多通道同时测量光纤参数的光解析方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种多通道同时测量光纤参数的光解析方法，将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波分别作用于多个光电传感元件和光谱分析器，分别获得出射光波的波长和功率数据，然后与入射光波的波长和功率数据进行比较，获得偏差信息，以便于接收机灵敏度和动态范围、光纤衰耗和接头衰耗等多多面的测量和判断。本发明提供的光解析设备，包括CPU模块、光电传感器件、对数放大器、A/D转换器，以及光谱分析器和驱动控制电路。其体积小、重量轻、坚固耐用，适用于DWDM系统的光网络安装、验收及维护。
【专利说明】多通道同时测量光纤参数的光解析方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量光纤参数的方法，尤其涉及一种用于测量光纤参数的光解析方法，便于接收机灵敏度和动态范围、光纤衰耗和接头衰耗等多多面的测量和判断，以及实施该中解析方法的设备，该设备可基于Web网管，对多通道光纤实现同时测量。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的日新月异，Internet继续保持着迅猛的发展势头，人们通过互联网共享信息、传播信息达到了前所未有的繁荣程度。而通过Internet获取远程信息和控制设备，成为了人们又一个追求的目标。嵌入式Web网管技术的发展使实现这样的愿望成为了可能。在嵌入式设备中嵌入Web网管，就可以通过网络远程获取信息和控制设备。
[0003]中国实用新型专利ZL200720076278.2公开了一种光性能检测仪，包括光开关、微处理器、可调滤波器、光分路器件、FP标准具和参考波长激光器。可调滤波器根据不同的电压来控制透过的光波长，将测试光中的一个一个波长提取滤过出来，光分路器件将可调滤波器的提取滤过出来的光信号分成两部分，一部分直接进行测量光功率，另一部分进入FP标准具中进行波长测定。由此使检测仪体积小，同时成本低，可靠性更好，方便在移动和恶劣环境下使用。
[0004]中国发明专利ZL02142768.2公开了一种用于监视波分复用系统中的光信号性能的装置，包括放大的自然发光发射器，产生放大的自然发射到参考光通路；光纤布拉格光栅，仅反射或吸收发射到参考光通路的与反射波长或吸收波长相符的放大的自然发射，发射具有参考波长的放大的自然发射，将预定的反射波长或吸收波长分离地安排在参考光通路上；光开关，输出从主光通路分出的波分复用光信号或包括参考波长的放大的自然发射；可调谐光滤波器，其滤波特性依滤波控制信号变化，经滤波得到光信号由光开关输出，并输出经滤波的光信号；控制器，分析对可调谐光滤波器的输出进行光电转换的光电二极管和其根据预定算法的输出，并基于分析的参考波长测量波分复用光信号的光波长、光功率和光信噪比。
[0005]中国发明专利ZL200410035303.3公开了一种在波分复用无源光网络中跟踪光波长的设备，在波分复用无源光网络中，具有多频光源的中心站通过远程节点中的波分复用多路复用器/多路分解器与多个具有环回光源的光网络单元连接，该光波长跟踪设备包括第一光功率测量器，用于测量从多频光源被送往波分复用多路复用器/多路分解器的、用于多个光网络单元的下行波分复用光信号的功率级；第二光功率测量器，用于测量通过波分复用多路复用器/多路分解器从光网络单元的环回光源收到的上行波分复用光信号的功率级；以及控制单元，用于控制多频光源的波分复用波长与波分复用多路复用器/多路分解器的波分复用波长几乎相等，以便使测量的下行与上行波分复用光信号的功率级之间的差减到最小。
[0006]中国发明专利申请201310169459.X公开了一种用于粗波分复用系统的光功率测量系统，包括解复用器、集成带通滤波器的光探测器、多路模拟开关、放大电路、单片机和显示单元。使用解复用器和集成带通滤波器的光探测器将波长的分路、滤波和探测，多路模拟开关将多路波长探测器连接至放大电路，通过依次开通多路模拟开关的方式对各个波长进行逐个测量。解决了传统光功率计不能对多波长系统进行测量的局限性，实现了对CWDM系统中各波长功率的实时测量。
[0007]密集波分复用(Densewavelength division multiplexing,DWDM)系统是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。该技术能在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。由此，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤总数量。DWDM系统部署在建设或安装阶段时，必须在光纤上进行从头端到最终用户和相反方向的测试。单端测试具有明显优势，测试的目的是完整验证链路，也可以进行实时监视，整个过程离不开光波长和光功率等几个重要参数。比如:接收机灵敏度和动态范围的测量，光纤衰耗、接头衰耗的测量，实际上也是测量光纤两端的光波长和功率等参数。
[0008]DffDM技术的进步，使得信道速率不断提高，系统频率间隔越来越短，容量变得越来越大，系统对波长和功率也变得越来越敏感。为了防止外部环境变化导致波长和功率出现偏差，需要对系统的出光波长和功率进行解析，而需要一种适用于DWDM系统多通道光解析设备。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的在于提供一种多通道同时测量光纤参数的光解析方法，以低成本和高效率的方式对DWDM系统多通道上的光信号进行检测。
[0010]本发明的另一个目的在于提供一种多通道同时测量光纤参数的光解析设备，借助Internet实现以低成本和高效率的方式对DWDM系统多通道上的光信号进行检测和控制。
[0011]本发明提供的一种多通道同时测量光纤参数的光解析方法，其步骤如下:
[0012]将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波分别作用于多个光电传感元件，使各个光电传感元件分别采集一种光信号，将其转换为光电流；然后，将采集的光电流经对数放大器转为电压信号后，将获得的各个出射光波的光功率数据与该种出射光波对应的入射光波的光功率数据进行比较，得出该种光在传输中光功率的偏差值。
[0013]同时，将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波作用于光谱分析器，由光谱分析器根据处理器的指令对输入光的波长进行过滤，然后将所确定的出射光波的波长信号转换为电信号，将获得的各个出射光波的光波长数据与该种出射光波对应的入射光波的光波长数据进行比较，得出该种光在传输中光波长的偏差值。
[0014]在本发明提供的解析方法中，作用于多个光电传感元件和光谱分析器的各个出射光波优先选择经分路器按97: 3进行分路而得的3%的光信号。
[0015]在本发明提供的解析方法中，作为与处理器进行数据交换的必要，所得到相关模拟信号可转换为数字信号或数值化后再输入处理器，便于处理器将获得的信息直接用于人机界面显示和数据处理。
[0016]为配合本发明提供的多通道同时测量光纤参数的光解析方法的实施，需要相应的光解析设备。
[0017]本发明提供的一种多通道同时测量光纤参数的光解析设备，包括:[0018]CPU模块，用于对外部指令或采集的信号进行处理，并输出工作指令。具体的，CPU模块为ARM9嵌入式处理器，其上包括FLASH存储器、SDRAM内存和EEPROM存储器，以及RJ45接口、IXD液晶屏接口、外设I/O、RS232串口、JTAG调试口、USB接口等扩展连接端口。
[0019]光电传感器，包括若干件光电传感元件(如:ro光电二级管)，将采集到的光信号转换为光电流。
[0020]对数放大器，用于将光电传感器输出的光电流转换为电压信号输出，包括若干件
对数放大元件，各个对数放大元件与各个光电传感元件--对应，将接收到的光电流转换
为电压信号输出。
[0021]A/D转换器，与CPU模块连接，用于将对数放大器输出的电压信号实现模数转换。优先选择多通道A/D转换器(如:8通道)。
[0022]为同时实现对光波长和光功率的检测，本发明光解析设备还包括光谱分析器和驱动控制电路。
[0023]光谱分析器，用于对输入光的波长进行过滤和确定，并将光信号转换为电信号，再将电信号转换成数值，传送给CPU模块。
[0024]一种光谱分析器的实施方式，其由可调谐滤波器和波长锁定器组成，可调谐滤波器用于过滤输入光的波长并找出输入光的波长；波长锁定器用于对已知波长的输入光进行精确锁定，并将光信号转换为电信号，再将电信号转换成数值，传送给CPU模块。 [0025]驱动控制电路，分别与光谱分析器和CPU模块连接，用于向光谱分析器供电，以及将Cro模块控制指令输入光谱分析器进行波长分析，或将光谱分析器获得的波长数据向CPU模块输出。
[0026]一种给光谱分析器供电的供电电路、光谱分析器的控制电路以及数据通路组成，用于光谱分析器的供电，光谱分析器的波长过滤和锁定以及与CPU模块之间数值的传输。
[0027]本发明技术方案实现的有益效果:
[0028]本发明提供的光解析方法，将各种光波分别作用于多个光电传感元件和光谱分析器，分别获得出射光波的波长和功率数据，然后与入射光波的波长和功率数据进行比较，以获得的光波长偏差值和光功率偏差值为依据，适于DWDM系统(如:80种光波)的应用，便于接收机灵敏度和动态范围、光纤衰耗和接头衰耗等多多面的测量和判断。
[0029]本发明提供的光解析设备，体积小、重量轻、坚固耐用，适用于DWDM系统的光网络安装、验收及维护。80种预设通道将各个通道间隔缩小为50GHz，实现了通过一台设备对多种波长的集中监控，而且波长检测精度亦提高到了 ±4GHz，很好地满足了系统的性能要求。
[0030]由于普通光解析设备无法同时对波分复用网络上的不同波长的光信号进行分别测量，本发明设备使DWDM系统具备多达80种以上的通道，这些通道上不同波长的光信号实现了在一根光纤上复用，并在各种环境下都能够提供快速、可靠的测量，也使得光解析设备的成本会大大降低。
[0031]本发明提供的光解析设备，通过内置的嵌入式Web服务器，用户还可以通过Internet对DWDM系统的80种通道进行光波长和功率等参数的监控，方便了用户使用，提高了用户工作效率。
【专利附图】
【附图说明】[0032]图1为本发明光解析设备一实施例的结构示意图；
[0033]图2为本发明光解析设备应用于DWDM系统的示意图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
[0035]本发明多通道同时测量光纤参数的光解析方法，是将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波分别作用于多个光电传感元件，使各个光电传感元件采集一种光信号，将其转换为光电流；然后，将采集的光电流经对数放大器转为电压信号后，将获得的各个出射光波的光功率数据与该种出射光波对应的入射光波的光功率数据进行比较，得出该种光在传输中光功率的偏差值；
[0036]同时，将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波作用于光谱分析器，由光谱分析器根据处理器的指令对输入光的波长进行过滤，然后将所确定的出射光波的波长信号转换为电信号，将获得的各个出射光波的光波长数据与该种出射光波对应的入射光波的光波长数据进行比较，得出该种光在传输中光波长的偏差值。
[0037]在DWDM技术中，多种入光波(λ 1、λ 2、λ 3、......、λ 80)经合波器合波归入单一
光纤中传输。因此，在具体应用本发明解析方法的过程中，有必要(但不是必须)采用分波器先从光纤中分解出多种出光波，然后将这些光波作用于光电传感元件和光谱分析器。作为一种更有利于解析的手段，还可以采取将各种出光波分别经分路器按97: 3进行分路，将3%的光信号作为输入光波信号，作用于光电传感元件和光谱分析器。
[0038]为使数据处理更有利，比如采用处理器进行数据交换和处理的必要，有必要(但不是必须)所得到相关模拟信号可转换为数字信号或数值化后再输入处理器，便于处理器将获得的信息直接用于人机界面显示和数据处理。
[0039]为了实施本发明光解析方法，本实施例还提供了一种相关解析设备。如图1所示，该光解析设备包括CPU模块1、光电传感器件2、对数放大器3、A/D转换器4、光谱分析器5和驱动控制电路6。
[0040]为便于在多种光波检测应用，本实施例光解析设备的光电传感器件2米用80件InGaAs光电二极管(光功率检测范围为O?_80dBm)提供80种光波通道，对数放大器3也同时采用了 80件AD8310型对数放大元件与H)光电二级管一一对应并读取输出的光电流，转换为电压信号输出至A/D转换器4。A/D转换器4由10片MAX1202型8通道A/D转换元件组成，各片A/D转换元件分别与8件AD8310型对数放大元件连接。
[0041]CPU模块为ARM9嵌入式处理器系统，采用ATMEL公司的AT91SAM9261处理器，总共设有217个引脚，能同时连接10片MAX1202型8通道A/D转换元件。此外，其上还集成了FLASH存储器、SDRAM内存和EEPROM存储器。FLASH存储器存放原始程序，SDRAM存放运行的程序和数据，EEPROM保存系统重要信息。为了提高设备与外部设备的数据交换和远程控制等方面的应用，还设有多种外设接口，如:RJ45接口、IXD液晶屏接口、外设I/0、RS232串口、JTAG调试口和USB接口等。通过RJ45 口和嵌入式网管进行通信，实现与主机Web网管进行通信。主机调试软件通过RS232串口控制。IXD液晶屏接口外接人机界面(如:IXD液晶屏)，显示ARM9嵌入式处理器将检测到的波长数据。外设I/O控制和读取各片A/D转换元件的输出数据。
[0042]光谱分析器由可调谐滤波器和波长锁定器组成，可调谐滤波器采用光库公司的F-P可调光纤滤波器，工作带宽:C、L波段，波长可调范围>80nm，具有体积小、扫描速度快，热稳定性好、插入损耗低和稳定可靠的特点。波长锁定器采用昂纳公司的波长锁定器，通道间隔可达25GHz，波长可调范围>100nm，精度±1.25GHz，具有通用性好、温度稳定性好和锁定精度高的特点。
[0043]驱动控制电路由给光谱分析器供电的供电电路、光谱分析器的控制电路以及数据通路组成，本发明采用的是AD公司的0P27集成电路。其首先对光谱分析器进行供电，其次CPU模块通过I/O端口控制，将过滤和锁定所需波长的指令传送给光谱分析器，光谱分析器根据指令过滤和锁定所需波长，并将转换后的数值再传送给CPU模块。
[0044]本实施例的光解析设备使DWDM系统具备多达80种以上的通道，这些通道上不同波长的光信号实现了在一根光纤上复用，并在各种环境下都能够提供快速、可靠的测量，也使得光解析设备的成本会大大降低。以单向传输系统为例，如图2所示，多种入光波(λ 1、
入2、λ 3、......、λ 80)经合波器合波归入单一光纤中传输,在另一端再经分波器再分解为
多种出光波，各种出光波分别经分路器按97: 3进行分路，将3%的光信号作为光解析设备的输入光波信号，各个光电二极管(H)管1、……、ro管80)将所采集的光信号转换为光电流。结合图1，获得的光电流再由各个对数放大元件转换为电压信号输出，经模数转换后输入ARM9嵌入式处理 器系统，由该处理器将相关数据直接显示于外接设备(如:IXD液晶屏)，技术人员就能了解到经分波器分解的各种出光波的波长和功率参数，并与入光波进行比对后，就能直观判断各种光波是否存在出现偏差的情形，从而指导技术人员查找并解决所产生的偏差的问题。
【权利要求】
1.一种多通道同时测量光纤参数的光解析方法，其步骤如下: 将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波分别作用于多个光电传感元件，使各个所述的光电传感元件分别采集一种光信号，将其转换为光电流；然后，将采集的光电流经对数放大器转为电压信号后，将获得的各个出射光波的光功率数据与该种出射光波对应的入射光波的光功率数据进行比较，得出该种光在传输中光功率的偏差值； 同时，将分波器从单个光纤中分离获得的多种出射光波作用于光谱分析器，由所述的光谱分析器根据处理器的指令对输入光的波长进行过滤，然后将所确定的出射光波的波长信号转换为电信号，将获得的各个出射光波的光波长数据与该种出射光波对应的入射光波的光波长数据进行比较，得出该种光在传输中光波长的偏差值。
2.根据权利要求1所述的多通道同时测量光纤参数的光解析方法，其特征在于所述的作用于多个光电传感元件和光谱分析器的各个出射光波是经分路器按97: 3进行分路而得的3%的光信号。
3.一种用于权利要求1所述的多通道同时测量光纤参数的光解析方法的设备，其特征在于包括 CPU模块，用于对外部指令或采集的信号进行处理，并输出工作指令； 光电传感器，包括若干件光电传感元件，将采集到的光信号转换为光电流； 对数放大器，包括若干件对数放大元件，各件所述的对数放大元件与各件所述的光电传感元件一一对应，将接收到的光电流转换为电压信号输出； A/D转换器，与所述的CPU模块连接，用于将所述的对数放大器输出的电压信号实现模数转换； 光谱分析器，用于对输入光的波长进行过滤和确定，并将光信号转换为电信号，再将电信号转换成数值，传送给所述的CPU模块； 驱动控制电路，分别与所述的光谱分析器和所述的CPU模块连接，用于向所述的光谱分析器供电，以及将所述的CPU模块控制指令输入所述的光谱分析器进行波长分析，或将所述的光谱分析器获得的波长数据向CPU模块输出。
4.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的光电传感元件为80件,所述的对数放大元件为80件。
5.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的光电传感兀件为InGaAs光电二极管。
6.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的A/D转换元件为MAX1202型8通道A/D转换元件。
7.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的CPU模块为AT91SAM9261处理器，总共设有217个引脚。
8.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的CPU模块还包括FLASH存储器、SDRAM内存和EEPROM存储器，以及RJ45接口、IXD液晶屏接口、外设I/O、RS232串口、JTAG调试口和USB接口之一种或几种。
9.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的光谱分析器由可调谐滤波器和波长锁定器组成。
10.根据权利要求3所述的多通道同时测量光纤参数的光解析设备，其特征在于所述的驱动控制电路包括 供电电路，对所述的光谱分析器进行供电； 光谱分析器的控制电路，用于将过滤和锁定所需波长的指令传送给所述的光谱分析器；以及 数据通路，将所述 的光谱分析器过滤和锁定的波长转换后的数值再传送给CPU模块。
【文档编号】H04B10/079GK103973364SQ201410208239
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】魏宏刚, 李宏鸣, 贾小涛 申请人:上海鼎频通信技术有限公司