较，根据β所在位置选择相应Ｋ↓［３］和Ｃ↓［３］；将已经确定的β、Ｋ↓［３］和Ｃ↓［３］值代入光功率计算公式，获得被测信号的功率值Ｐ。本发明专利技术具有比现有光功率测量方法过程简单，测量动态范围大，精度高的优点，用于对光纤通信中的光功率测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信测量领域，具体地说是一种光功率的测量方法，可用于光功 率计测量仪器中。
技术介绍
一般光功率计测量的原理如图1所示光探测二极管PIN完成光信号到电信号的 转换，即当被测光照射到PIN上时，输入的光信号转换成相应的电信号；由于输入的 电信号非常微弱，通过线性放大器完成电信号放大；模数转换器ADC把电信号转换 成数字信号，便于数字处理和光功率值的计算；控制器通过选择不同电阻值来切换光功率测量量程。通常情况下，要求光功率计测量有很大的动态范围，采用线性放大器时，输出的 电压信号将远远超出了 ADC的输入范围。因此，需要对输入的信号进行分段放大， 在小信号时采用大的放大增益，在大信号时采用小的放大增益，这样使放大器的输出 电压保持在要求的范围之内。具体是在同一波段内，要通过选择器，改变电阻值来改变放大器的增益。所以采用这种方法设计的光功率计有以下限制首先，由于采用线 性放大器，光功率计测量动态范围小；其次，要求使用高精密电阻来控制放大增益； 再次，要进行量程切换，存在换档误差；最后，需进行对数运算和量程切换处理，软 硬件复杂。而一般采用对数放大器的，虽然不用量程切换就可以获得 大的动态范围，但光功率值计算公式和校正比较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有测量方法中光功率值计算公式和校正比较复杂，精度 不高的缺陷，提出一种以对数比放大电路和软件算法相结合的。 实现本专利技术目的的技术方案包括如下步骤1)根据测量系统构建光功率计算公式为 其中，^和C3为每一功率值分段内两个不同的常数，^由测量系统中对数放大器的增益决定，q由测量系统中对数放大器的动态范围决定； 〃为被测光源的AD转换 的平均值；2) 通过键盘选择被测光源信号波长，将载有被测光源的光纤与光端连接；3) 根据选择的波长配置AD转换器，读取光端接收到的光源信号，并依次经过 光电转换和对数放大后进入AD转换器；4) AD转换器循环读入N次数据NMO，获得N个AD转换值，并求出这些转换值的平均值-;5) 判断/ 的值是否超出量程，若超出量程则通过OLED提示，结束测量；若符 合量程要求则进行下一步；6) 将当前正在测量光源的波长按标准光源的功率分段，每一段功率对应一个《3和C3;7) 将/H直与标准光源边界值进行比较，判断-在所属功率分段的位置，根据p所 在位置选择相应&和q;8) 将已经确定的/ 、《3和q值代入光功率计算公式，获得被测信号的功率值P，并将该功率值送OLED显示。上述测量方法，其中所述的构建光功率计算公式的步骤如下<1>首先根据对数放大器的输入和输出关系得到对数放大器的输出电压乙/7+ K肝x(1)肿凡/^是光电二极管输出的电流；^是光电二极管截止电流；/9是光电二极管的响 应度，/^是输入的光功率值；电阻R,， RA和Re以及参考电压Vy， V^p均为所选 对数放大器的确定参数，为常数。<2>对(1)式进行化简:6此处&和C,均为常数，由芯片外部所接电阻网络决定 化简(1)式为、尸Z)/7<3>对(2)式进行化简 令A,』z化简(2)式为:(2)_P = d,., +c，(3)式中《2和C2是常数，所以放大器输出电压值r。，,,和被测功率值P (以dBm表示)就成为简单的线性对应关系。这样避免了繁琐的对数运算，使得后继的程序处理 和结果计算就变得简单了。<4>对(3)进行代换将F。w, = o"/ 代入(3 )式，其中/ 是AD转换值的十进制表示，ex是ADC最小量化间隔，得同时令K,CT二K, ， C2=C3得最终光功率计算公式(4)从(4)式可知，利用AD转换值y9就可以直接计算出光功率值。 本专利技术与现有技术相比具有的优点1.本专利技术的测试系统由于采用对数比放大器，因而动态范围大，光功率计算和校正简单，测量精度高，而传统的测试系统采用线性放大器或者对数放大器，需要通 过硬件电路进行量程转换，存在切换误差。2. 本专利技术的测试方法由于构建了光功率计算并校正了其中的相关参数，因而对 于光功率值的计算只需确定输入信号的AD转换值的平均值^及其所在的分段，便可 根据公式尸=尺3/9 + 03得到被测信号的光功率值；同时由于在光功率校正时，只需输 入标准信号，便可通过软件实现光功率的全自动校正。3. 本专利技术由于在计算输入光信号的AD转换值的平均值"时，采用N次采样求 平均的方法，使计算的y9值更加接近实际，从而提高了测量精度。4. 本专利技术由于在计算光功率时，对每一波长的光功率值进行了分段，每一分段 对应一组13和C3值，分段的间距越小，在该分段内的尺3和C3的实际值越接近于常数， 使得测量的准确度得到很大提高。附图说明图1是采用传统线性放大器的光功率测量系统示意图； 图2是本专利技术光功率测量系统的硬件实现示意框图； 图3是本专利技术测量系统的采用的对数比放大器原理框图； 图4是本专利技术光功率测量程序流程图； 图5是本专利技术光功率校正程序流程图。 具体实施例方式参照图2，为本专利技术的测试系统，主要包括光电转换器、对数比放大器、内嵌 16bitAD转换的C8051单片机、光功率OLED显示和键盘。其中光电转换器，为PIN光电二极管，它覆盖整个光功率测量常用的波长范围0.65 1.65pm，具有响应速度快，受温度影响小等优点，经过光电二极管完成光信号到电流 信号的转换。表1为光电二极管在25'C下的响应度。表1光电二二极管的响应度光波长(nm)响应度(A/W)85020.201310》0.80155020.85对数比放大器，其工作电压为3-5.5V，是一款动态范围很大的对数比放大器，包8含有光电二极管接口，对数比放大电路，温度补偿电路，以及线性放大电路。如图3 所示，光电二极管的输出电流IpD作为对数比放大器的输入，该电流信号先经过对数比放大，对小信号放大倍数大，大信号放大倍数小；再经过温度补偿电路，提高转换 精度;最后输入线性运算放大器以保证输出的信号满足AD转换器对输入信号的要求， 线性运算放大器作为缓冲级调节这一信号以便最大限度的利用16bitAD转换的精度。参照图3，本专利技术的测试步骤如下步骤l，根据测量系统构建光功率公式 1)由对数放大器的输入和输出关系得到对数比放大器的输出电压log10厶+ 7膨x(1)其中/^是光电二极管输出的电流；^是光电二极管截止电流；p是光电二极管的响 应度，i^是输入的光功率值；电阻R.， F^和RB以及参考电压VY， V^p均为所选对数比放大器的确定参数，为常数。2)对(1)式进行化简:令此处&和q均为常数，对数比放大器内部所接电阻网络决定。化简(1)式为 c 、3)对(2)式进行化简+ C'(2)10令 P = 101og1Q&D， K2=7T ' C2=101og尺,化简(2)式为(3)式中^和C2是常数，所以放大器输出电压值J^,和被测功率值尸(以dBm表示)就成为简单的线性对应关系。这样避免了繁琐的对数运算，使得后继的程序处理 和结果计算就变得简单了；4)对(3)进行代换得到最终光功率计算公式 将= ^代入(3 )式，其中"是AD转换值的平均值，CT是AD转换器最小量化间隔，得同时令本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光功率测量方法，包括如下步骤：　１）根据测量系统构建光功率计算公式为：　Ｐ＝Ｋ↓［３］β＋Ｃ↓［３］　式中，Ｋ↓［３］和Ｃ↓［３］为每一功率值分段内两个不同的常数，Ｋ↓［３］由测量系统中对数放大器的增益决定，Ｃ↓［３］ 由测量系统中对数放大器的动态范围决定；β为被测光源的ＡＤ转换的平均值；　２）通过键盘选择被测光源信号波长，将载有被测光源的光纤与光端连接；　３）根据选择的波长配置ＡＤ转换器，读取光端接收到的光源信号，并依次经过光电转换和对数放大 后进入ＡＤ转换器；　４）ＡＤ转换器循环读入Ｎ次数据Ｎ＞１０，获得Ｎ个ＡＤ转换值，并求出这些转换值的平均值β；　５）判断β的值是否超出量程，若超出量程则通过ＯＬＥＤ提示，结束测量；若符合量程要求则进行下一步；　６）将当前正在 测量光源的波长按标准光源的功率分段，每一段功率对应一个Ｋ↓［３］和Ｃ↓［３］；　７）将β值与标准光源边界值进行比较，判断β在所属功率分段的位置，根据β所在位置选择相应Ｋ↓［３］和Ｃ↓［３］；　８）将已经确定的β、Ｋ↓［３］和Ｃ↓ ［３］值代入光功率计算公式，获得被测信号的功率值Ｐ，并将该功率值送ＯＬＥＤ显示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭万里，李兵兵，孟波，岳攀，沈晓菲，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]