一种用于光纤振动传感的光功率控制方法与装置与流程

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种用于光纤振动传感的光功率控制方法与装置。

背景技术：

在一般光纤振动传感系统中，一般采用固定出射光光功率的设计。采用固定的出射光光功率可以保证光源输出功率稳定。但是，在光纤振动传感系统的安装部署过程中，传感光纤不同的耦合形式以及传感光纤的长度，都会造成光信号在光纤链路中不同程度的损耗。这样即便是出射光功率完全相同的两套光纤振动传感设备，在不同的安装部署环境中也很难得到相同的入射(接收)光功率。

接收光功率是光纤振动传感系统中一个用于检测振动发生与否的重要参考量。这一参考量发生变化可能造成多种问题：1、光功率大于光探测器探测范围或光功率低于光探测器探测范围；2、光功率发生变化影响振动检测中振动强度的判定结果；3、光功率不同使得不同的光纤振动检测系统可能得到不一致的振动检测结果。

为了满足远距离的传感需求，这些光纤振动传感系统往往采用较大的光功率，并在光探测器后端采用多级放大器来适应不同安装环境中的光功率损耗。但在一些低成本光纤传感系统中，多级放大部件的成本过高。所以需要一种相对简易的方案使得低成本振动传感系统即可在光探测器端获得相对稳定的接收光功率。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于光纤振动传感的光功率控制方法和装置，其目的在于提供一种在低成本振动传感系统中可在光信号接收端获得相对稳定的接收光功率的方法，由此解决现有技术中低成本振动传感系统中无法在光探测器端获得相对稳定的接收光功率的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于光纤振动传感的光功率控制方法，所述方法包括：

步骤一：获取接收端光功率；

步骤二：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤一；

步骤四：光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

步骤五：判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

步骤八：光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

本发明的一个实施例中，在所述步骤二与步骤四之间还包括：

步骤三：保存所述接收端光功率作为调节前接收端光功率；

所述步骤二为：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤三，如果否则转步骤一；

在所述步骤五与步骤八之间还包括：

步骤六：获取接收端光功率，作为调节后接收端光功率；

步骤七：判断调节后接收端光功率是否小于调节前接收端光功率，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

所述步骤五为：判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤六。

本发明的一个实施例中，在所述步骤二与步骤四之间还包括：

步骤零：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值的预设比例，如果否则转步骤零，如果是则转步骤四；

所述步骤二为：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤零。

本发明的一个实施例中，在所述步骤二与步骤四之间还包括：

步骤零：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值的预设比例，如果否则转步骤零，如果是则转步骤三；

所述步骤二为：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤三，如果否则转步骤零。

本发明的一个实施例中，在所述步骤四与步骤六之间，间隔预设时间长度。

本发明的一个实施例中，所述预设时间长度的取值范围为10s-30min。

本发明的一个实施例中，所述预设时间长度的取值为15min。

本发明的一个实施例中，所述第一预设调节步长和第二预设调节步长为1。

本发明的一个实施例中，所述步骤零中的预设比例为30-90％。

按照本发明的另一方面，还提供了一种用于光纤振动传感的接收端光功率控制装置，所述装置包括阈值判定器和光功率调节模块，所述阈值判定器与所述光功率调节模块通信连接，所述阈值判定器用于执行如下动作：

步骤一、获取接收端光功率；

步骤二、判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤一；

步骤四、控制所述光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

步骤五、判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

步骤八、控制所述光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

按照本发明的另一方面，还提供了一种用于光纤振动传感的接收端光功率控制装置，所述装置包括：

存储器，用于存储一个或一个以上的程序；

处理器，用于执行所述一个或一个以上的程序；所述程序用于执行上述光功率控制的方法步骤。

本发明的一个实施例中，所述启动光功率调节的预设比例为30％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明提供的用于光纤振动传感的接收端光功率控制方法，通过获得光源发出的光信号的强度，并判断所述光强是否低于预设正常光功率阈值，如果是则增大光功率调节模块的现值，通过光功率调节模块调节光源的驱动电流，以增大光源的出射光光功率，从而保证接收端光功率的相对稳定；该方法可以用于低成本光纤振动传感系统以校准接收光功率；且可降低光功率强度的变化给光纤振动检测精度与一致性带来的负面影响；提供了一种在低成本振动传感系统中在光信号接收端获得相对稳定的接收光功率的方案；并且，还通过监测光源的驱动电流，在光源的驱动电流超过其正常工作电流上限时通过光功率调节模块对光源的驱动电流进行回调，即减小光源的驱动电流；从而可以保护光源的驱动电流调节不会超过光源的正常工作电流上限，在传感光纤链路尚未连接完成或其他极端情形下防止光源工作状态不稳定或寿命缩短甚至报废；

(2)本发明提供的用于光纤振动传感的接收端光功率控制方法，在提升驱动电流的过程中，通过记录驱动电流提升前的接收光功率，将驱动电流提升后的接收光功率与提升前接收光功率比较，确定驱动电流提升操作是否回滚；可以降低温度对驱动电流提升效果的负面影响；

(3)本发明提供的用于光纤振动传感的接收端光功率控制方法，在光功率低于正常光功时启动步进式光功率调整程序，步进调节光功率时主动迟滞了步进间隔时间，从而降低了功率调整的频率，避免了频繁调整光功率引入的噪声；同时小的步进保证了功率调整到正常光功率的精度；

(4)本发明提供的用于光纤振动传感的接收端光功率控制方法，在接收到的光强值低于设定阈值的预设比例时启动光功率调节，可以避免频繁启动调节造成光功率波动。

附图说明

图1是本发明实施例中一种用于光纤振动传感的光功率控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种用于光纤振动传感的光功率控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中另一种用于光纤振动传感的光功率控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中另一种用于光纤振动传感的光功率控制方法的流程示意图；

图5是本发明实施例中另一种用于光纤振动传感的光功率控制方法的流程示意图；

图6是本发明实施例中另一种用于光纤振动传感的光功率控制装置的结构示意图；

图7是本发明实施例中另一种用于光纤振动传感的光功率控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，为本发明实施例中一种用于光纤振动传感的光功率控制装置的结构示意图，光源的光出射端口通过振动传感光纤与分光器相连，分光器将所述光源的出射光至少分为两条分光支路，其中所述分光器的第一分光支路与光纤振动传感检测器光路相连，所述分光器的第二分光支路与所述光探测器光路相连；所述光探测器的输出与放大器的输入相连，所述光探测器用于检测所述第二分光支路的光信号强度，并将所述光信号强度转换为光强模拟电信号；所述放大器的输出与所述模数转换器的输入相连，所述放大器用于放大所述光强模拟电信号，使放大后的光强模拟电信号的电压强度处于模数转换器的电压测量范围内；所述模数转换器的输出与所述阈值判定器的输入相连，所述模数转换器用于将所述放大后的光强模拟电信号转换为用于表示光强的数字信号；所述阈值判定器的输出与所述光功率调节模块的输入相连，所述阈值判定器用于判断所述用于表示光强的数字信号与设定光强阈值的大小关系，并根据所述光信号强度与设定光强阈值的大小关系调节其输出的调节数字；所述光功率调节模块的输出与所述驱动电路模块相连，所述光功率调节模块用于将所述调节数字转换成模拟信号；所述驱动电路模块的输出与所述光源相连，所述驱动电路模块用于根据所述模拟信号调节所述光源的电压或电流强度从而调节光源的输出光功率。

另外，所述光功率控制装置还包括驱动电流监测模块，所述驱动电流监测模块的输入与所述驱动电路模块相连，所述驱动电流监测模块的输出与所述阈值判定器相连；所述驱动电流监测模块用于通过所述驱动电路模块获取所述光源的驱动电流，所述阈值判定器用于判断所述驱动电路模块输出的驱动电流是否大于所述光源的额定驱动电流，如果是则减小所述阈值判定器的输出调节数字。

进一步地，结合上述光功率控制装置，如图2所示，为本发明实施例中一种用于光纤振动传感的光功率控制方法的流程示意图，所述方法包括：

步骤一：获取接收端光功率；

所述接收端光功率是在振动传感光纤的光出射端获取的，通常是通过光探测器获取光强的模拟电信号，并经过放大和模数转化形成表示光强的数字信号；

步骤二：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤一；

为了实现输出端光功率的相对稳定，本发明实施例提供的方法需要设定一个预设正常光功率阈值，在接收端光功率低于预设正常光功率阈值时，需要对光源的输出光功率进行上调操作，而当接收端光功率略大于或等于预设正常光功率阈值时，则认为接收端功率正常；直到接收端光功率再次低于预设正常光功率阈值时，再次启动上调操作；

步骤四：光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

进行上调操作的具体实现手段为通过调节光功率调节模块的现值来实现，其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；当光功率调节模块的现值增大时，则光源的驱动电流也相应的会被上调；当光功率调节模块的现值减小时，则光源的驱动电流也相应的会被下调；本步骤中需要对光源的驱动电流进行上调，所以要增大光功率调节模块的现值；

具体地在调节时，可以通过现值增加第一预设调节步长的方式实现，所述第一预设调节步长为预设值，可以根据调节精度来确定；例如可以为1或2，或其他值；

另外，在调节过程中，所述第一预设调节步长也可以是变化的，例如当所述接收端光功率低于设定光强阈值较多时，所述第一预设调节步长可以取值稍大(即调节步长较大)，当所述接收端光功率接近设定光强阈值较多时，所述第一预设调节步长可以取值较小，使整个调节过程先快后慢，在保证调节速度的前提下也能保证调节精度，不至于使得某次的调节结果超出设定光强阈值太多；

步骤五：步骤五：判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

如果光源的驱动电流超出光源的额定驱动电流，则可能造成光源的损坏，所以在驱动电流的上调过程中需要保证不超过光源的额定驱动电流；

步骤八：光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

如果光源的驱动电流超出了光源的额定驱动电流，则需要对光源的驱动电流进行下调操作；

具体地在调节时，可以通过现值减小第二预设调节步长的方式实现，所述第二预设调节步长为预设值，可以根据调节精度来确定；例如可以为1或2，或其他值；

另外，在调节过程中，所述第二预设调节步长也可以是变化的，例如当光源的驱动电流超出光源的额定驱动电流较多时，所述第二预设调节步长可以取值稍大(即调节步长较大)，当光源的驱动电流接近光源的额定驱动电流时，所述第一预设调节步长可以取值较小，使整个调节过程先快后慢，在保证调节速度的前提下也能保证调节精度。

进一步地，光源在工作的过程中会发热，由于散热条件的限制可能会有热能的蓄积。正是由于温度因素的影响，光源的功率和驱动电流只在一定的温度范围内呈现正向关系。在一些散热受限的环境里，驱动电流上升到某个值时，光源功率可能开始下降。为保证光源功率调节的有效性，需要对这种特殊变化进行侦测，并采取驱动电流的回调操作。为了实现上述目的，如图3所示，本发明提供了另一种用于光纤振动传感的光功率控制方法，与图2所示的方法相比，在进行电流上调的过程中，增加了光源功率下降的判断，具体地所述方法包括：

步骤一：获取接收端光功率；

步骤二：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤三，如果否则转步骤一；

步骤三：保存所述接收端光功率作为调节前接收端光功率；

为了在驱动电流上调过程中，判断接收端光功率是否会下降，需要在上调之前保存调节前接收端光功率，以便于在上调之后进行比较；

步骤四：光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

步骤五：判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤六；

步骤六：获取接收端光功率，作为调节后接收端光功率；

步骤七：判断调节后接收端光功率是否小于调节前接收端光功率，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

在驱动电流上升的过程中，可以在调节光功率之前存储调节前接收端光功率，并在调节后获取调节后接收端光功率，如果调节后接收端光功率小于调节前接收端光功率，则可认为光源的功率和驱动电流已经进入了负向关系的区间内，需要对驱动电流进行回调操作，此时可转步骤八，减小光功率调节模块的现值，从而通过光功率调节模块减小所述驱动电路模块的驱动电流。如果调节后接收端光功率小于调节前接收端光功率，则转步骤一；

步骤八：光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

进一步地，驱动电流上调引起的光源光功率输出需要有一个时间过程，所以在执行本次上调动作之后要间隔一段时间再采集接收端光功率，即步骤六与步骤三之间需要间隔一个预设时间长度。该预设时间长度可根据实际需要确定。通常地，所述预设时间长度的取值范围为10s-30min，优选15min。

进一步地，因为光纤传感链路的光功率总体呈现衰减趋势，且短时来看光功率相对比较稳定。所以光功率调节为向更高光功率方向调节。为避免频繁启动调节造成光功率波动，实施中启动光功率调节的时机可设定一预设比例，只有当接收端光功率低于预设正常光功率阈值的预设比例时，才启动正向调节。

为了实现上述目的，如图4所示，本发明提供了另一种用于光纤振动传感的光功率控制方法，与图2所示的方法相比，当通过上调驱动电流使接收端光功率等于或高于设定预设正常光功率阈值时，则进行接收端光功率下跌判断，只有当接收端光功率低于预设正常光功率阈值的预设比例时，才启动正向调节。

如图4所示，所述光功率控制方法包括：

步骤一：获取接收端光功率；

步骤二：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤零；

步骤零：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值的预设比例，如果否则转步骤零，如果是则转步骤四；

具体地，所述预设比例的取值可以根据需要确认，例如通常的取值范围为30-90％；

步骤四：光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

步骤五：判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

步骤八：光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

需要说明的是，上述进行接收端光功率下跌判断，只有当接收端光功率低于预设正常光功率阈值的预设比例时才启动正向调节的操作，可以与图2所示的方法组合，也可以与图3所示的方法组合。即光源的驱动电流的正向调节、负向调节以及启动控制可以根据需要任意组合。

进一步地，如图5所示，本发明提供了另一种用于光纤振动传感的光功率控制方法，该控制方法里包含了光源的驱动电流的正向调节、负向调节以及启动控制，所述方法包括：

步骤一：获取接收端光功率；

步骤二：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤零；

步骤零：判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值的预设比例，如果否则转步骤零，如果是则转步骤三；

步骤三：保存所述接收端光功率作为调节前接收端光功率；

步骤四：光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

步骤五：判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限。如果是则转步骤八，如果否则转步骤六；

步骤六：获取接收端光功率，作为调节后接收端光功率；

步骤七：判断调节后接收端光功率是否小于调节前接收端光功率，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

步骤八：光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

进一步地，如图6所示，本发明还提供了一种用于光纤振动传感的接收端光功率控制装置，所述装置包括阈值判定器和光功率调节模块，所述阈值判定器与所述光功率调节模块通信连接，所述阈值判定器用于执行如下动作：

步骤一、获取接收端光功率；

步骤二、判断接收端光功率是否低于预设正常光功率阈值，如果是则转步骤四，如果否则转步骤一；

步骤四、控制所述光功率调节模块的现值增加第一预设调节步长；其中所述光功率调节模块的现值用于调节光源的驱动电流；

步骤五、判断所述光源的驱动电流是否超过光源的额定工作电流上限，如果是则转步骤八，如果否则转步骤一；

步骤八、控制所述光功率调节模块现值减小第二预设调节步长，并转步骤一。

进一步地，如图7所示，本发明还提供了一种一种用于光纤振动传感的接收端光功率控制装置，其特征在于，所述装置包括：

存储器，用于存储一个或一个以上的程序；

处理器，用于执行所述一个或一个以上的程序；所述程序用于执行上述光功率控制的方法步骤。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。