专利名称：一种对光模块进行自动定标的方法
技术领域：
本发明涉及数字光纤传输系统技术领域，尤其涉及一种对光模块进行自动定标的方法。
背景技术：
光模块输入光功率的监测方法，通常是利用光模块内部光接收器件的光电效应。不同功率的光输入到光接收器件的接收面上时，光接收器件产生相应的光电流，通过光模块内部的转换电路可将此光电流信号采样并转换为电压信号，此电压信号的值与输入光功率的值相对应。
所谓“定标”，就是对光模块监测输出的电信号与其对应的输入光功率之间的关系进行标定，使得通过光模块监测输出的电信号可以准确地获取其对应的输入光功率信息。
通过输入光功率监测电路输出的监测电压得到输入光功率值的一种方式，是获得两者之间的函数关系，根据两者间的函数关系，就可以通过此电压信号得到准确的输入光功率的值。由于光接收器件具有一定的离散性，因此对于每个光接收器件，监测电压信号和输入光功率之间的函数关系是不一样的。这个函数关系通常通过对每一模块的多组输入光功率的监测电压和输入光功率数据进行多项式拟合来近似得到。
通过输入光功率监测电路输出的监测电压得到输入光功率值的另一种方法，是记录在光接收模块输入动态范围内的各功率点所对应的监测电压，如每隔0.25dB记录相应的监测电压值，形成两者的对照表，并将其存储在模块内部的存储器中。在实际使用中，首先采集输入光功率监测电压值，然后通过查找对照表，得到此时所对应的输入光功率值。
由于采用多项式拟合的方法，仅需存储两者之间的对应函数关系，比对照表法对模块内部存储器资源占用较少，而且输入光功率的监测精度要好，所以一般采用多项式拟合方法。
目前，通常采用手动的方法来采集这些数据，如图1所示，是现有的手动定标方式的原理图。标准光源输出的定标光，经过手动可调光衰减器后，通过50/50耦合器分成大小相等的两路光，一路光被送至光接收模块，另一路光被送至光功率计。将光接收模块的光功率监测电压测试点接到万用表，光接收模块所接收的光功率大小则直接从光功率计上读出，对应的输入光功率监测电压用万用表测量。手工调整可调光衰减器的衰减量，记录调整后的光功率计读数和万用表读数，多次重复这一过程，得到足够多的数据。
手工定标的方法采集数据需要耗费大量时间，不利于提高生产效率，降低生产成本。此外，在人工采集记录数据的过程中，容易出错，误差较大，将导致最终的拟合系数不准确。
发明内容
本发明提供了一种对光模块进行自动定标的方法，其目的在于，利用现有的硬件技术，快速、简便、准确地对光模块进行自动定标，实现对光模块的高效调测，彻底改变手动定标方法工作量大、效率低、精度不高的现状。
本发明提供一种对光模块进行自动定标的方法，包括如下步骤(1)对电控可变光衰减器和50/50耦合器进行初始化，并确定自动定标的采样顺序；(2)依据所确定的采样顺序，电控可变光衰减器依次对定标入光进行衰减，经衰减后的定标入光每次都经耦合器分为两束光，在第一束光进入标准光功率探测器后，采集并保存所得输入光功率值，在第二束光进入待定标的光模块后，采集并保存所得监测电压值；(3)分析步骤(2)自动定标采集所得的采样数据，剔除其中的异常数据点；(4)根据最终采样数据，拟合出输入光功率与监测电压之间的函数关系，并将该函数关系保存于待定标的光模块中。
应用本发明的自动定标方法，利用现有硬件技术，通过一个硬件调试平台，能够实现对光模块的光功率的快速、简便、准确的定标，实现对光模块的高效调测，从而大大提高生产效率与产品质量，并有效降低了生产成本，可与其他仪表配合，用于数字光纤通信系统或数字光纤网络中的研发和生产等领域。
图1是背景技术中的手工定标装置示意图；图2是根据本发明实施例的光模块自动定标装置示意图；图3是根据本发明实施例的对光模块自动定标方法的流程图；图4是根据本发明实施例的对光模块进行自动定标的具体实施流程图。
具体实施例方式
下面结合附图及较佳的实施例对本发明所述的自动定标方法进行详细说明。
光模块的输入光功率监测定标，需要通过对多组实验数据进行拟合来得到，为了达到整个光接收动态范围内的准确的输入光功率监测，如光功率监测误差小于正负0.5dB，需要采集大量的数据以保证多项式拟合的精确性。定标过程需要在一种光模块自动定标装置上来完成，如图2所示，是进行光模块自动定标的装置示意图(该装置已经另外申请专利)。
相比于现有的手工定标方式，本发明的自动定标方法，将采用以下环节来保证定标精度1.在硬件方面采用高精度的电控VOA(电控可变光衰减器，Voltage-Controled VariableOptical Attenuators)，电控VOA通过驱动其内部步进电机自动完成调节光衰减量的操作，进而达到自动调节光功率的目的。电控VOA与手动VOA相比具有步长小(0.2dB)、精度高(误差＜0.2dB)的特点。
2.在软件方面主要分三个步骤实现对光模块的自动定标过程1)定标装置的初始化；其中，最重要的是对50/50耦合器进行校准。以往的手工定标，同样需要50/50耦合器，以前需要挑选分光比非常接近50/50的耦合器，才能保证在后面的定标过程中不引入误差，而手动对不理想的50/50耦合器进行校准，因引入误差太大，而通常不能达到精确校准的目的。本发明中，通过上位机控制的自动定标，首先采集一系列不同光功率下的分光比数据，通过上位机的软件计算出校准系数并将其存储起来，以便用该校准系数来保证进入标准PIN的光功率和进入光模块的光功率在上位机“看来”是一致的。
2)功率自动采集；在光功率的全检测范围之内，每隔0.2dB衰减量(现有电控EVOA的最小调节步长)自动采集功率，采样点密度是手动方式下的几十倍。相对手调VOA，EVOA具有更高的调节精度与调节范围，为更准确的拟合函数提供了数据保证。
3)对采集数据进行分析，剔除异常数据点；根据预先确定的合法化原则，剔除采样数据内的异常点，保证拟合数据的准确性。已往手动记录的检测数据，因为检测点较少，可供分析的数据点也少，对数据进行分析的精度偏低，因而不能较准确地剔出异常数据点。
4)数据拟合。
根据最终的采样数据，拟合出输入光功率与监测电压之间的函数关系。通常这个函数关系为一个n次的多项式(通常n＝3)。实践证明3次多项式能够比较精确的拟合出功率与电压之间的函数关系，在采样范围内满足系统对采样精度的要求。如果增加n，则会大大增加采样点数量，从而增加了采样时间，降低了定标效率，所以通常n取3就已足够。
根据图2，定标入光进入电控VOA，主控CPU通过定标板上的电路调节自动VOA的衰减量，VOA衰减后的出光，被分成相等的两束光，分别进入标准PIN管和待定标的光模块。若50/50耦合器的分光比不准，则可以通过预先测得的校准系数，采样时将校准系数考虑进去，对采样得到的数据进行校准。
如图3所示，是本发明所述自动定标方法流程图，包括步骤301对电控可变光衰减器和50/50耦合器进行初始化，并确定自动定标的采样顺序；步骤302依据所确定的采样顺序，电控可变光衰减器依次对定标入光进行衰减，经衰减后的定标入光每次都经耦合器分为两束光，在第一束光进入标准光功率探测器后，采集并保存所得输入光功率值，在第二束光进入待定标的光模块后，采集并保存所得监测电压值；步骤303分析步骤302自动定标采集所得的采样数据，剔除其中的异常数据点；步骤304根据最终采样数据，拟合出输入光功率与监测电压之间的函数关系，并将该函数关系保存于待定标的光模块中。
如图4所示，是根据图3所示的自动定标方法的一个实现光模块自动定标的详细流程图，具体步骤如下CPU通过标准PIN管及其程控放大电路能准确的监测输入光功率，为了避免定标入光过大会对光模块及标准PIN管造成损害，首先将调节VOA的衰减量，将其设为最大值，以保证输入光模块及标准PIN管的光功率小于安全检测功率，获取此时的输入光功率值，同时，CPU也通过精度较高的A/D采样器获得光模块的输入光功率的监测电压。
在接收到上位机开始定标的命令时，根据上位机传来的数据可以确定是待定标模块的类型，判断是对APD(雪崩光电二极管，Avalanche Photo Diode)的光模块，还是PIN的光模块进行定标，从而设定光模块的功率采样范围(对于PIN接收和APD接收的激光器，允许的输入光功率范围不同，PIN在0dbm-21dbm，而APD在-9dbm-31dbm都允许有采样点)。CPU调节VOA减小衰减量，从而增大输入光模块的光功率，再次采样获得光模块的输入光功率的监测电压，以及标准PIN管所得的输入光功率值，这样循环多次，直至光功率大到一定值(仍在允许的功率范围内)，然后再增加VOA衰减量以减小输入光功率，再次循环，得到新的一组数据，这样，通过自动对输入光功率和监测电压采样，得到了一组若干个输入光功率值和对应的监测电压值。
对自动采集所得的这一组数据进行统计分析，根据定义好的合法化条件，对采样数据进行合法化分析。在分析中，自动采用适当的统计方法找出异常点，并将其剔除掉。
然后，可用最小二乘法拟合出输入光功率和对应的监测电压二者之间的关系方程，即两者之间的函数关系，并把方程的系数写入光模块中的EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)。
对于APD接收的激光器使用了一个三阶的多项式进行拟合y＝Ax3+Bx2+Cx+D对于PIN接收类型，由于电压和输入光功率基本上为线性关系，则采用一阶的多项式来进行拟和y＝Cx+D(认为A和B均为0)此后在光模块内的EEPROM里的固定字节写入拟合所得的相应系数A、B、C、D。
此外，CPU在开始调节VOA之前，能监测输入标准PIN的光功率是否满足范围，满足，则继续进行；否则，需要给出输入光功率太大或太小告警。在定标结束之后，还需要把VOA的衰减量调节到最大值，以防止损伤光模块和标准PIN。
如果在自动定标过程中出现错误，则主动向上位机返回失败消息，以告知上位机并提示失败位置。
在自动定标过程中，对50/50耦合器的校准、输入光功率及监测电压的数据采集、和公式拟合都是由上位机的软件自动进行。这样，定标所需时间大大缩短，以前手工定标一个模块需要几十分钟，现在只要不到一分钟就能完成。因整个定标期间不需要人工参与，并且定标精度有明显提高，在检测范围内精度达到0.5dB以上，这在以前采用手动定标时很难实现。
应当理解的是，本发明上述针对具体实施例的描述较为具体，并不能因此而认为本发明专利保护范围的限制，对本领域技术人员来说，可以根据本发明的技术构思作出各种可能的改变或变形，而所有这些改变或变形都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种对光模块进行自动定标的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)对电控可变光衰减器和50/50耦合器进行初始化，并确定自动定标的采样顺序；(2)依据所确定的采样顺序，电控可变光衰减器依次对定标入光进行衰减，经衰减后的定标入光每次都经耦合器分为两束光，第一束光进入标准光功率探测器后，采集并保存所得输入光功率值，第二束光进入待定标的光模块后，采集并保存所得检测电压值；(3)分析步骤(2)中自动定标采集所得的采样数据，剔除其中的异常数据点；(4)根据采样数据，拟合出输入光功率与检测电压之间的函数关系，并将该函数关系保存于待定标的光模块中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括确定电控可变光衰减器的采样步长，并将其衰减量调至最大值，依据待定标光模块的类型，确定定标采样功率范围；利用标准光功率探测器，获取50/50耦合器分光的校准系数；以确定的采样步长，从定标采样功率范围的最小值到最大值再到最小值的顺序进行采样，作为自动定标的采样顺序。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括在开始自动采集之前，监测输入标准光功率探测器的光功率是否满足采样范围，否则发出输入光功率太大或太小告警。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括如果所述50/50耦合器的分光比不为50/50时，所得采样数据需用耦合器分光的校准系数对所得采样数据进行校准。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括依据预先确定的合法化条件分析采样数据，自动采用适当的统计方法找到异常数据点并将其剔除。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括依据采样数据，选择合适的拟合方式，拟合出输入光功率与检测电压间的函数关系；将所得函数关系保存于待定标的光模块的存储器中，所述存储器是电可擦除可编程只读存储器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在自动定标过程中出现错误时，主动向上位机返回失败信息，并提示失败位置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待定标的光模块是雪崩光电二极管型光模块，步骤(4)中采用一个三阶多项式对雪崩光电二极管型光模块的采样数据进行拟合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待定标的光模块是PIN型光模块，步骤(4)中采用一个一阶多项式对PIN型光模块的采样数据进行拟合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中采集并保存输入光功率或/和检测电压的步骤，包括采集标准光功率探测器或/和待定标的光模块的电信号；所述电信号经模数采集后送入程控放大电路进行信号放大；将放大后的信号送入主控CPU，并进而送入上位机；将输入光功率或/和检测电压保存在主控CPU或/和上位机中。
全文摘要
本发明公开了一种对光模块进行自动定标的方法，用以利用现有的硬件技术，自动采集输入光功率及对应监测电压的采样数据，对采样数据分析并剔除异常点后，利用多项式拟合方法拟合出两者的函数关系，将该对应的函数关系保存于光模块中。本发明能够快速、简便、准确地对光模块进行自动定标，实现了对光模块的高效调测，彻底改变手动定标方法工作量大、效率低、精度不高的现状。
文档编号G01M11/00GK1988418SQ200510135029
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者许鹍, 邓烈 申请人:中兴通讯股份有限公司