光纤波分复用的光传感信号接收端光功率控制方法与流程

本发明属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种用于光纤通信与光纤偏振传感的光纤复用系统中光功率控制方法，具体为光纤波分复用的光传感信号接收端光功率的控制方法。

背景技术：

光波是一种横波，具有偏振特性。光纤内光束的偏振状态对外界形变、振动、温度等变化较为敏感。通过检测光纤内光束偏振状态的变化，可以测定形变、振动、温度等外界环境的变化。

光纤的偏振传感不仅可以用于各类型的安全防范区域的入侵检测，也可用与通信光缆、电力电缆的的偏振敏感量的检测。但是，通信光缆与电力电缆中光纤资源非常宝贵。光纤偏振传感系统在组网需要借用传感用途纤芯来实现传感网络中传感节点的传感数据传输以收集，这需要占用宝贵的光纤资源。如果不单独设置传感用途的光纤，节省出来的光纤闲置纤芯可以用来承载更多的通信任务。

申请号为201310455498.6的中国专利申请《具有通信和传感功能的光纤单元及其制造方法》中提出了“光纤单元”，该单元包括“一根处于中心的紧包光纤传感单元和换向绞合在紧包光纤传感单元上的若干通信用预涂覆光纤及在外松套的光纤单元保护管”。这种光纤单元实质上是由多根不同类型的光纤构成的光缆，包括具有通信功能的光纤和具有传感功能的光纤，从而实现光纤光缆同时具有通信和传感功能。

申请号为201510816255.x的中国专利申请公开了《一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统》，其能在一个光纤网络上实现通信和探测一体化应用，其需要在通信光纤链路上布设光栅传感器，布设光栅传感器会在通信链路上造成插入损耗。

申请号为200580042657.3的中国专利申请公开了《光反射器、光合分波器以及系统》，其中提出了“能够在缓和光滤波器的严密性的同时提高光波长多路复用通信性能的光反射器、光和分波器以及系统”，但是该专利申请的目的是“提高光波长多路复用通信”，其进一步提出了一种特殊的光分合波器的实现形式。波分复用器(简称wdm)常见的有cwdm和dwdm两种，cwdm与dwdm的主要区别在于：相对于dwdm系统中0.2nm到1.2nm的波长间隔而言，cwdm具有更宽的波长间隔，业界通行的标准波长间隔为20nm。该本发明申请实质上是cwdm的一种实现方案，与普通的光分合波器不同。

现有的光纤传感技术一般都使用独立的纤芯资源用作光纤传感，传感网络中传感节点的传感数据只能借用其他的途径来传输与收集，用于传感的纤芯也不用作通用目的光纤通信。这样通信光缆或电力电缆中闲置纤芯的资源就可能难以被充分利用。

将通信光和传感光复合成波分复用的光束可以解决该问题，但是，当传感光为直流传感器光时，直流传感光的信号传输能力对光强非常敏感，此时需要适时调整光强。

因此，需要开发一种光纤波分复用的光传感信号接收端光功率的控制方法。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤波分复用的光传感信号接收端光功率的控制方法，其目的在于，接受并判断直流传感光的光强大小，并根据时长t内的传感光大小发出是否调制光强的指令，由此可以根据实际需要适时调整直流传感光大小，克服了直流传感光的信号传输能力对光强非常敏感的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤波分复用的光传感信号接收端光功率的控制方法，其包括如下步骤：

s1：启动并发出t时长的直流光信号；

s2：接收直流光信号；

s3：判断t时长的直流光信号是否接收完毕，

若接受的直流光信号持续时长为t，则判断t时长的直流光信号接收完毕，跳转至步骤s4，

若接受的直流光信号持续时长小于t，则判断t时长的直流光信号没有接收完毕，跳转至步骤s2；

s4：计算直流光信号的光能量强度在时长t内的平均值；

s5：判断t时长内直流光信号的平均光强是否低于阈值，

若t时长内直流光信号的平均光强低于阈值，则发出提高直流光光强的指令，

若t时长内直流光信号的平均光强大于或者等于阈值，则发出维持直流光光强的指令；

s6：执行指令，实施直流光光强调制。

进一步的，步骤s5中，所述提高直流光光强的指令和所述维持直流光光强的指令为脉冲光强形式的脉冲指令。

进一步的，步骤s1中，以光强调制模块向传感直流光源输入驱动电流，以启动传感直流光源并使传感直流光源发出t时长的直流光信号。

进一步的，步骤s2中，以传感光光强监测模块接收直流光信号。

进一步的，步骤s3中，以传感光光强监测模块判断t时长的直流光信号是否接收完毕。

进一步的，步骤s4中，采用传感光光强监测模块计算直流光信号的光能量强度在时长t内的平均值。

进一步的，步骤s5中，以传感光光强监测模块判断t时长内直流光信号的平均光强是否低于阈值，若t时长内直流光信号的平均光强低于阈值，则传感光光强监测模块发出提高直流光光强的脉冲指令，若t时长内直流光信号的平均光强大于或者等于阈值，则传感光光强监测模块发出维持直流光光强的脉冲指令。

进一步的，步骤s6具体为：将脉冲指令经波分复用通信光纤反向输出至光强调制模块，光强调制模块根据脉冲指令的类型调整输入至传感直流光源的驱动电流，实施直流光光强调制。

进一步的，所述提高直流光光强的脉冲指令用于提高直流光源的驱动电流，所述维持直流光光强的脉冲指令用于保持直流光源的驱动电流大小不变。所述提高直流光光强的脉冲指令为信号1010。维持直流光光强的脉冲指令为信号1100。以上的脉冲指令1010或者1100只是作为一个可能的实施例，作为提高指令或者维持指令，并不限定其为1010或者1100，还可以是其他形式的脉冲指令。

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，能够取得下列有益效果：

本发明中，实时监测直流传感光在t时长内的平均光强，并判断该平均光强是否在阈值内，若不在阈值则进行传感光光强的提高，若大于或者等于阈值，则维持传感光光强不变，这样的方式，可以适时调整传感光光强，克服了直流传感光的信号传输能力对光强非常敏感的问题。

进一步的，提高直流光光强的指令和所述维持直流光光强的指令为脉冲光强形式的脉冲指令，脉冲指令和直流传感光为两种不同信号的光，即便两者是采用相同的光通道进行传输，也有条件保证两者不相干扰，从而保证脉冲指令信号的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中用于光纤通信与光纤偏振传感的光纤复用系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中基于光纤波分复用的光传感信号接收端光功率的远程控制方法的流程示意图。

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。

本发明的一种光纤波分复用的光传感信号接收端光功率的控制方法，其包括如下步骤：

s1：启动并发出t时长的直流光信号；

s2：接收直流光信号；

s3：判断t时长的直流光信号是否接收完毕，

若接受的直流光信号持续时长为t，则判断t时长的直流光信号接收完毕，跳转至步骤s4，

若接受的直流光信号持续时长小于t，则判断t时长的直流光信号没有接收完毕，跳转至步骤s2；

s4：计算直流光信号在时长t内的平均值；

s5：判断t时长内直流光信号的平均光强是否低于阈值，

若t时长内直流光信号的平均光强低于阈值，则发出提高直流光光强的指令，

若t时长内直流光信号的平均光强大于或者等于阈值，则发出维持直流光光强的指令；

s6：执行指令，实施直流光光强调制。

图1是本发明实施例中用于光纤通信与光纤偏振传感的光纤复用系统的结构示意图，该系统中采用本发明的光传感信号接收端光功率的远程控制方法进行直流传感光的光强调制，为了更详细地说明本发明方法，首先介绍该系统的组成以及各个模块的功能。

由图1可知，光纤通信与光纤偏振传感的光纤复用系统包括第一通信光模块、第一光分合波器、第二光分合波器、第二通信光模块、光强调制模块、传感直流光源、第一分光器、第二分光器、传感光光强监测模块、偏振态检偏器、传感光探组、传感信号滤波放大组以及偏振态传感检测模块。

其中，第一通信光模块通过通信光纤和第一光分合波器相连，第一通信光模块用于发出或者接收设定波长(λ1)的通信光信号；所述光强调制模块与所述传感直流光源相连接，所述光强调制模块用于调整输入至传感直流光源的驱动电流，以通过调整驱动电流而达到调整直流传感光输出光功率的目的。所述传感直流光源用于发出设定波长(λ2)的直流传感光，设定波长λ1与设定波长λ2不相重叠。所述光强调制模块和所述传感直流光源同时还通过通信光纤与第一分光器连接，所述第一分光器用于分离入射的光强脉冲与出射的直流传感光。所述第一分光器的还通过通信光纤与所述第一光分合波器连接，所述第一光分合波器用于将两种不同波长(λ1与λ2)的光束合并为同一光束，以生成波分复用光束，并反向将波分复用光束分解为不同波长(λ1与λ2)的两支光束。所述第一光分合波器的通过通信光纤连接所述第二光分合波器，所述第二光分合波器用于将波分复用光束分解为不同波长(λ1与λ2)的两支光束，并反向将两种不同波长(λ1与λ2)的光束合并为同一光束(也即波分复用光束)。所述第二光分合波器连接第二通信光模块，该第二通信光模块用于发出或者接收设定波长(λ1)的通信光信号。所述第二光分合波器的端口(λ2端口)连接第二分光器，所述第二光分合波器的作用是将波分复用光束分解为不同波长(λ1与λ2)的两支光束，并反向将两种不同波长(λ1与λ2)的光束合并为同一光束(波分复用光束)，所述第二分光器作用是反向隔离出射的光强脉冲和向传感光光强监测模块与偏振态检偏器分发入射的直流传感光，所述第二分光器同时连接传感器光监测模块，所述传感器光监测模块用于监测传感光的光强。在传感光光强较弱时，会通过光强脉冲信号告知光强调制模块，使光强调制模块调整驱动电流，驱动电流的大小会使传感直流光源发出的直流传感光光功率随之调整大小。

进一步的，所述第二分光器连接所述偏振态检偏器的输入端，以将携带有偏振信号的偏振态直流传感光输入至偏振态检偏器，所述偏振态检偏器的输出端连接所述传感光探组的输入端，所述传感器光探组的输出端连接所述传感信号滤波放大组的输入端，所述传感信号滤波放大组的输出端连接所述偏振态传感检测模块。所述偏振态检偏器用于检测直流传感光的单个设定偏振角度的偏振光强度或多个设定偏振角的偏振光强度，所述传感光探组用于探测并接受来自所述偏振态检偏器的单个或多个偏振角度的偏振光，并分别将其转化为电流信号，所述传感信号滤波放大组用于对来自所述传感光探组的表示单个或多个偏振角度的偏振光的电压信号，并对其进行信号的滤波放大，以获得波形经过整形的表示单个或多个偏振角度的偏振光的电压信号，所述偏振态传感检测模块用于对所述经过整形的表示单个或多个偏振角度的偏振光的电压信号的变化进行检测分析，以实现偏振传感功能。

其中，所述第一通信光模块与所述第一光分合波器间、所述第一光分合波器与所述第二光分合波器间、所述第二光分合波器与所述第二通信光模块间、所述光强调制模块与所述第一分光器间、所述传感直流光源与所述第一分光器间、所述第一分光器与所第一光分合波器间均以通信光纤相连通，所述第二分光器与所述传感光光强监测模块间以通信光纤相连通。

其中，所述第一光分合波器和所述第二光分合波器的结构相同。所述第一光分合波器和所述第二光分合波器在系统中对称设置。

其中，所述第一分光器分至传感直流光源的光能量比例小于分至光强调制模块的光能量比例,所述第二分光器分至传感光光强监测模块的光能量比例小于分至偏振态检偏器的光能量比例。所述第一通信光模块和所述第二通信光模块的结构完全相同。所述第一分光器的分光比为1:99,所述第二分光器的分光比为1:9。

其中，所述第二分光器与所述偏振态检偏器间、所述偏振态检偏器与所述传感光探组间、所述传感光探组与所述传感信号滤波放大组间、所述传感信号滤波放大组与所述偏振态传感检测模块间均以电路相连通。

其中，可采用光环行器替换所述第一分光器，所述光环行器第一端口与传感直流光源连接，光环行器第二端口第一光分合波器连接，光环行器第三端口与光强调制模块连接，所述光环行器端口走向为第一端口→第二端口→第三端口直至最后一个端口，总之，光在光环行器中以环路形式传输。

其中，所述偏振态检偏器包含单偏振态检偏、双偏振态检偏或多偏振态检偏，如果单偏振态检偏其端口数量为in×1、out×1，如果双偏振态检偏其端口数量为in×1、out×2，如果多偏振态检偏其端口数量为in×1、out×n。

其中，通信光纤也即光纤偏振传感介质。

为了更深入的理解以上系统，下面详细介绍本发明构思的几条核心光路，其具有四条光路，分别为：

第一条为：第一通信光模块→第一光分合波器→第二光分合波器→第二通信光模块，该条光路通过实现光通信功能，通信光在该条光路可双向传输。

第二条光路为：光强调制模块→传感直流光源→第一分光器→第一光分合波器→第二光分合波器→第二分光器→偏振态检偏器→传感光探组→传感信号滤波放大组→偏振态传感检测模块，该条光路以传感直流光实现传感探测功能。传感直流光在该光路上是单向传输，以传感直流光源为起点，以偏振态传感检测模块为终点。

第三条光路为：光强调制模块→传感直流光源→第一分光器→第一光分合波器→第二光分合波器→第二分光器→传感光光强监测模块，该条光路实现传感光直流光光强监测功能。传感直流光在该光路上是单向传输，以传感直流光源为起点，以传感光光强监测模块为终点。

第四条光路为：传感光光强监测模块→第二分光器→第二光分合波器→第一光分合波器→第一分光器→光强调制模块，该条光路以光强脉冲光实现对传感器直流光光功率的调整。光强脉冲光在该光路上是单向传输，以传感光光强监测模块为起点，以光强调制模块为终点。

在以上系统采用本发明的远程控制方法进行直流传感光光强调制时候，其具体实现方法如图2所示，由图2可知，其包括如下步骤：

s1：启动并发出t时长的直流光信号，具体的，以光强调制模块向传感直流光源输入驱动电流，以启动传感直流光源并使传感直流光源发出t时长的直流光信号。

s2：接收直流光信号；具体的，以传感光光强监测模块接收直流光信号。

s3：判断t时长的直流光信号是否接收完毕，若接受的直流光信号持续时长为t，则判断t时长的直流光信号接收完毕，跳转至步骤s4，若接受的直流光信号持续时长小于t，则判断t时长的直流光信号没有接收完毕，跳转至步骤s2，具体的，以传感光光强监测模块判断t时长的直流光信号是否接收完毕。

s4：计算直流光信号在时长t内的平均值；具体的，采用传感光光强监测模块计算直流光信号在时长t内的平均值。

s5：判断t时长内直流光信号的平均光强是否低于阈值，若t时长内直流光信号的平均光强低于阈值，则发出提高直流光光强的指令，若t时长内直流光信号的平均光强大于或者等于阈值，则发出维持直流光光强的指令。具体的，所述提高直流光光强的指令和所述维持直流光光强的指令为脉冲光强形式的脉冲指令，以传感光光强监测模块判断t时长内直流光信号的平均光强是否低于阈值，若t时长内直流光信号的平均光强低于阈值，则传感光光强监测模块发出提高直流光光强的脉冲指令，若t时长内直流光信号的平均光强大于或者等于阈值，则传感光光强监测模块发出维持直流光光强的脉冲指令。其中，提高直流光光强的脉冲指令譬如为信号1010，维持直流光光强的脉冲指令为譬如信号1100。

s6：执行指令，实施直流光光强调制。具体的，将脉冲指令经过第二分光器、第二光分合波器、第一光分合波器、第一分光器输出至光强调制模块，光强调制模块根据脉冲指令的类型调整输入至传感直流光源的驱动电流，实施直流光光强调制。

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。