一种应用于双向光纤传输系统的光信号检测装置的制作方法

1.本发明属于光纤传输系统光检测技术领域，涉及一种传输距离远、能够动态实时检测双向传输系统光信号的检测装置，尤其涉及内置sff-8472协议标准的光模块所构建的双向光纤传输系统的光信号检测装置。


背景技术：

2.双向光纤传输系统通过在光纤两侧分别建立第一光端机或第二光端机，并通过内部发射不同波长的光信号，接收来自对侧第二光端机或第一光端机的光信号，其光信号中带有传输数据信息，从而实现数据的双向传输。双向光纤传输系统利用了光纤重量轻、传输距离长、抗干扰能力强等优点广泛地应用在各种光纤传输系统中。
3.双向光纤传输系统内部传输信号为光信号，光信号传输质量直接决定了传输系统的可靠性。同时，双向光纤传输系统集合了光器件、电子元器件，通过对光信号的检测能够及时、准确定位故障问题，所以，对光信号的检测显得尤为重要，并且对传输信道的故障判断具有极大的帮助意义。在现有的双向光纤传输系统光信号检测方法中，绝大部分采用对主光路的光信号进行适当比例分光，用分到的光进行检测。此种检测方法对主光路光信号造成了一定的功率损失，特别不适合当主光路中光信号功率值过低或不易提取出光信号的双向光纤传输系统。
4.公开号为cn103438995的中国专利申请提出了一种多通道光功率自动监测技术方案。该专利通过硬件和软件设计，有效地解决了多芯光缆以及多路分支器件的机械和环境试验的自动监测问题，但该方案实现的装置体积大，并且也会破坏双向光纤传输系统光路的完整性，使得双向光纤传输系统的不能正常工作，也不能对光纤内部传输光功率进行实时报警。


技术实现要素：

5.(一)发明目的
6.本发明的目的是：提供一种应用于双向光纤传输系统的光信号检测装置，对主光路中光信号功率值过低或不能提取出光信号的双向光纤传输系统，实现检测效率高、测量结果准确。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于双向光纤传输系统的光信号检测装置，包括数据处理器i、数据处理器ii、单片机、上位操控计算机；所述数据处理器i和数据处理器ii上至少具有n组管脚，n为检测的双向光纤传输系统个数；所述数据处理器i上的一组管脚：第一光端机光功率数据读取管脚i2c
1n
、第一光端机光功率控制管脚k
1n
、第一光端机光功率数据发送管脚t
1n
，n＝1,2,3
……
,n，与被测的第n个双向光纤传输系统中第一光端机的第一光端机光功率数据发送管脚i2cs
1n
、第一光端机光功率光功率使能管脚as
1n
、第一光端机光功率数据接收管脚rs
1n
一一对应连接；所述数据处理器ii的第二光端机光功率数
据读取管脚i2c
2m
、第二光端机光功率光功率控制管脚q
2m
、第二光端机光功率数据接收管脚r
2m
，m＝1,2,
…
,n，与被测得第n个双向光纤传输系统中第二光端机的第二光端机光功率数据发送管脚i2cs
2n
、第二光端机光功率使能管脚管脚as
2n
、第二光端机光功率数据发送管脚rs
2n
一一对应连接；所述数据处理器ii上具有地址使能管脚add2、数据管脚d0～d7，与所述单片机的地址使能管脚add1、数据管脚k0～k7一一对应连接；所述单片机的发送管脚tx、接收管脚rx与所述上位操控计算机的接收管脚rx、发送管脚tx一一对应连接；所述数据处理器i通过第一光端机光功率数据读取管脚i2c
1n
获取被测的第n个双向光纤传输系统中的第一光端机发射和接收光功率值1，通过第一光端机光功率控制管脚k
1n
选通被测的第n个双向光纤传输系中第一光端机发射和接收光功率值1，并将获取到的第一光端机发射和接收光功率值1通过第一光端机光功率数据发送管脚t
1n
分别回送至选通的第n个双向光纤传输系统1；所述双向光纤传输系统中的第一光端机向数据处理器i提供发射和接收光功率值1，所述双向光纤传输系统中的第二光端机向数据处理器ii提供发射和接收光功率值2；所述双向光纤传输系统还将数据处理器i回送的第一光端机发射和接收光功率值1传递至第二光端机；所述数据处理器ii通过第二光端机光功率数据读取管脚i2c
2m
获取被测得第n个双向光纤传输系统中第二光端机发射和接收光功率值2，通过第二光端机光功率光功率控制管脚q
2m
选通被测的第n个双向光纤传输系统，并通过第二光端机光功率数据接收管脚r
2m
获取选通被测的第n个双向光纤传输系统回传的第一光端机发射和接收光功率值1；所述单片机通过地址使能管脚add1选通数据处理器ii，并通过数据管脚k0～k7接收数据处理器ii获取的第二光端机发射和接收光功率值2以及第一光端机发射和接收光功率值1；所述单片机还接收上位操控计算机提供的第一光端机接收光功率阈值以及第二光端机接收光功率阈值；所述单片机比较第一光端机接收光功率阈值与发射和接收光功率值1，得到第一光端机接收光功率阈值告警结果1，所述单片机比较第二光端机接收光功率阈值与发射和接收光功率值2，得到第二光端机接收光功率阈值告警结果2；所述上位操控计算机接收操作人员通过输入阈值及检测启动指令，接收单片机提供的第一光端机发射和接收光功率值1、第二光端机发射和接收光功率值2、第一光端机接收光功率阈值告警结果1和第二光端机接收光功率阈值告警结果2并显示。
9.在本发明中，数据处理器i、n个双向光纤传输系统、数据处理器ii、单片机和上位操控计算机共同组建了n个双向光纤传输系统光功率检测环路。
10.(三)有益效果
11.上述技术方案所提供应用于双向光纤传输系统的光信号检测装置，有益效果体现在以下几个方面。
12.(1)本发明适应于传输距离远的双向光纤传输系统，可实现双向光纤传输系统的双向动态光功率的实时检测。
13.(2)本发明可通过上位操控计算机输入的指令信号，得到实时传输系统中的某个传输系统的实时双向传输光功率、光通道光功率的衰减量；同时通过输入某个的双向光纤传输系统的第一光端机接收光功率阈值和第二光端机接收光功率阈值指令信息，实时返回当前双向光纤传输系统的第一光端机或第二光端机的发射和接收光功率、第一光端机或第二光端机的光功率阈值检测结果，并给出是否超阈值、报警等结果数据信息，实现人机交互。
14.(3)本发明的双向光功率检测，采用软件i2c总线读取sff-8472协议标准的光模块发射和接收光功率数据，不在传输光通路中提取光信号，不影响原有的信号传输，没有双向光纤传输系统的光路损耗，保证了传输系统原有的性能。
15.(4)本发明可设置光功率的实时动态损耗超值报警门限，有利于及早的发现光路功率故障问题，给光纤传输通道提供光功率预警。
16.(5)本发明可扩展检测64个双向光纤传输系统的光功率检测装置，减少了设计成本，有利的提高了检测装置的扩展性。
附图说明
17.图1是本发明以一个双向光纤传输系统装置优选实施例原理框图。
18.图2是本发明检测装置的控制方法流程图。
19.图3是本发明图上位机工作流程图。
20.图4是本发明数据处理器i状态子流程。
21.图5是本发明数据处理器ii状态子流程。
22.图6是本发明单片机子程序。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
24.根据图1所示，本实施例应用于双向光纤传输系统的光信号检测装置是在双向光纤传输系统中实现的，该装置包括上位操控计算机、单片机、数据处理器i和数据处理器ii。本实施例中对64路双向光纤传输系统能够进行实时的光信号检测。
25.所述数据处理器i和数据处理器ii上至少具有64组管脚。所述数据处理器i上的一组光功率读取管脚，包括第一光端机光功率数据读取管脚i2c
1n
、第一光端机光功率控制管脚k
1n
、第一光端机光功率数据发送管脚t
1n
，n＝1,2,3
……
,64，与被测的第n路双向光纤传输系统中第一光端机的光功率输出管脚，其中第一光端机光功率数据发送管脚i2cs
1n
、第一光端机光功率光功率使能管脚as
1n
、第一光端机光功率数据接收管脚rs
1n
管脚一一对应连接；所述数据处理器ii上的一组光功率读取管脚，其中第二光端机光功率数据读取管脚i2c
2m
、第二光端机光功率光功率控制管脚q
2m
、第二光端机光功率数据接收管脚r
2m
，m＝1,2,
…
,n，与被测的第n路双向光纤传输系统中第二光端机的光功率输出管脚，其中第二光端机光功率数据发送管脚i2cs
2n
、第二光端机光功率使能管脚管脚as
2n
、第二光端机光功率数据发送管脚ts
2n
一一对应连接；所述数据处理器ii上还具有地址使能管脚add2、数据管脚d0～d7，与所述单片机的地址使能管脚add1、数据管脚k0～k7一一对应连接；所述单片机的发送管脚tx、接收管脚rx与所述上位操控计算机的接收管脚rx、发送管脚tx一一对应连接。
26.上位操控计算机通过rs422串口总线与单片机相连，单片机通过并行总线与数据处理器ii相连，数据处理器ii与64路双向光纤传输系统中每一路的第二光端机相连，64路双向光纤传输系统中的每一路第一光端机与数据处理器i相连。
27.操作人员根据双向光纤传输系统的阈值要求，在上位操控计算机依次输入光功率阈值数据包、测试指令包后，便等待接收到来自单片机的光功率阈值告警数据包，实现双向
光纤传输系统光信号检测装置与操作人员的信息交互。
28.所述单片机，可通过将地址使能管脚add1选通数据处理器ii，并通过数据管脚k0～k7获取光功率数据包，其中包括64个双向光纤传输系统的第二光端机发射和接收光功率值2以及第一光端机发射和接收光功率值1。当单片机接收到来自上位操控计算机的光功率阈值数据包、测试指令包后，便将光功率阈值数据包缓存下来，并根据需要告警的双向光纤传输系统的编号n，比较第n个双向光纤传输系统的第一光端机接收光功率阈值与发射和接收光功率值1，得到第一光端机接收光功率阈值告警结果1，比较第二光端机接收光功率阈值与发射和接收光功率值2，得到第二光端机接收光功率阈值告警结果2。
29.所述数据处理器ii通过第二光端机光功率数据读取管脚i2c
2m
获取被测得第n路双向光纤传输系统中第二光端机发射和接收光功率值2，通过第二光端机光功率控制管脚q
2m
选通被测的第n路双向光纤传输系统的第二光端机，并通过第二光端机光功率数据接收管脚r
2m
获取选通被测的第n路双向光纤传输系统回传的第一光端机发射和接收光功率值1。
30.所述双向光纤传输系统中的第一光端机向数据处理器i提供发射和接收光功率值1，所述双向光纤传输系统中的第二光端机向数据处理器ii提供发射和接收光功率值2；所述双向光纤传输系统还将数据处理器i回送的第一光端机的发射和接收光功率值1传递至第二光端机。
31.所述数据处理器i通过第一光端机光功率数据读取管脚i2c
1n
获取被测得第n路双向光纤传输系统中第一光端机发射和接收光功率值1，通过第一光端机光功率控制管脚k
1n
选通被测的第n路双向光纤传输系统的第一光端机，并通过第一光端机光功率数据发送管脚t
1n
选通被测的第n路双向光纤传输系统并回传第一光端机发射和接收光功率值1。
32.上位操控计算机将第一光端机发射和接收光功率值1、第二光端机发射和接收光功率值2、第一光端机光功率阈值告警结果1和第二光功率阈值告警结果2进行显示。
33.下面给出双向光纤传输系统和双向光纤传输系统光信号检测装置上电后的工作流程，如图2和图3所示。
34.第一步，启动数据处理器i状态子流程，即根据图4所示的流程执行以下操作步骤：
35.1.1令变量n＝1。
36.该变量用于标记读取第n路双向光纤传输系统的第一光端机发射和接收光功率值1。
37.1.2读取第n路双向光纤传输系统的第一光端机发射和接收光功率值1。
38.数据处理器i通过第一光端机光功率数据读取管脚i2c
1n
与第n路双向光纤传输系统的第一光端机光功率数据发送管脚i2cs
1n
相连，并通过该管脚，数据处理器i读取第n路双向光纤传输系统的第一光端机发射和接收光功率值1。
39.在本实施例中，发射和接收光功率值1是由4个8位二进制数组成，其中第1个8位二进制数表示发射光功率高8位、第2个8位二进制数表示发射光功率低8位、第3个8位二进制数表示接收光功率高8位、第4个8位二进制数表示接收光功率低8位。双向光纤传输系统的光模块执行sff-8472协议规定,发射光功率或接收光功率均是由1个16位二进制数并拆分为2个8位二进制数组成，每一个计数单位为0.1uw。若发射光功率或接收光功率为0时，则对应该光模块的发射光功率或接收光功率为无光。当发送或接收光功率为最大值65535时，则对应发送或接收光功率为6553.5uw。
40.1.3发送第n路双向光纤传输系统的第一光端机发射和接收光功率值1。
41.数据处理器i通过第一光端机光功率控制管脚k
1n
和第一光端机光功率数据发送管脚t
1n
分别与第n路双向光纤传输系统的第一光端机光功率使能管脚as
1n
和第一光端机光功率数据接收管脚rs
1n
相连。当k
1n
管脚发送使能信号后，第n路双向光纤传输系统便通过t
1n
管脚接收第n路双向光纤传输系统第一光端机的发送和接收光功率值1，并通过第n路双向光纤传输系统传输至第n路双向光纤传输系统另一侧的第二光端机中。
42.1.4数据处理器i逐一接收64路双向光纤传输系统的第一光端机发送和接收光功率值1，并回传至对应的双向光纤传输系统的第二光端机中。具体操作为，将变量n进行加1，判断n是否等于65，若为否，返回到第1.2步；若为是，进入到1.1步。
43.第二步，启动数据处理器ii状态子流程，即根据图5所示的流程执行以下操作步骤：
44.2.1令变量n＝1。
45.该变量用于标记读取第n路双向光纤传输系统的第二光端机发射和接收光功率值2，以及第n路双向光纤传输系统回传的第一光端机发射和接收光功率值1。
46.2.2读取第n路双向光纤传输系统回传的第二光端机发射和接收光功率值2。
47.数据处理器ii通过第二光端机光功率数据读取管脚i2c
2m
与第n路双向光纤传输系统的第二光端机数据发送管脚i2cs
2n
相连，并通过该管脚，数据处理器ii读取到第n路双向光纤传输系统的第二光端机发射和接收光功率值2。在本实施例中，第二光端机的发送和接收光功率值2与第一光端机的发送和接收光功率值1数据格式相同。
48.2.3读取第n路双向光纤传输系统回传的第一光端机发射和接收光功率值1。
49.数据处理器ii通过第二光端机光功率控制管脚q
2m
和第二光端机光功率数据接收管脚r
2m
分别与第n路双向光纤传输系统的第二光端机第二光端机光功率使能管脚as
2n
和第二光端机光功率数据发送管脚ts
2n
相连。当q
2m
发送使能信号后，数据处理器ii便通过第二光端机光功率数据接收管脚r
2m
从第n路双向光纤传输系统的第二光端机中获取第n路双向光纤传输系统回传的第一光端机发射和接收光功率值1。
50.2.4数据处理器ii逐一接收64路双向光纤传输系统的第二光端机发送和接收光功率值2以及从对应双向光纤传输系统回传的第一光端机发送和接收光功率值1。具体操作为，令变量n＝n+1，判断n是否等于65，若为否，返回到第2.2步；若为是，进入到2.5步。
51.2.5发送光功率数据包。
52.数据处理器ii通过地址使能管脚add2和数据管脚d0
……
d7分别与单片机的地址使能管脚add1和数据管脚k0
……
k7一一相连。当add2发送使能信号后，单片机便通过k0
……
k7从数据处理器ii中获取64路双向光纤传输系统各自的第一光端机发射和接收光功率值1以及第二光端机发射和接收光功率值2所组成的光功率数据包。
53.光功率数据包包括包标志、光功率属性字、光功率信息体和指令校验码。
54.包标志用于区分包特性，即对数据包和测试指令进行指令区分。在本实施例中，包标志是一个8位二进制数构成：其第1、3、5、7位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
55.光功率属性字用于标识该数据包的类型，即表明该数据包为光功率数据包。在本实施例中，光功率属性字是由一个8位二进制数组成：其第1、3、4、6位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
56.光功率信息体是由双向光纤传输系统1、双向光纤传输系统1的第一光端机发射和接收光功率值1、双向光纤传输系统1的第二光端机发射和接收光功率值2,双向光纤传输系统2、双向光纤传输系统2的第一光端机发射和接收光功率值1、双向光纤传输系统2的第二光端机发射和接收光功率值2，
……
，双向光纤传输系统64、双向光纤传输系统64的第一光端机发射和接收光功率值1、双向光纤传输系统64的第二光端机发射和接收光功率值2组成。
57.在本实施例中，以双向光纤传输系统1、双向光纤传输系统1的第一光端机发射和接收光功率值1、双向光纤传输系统1的第二光端机发射和接收光功率值2为例说明。双向光纤传输系统1是由一个8位二进制数组成：其中第0位定义为1，其余位均定义为0则表示为双向光纤传输系统1；双向光纤传输系统1的第一光端机发射和接收光功率值1是由2个16位二进制数组成：定义见1.2步中；双向光纤传输系统1的第二光端机发射和接收光功率值2是由2个16位二进制数组成：定义见2.2步中。
58.指令校验码是一个8位二进制数，该数是由光功率数据包标志、光功率属性字、光功率信息体中各组成数的对应位求异或后得到的。
59.第三步，启动单片机子程序，即根据图6所示的流程执行以下操作步骤：
60.3.1读取并保存光功率数据包
61.3.2根据操作人员在上位机上输入的光功率阈值数据包，则保存光功率阈值数据包，反之，则进入到3.3步。
62.光功率阈值数据包包括包标志、光功率阈值属性字、光功率阈值查询编号、光功率阈值信息体和指令校验码。
63.包标志用于区分包特性，即对数据包和测试指令进行指令区分。在本实施例中，包标志是一个8位二进制数构成：其第1、3、5、7位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
64.光功率阈值属性字用于标识该数据包的类型，即表明该数据包为光功率阈值数据包。在本实施例中，光功率属性字是由一个8位二进制数组成：其第0、1、3、4、6位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
65.光功率阈值查询编号用于标识当前需要查询双向光纤传输系统1或双向光纤传输系统2或
……
或双向光纤传输系统n的编号n。在本实施例中，光功率阈值查询编号是由一个8位二进制数组成：若其第0位定义为1，其余位均定义为0，则表示为双向光纤传输系统1需要查询。
66.光功率阈值信息体用于标识当前需要查询的双向光纤传输系统1或双向光纤传输系统2或
……
或双向光纤传输系统64的第一光端机接收光功率阈值1与第二光端机接收光功率阈值2。第一光端机接收光功率阈值1是作为第一光端机光接收的门限阈值，第二光端机接收光功率阈值2是作为第二光端机光接收的门限阈值。第一光端机接收光功率阈值1和第二光功率接收光功率阈值2单位均为dbm，根据光的特性该阈值可以设定为负数，该负数可通过二进制补码形式得到。在本实施例中，第一光端机接收光功率阈值1以及第二光端机接收光功率阈值2均是由1个8位二进制数组成：若第一光端机接收光功率阈值为-15dbm，则第0、4、5、6、7均位置1，第1、2、3位均置0，表示该双向光纤传输系统第一光端机的接收光功率阈值为-15dbm。
67.指令校验码是一个8位二进制数，该数是由包标志、光功率阈值属性字、光功率阈
值信息体中各组成数的对应位求异或后得到的
68.3.3根据操作人员在上位机上输入的测试指令，则进入3.4步，反之，则进入到3.1步。
69.测试指令包包括包标志、测试属性字和指令校验码。
70.包标志用于区分包特性，即对数据包和测试指令进行指令区分。在本实施例中，包标志是一个8位二进制数构成：其第0、2、4、6位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
71.测试属性字是由一个8位二进制数组成。在本实施例中，测试属性字的第0、2、4、6位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
72.指令校验码是一个8位二进制数，该数是由包标志、测试属性字中各组成数的对应位求异或后得到的。
73.3.4令变量n＝光功率阈值查询编号。
74.该变量用于标记从光功率阈值数据包中读取与光功率阈值查询编号一致的双向光纤传输系统n的第一光端机发射和接收光功率值1与第二光端机发射和接收光功率值2。
75.3.5处理并计算出第n路双向光纤传输系统的光功率阈值告警结果。
76.第n路双向光纤传输系统的第一光端机接收光功率阈值告警结果是根据n的值从光功率数据包中，提取第n路双向光纤传输系统的第一光端机发射和接收光功率值1的接收光功率，并按照公式(1)完成光功率单位换算；再从光功率阈值数据包提取第n路双向光纤传输系统的第一光端机接收光功率阈值1，按照公式(2)计算出第一光端机接收光功率阈值告警结果。
77.同理，计算出第n路双向光纤传输系统的第二光端机接收光功率阈值告警结果。
78.在本实施例中，公式(1)是将发射或接收光功率从um换算为dbm。
79.y(dbm)＝10log((xmw)/(1mw))
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
80.式中，x为功率，y为换算后的dbm。发射光功率或接收光功率若为0x0001时,则对应的光功率为0.1um，即光功率值为-40dbm。
81.公式(2)是光功率阈值告警结果计算。
82.pn＝y
n-y
阈值
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
83.式中，pn为第n路光纤传输系统第一光端机或第二光端机接收光功率阈值告警结果；yn为第n路光纤传输系统的第一光端机或第二光端机接收光功率；y
阈值
为第n路光纤传输系统的第一光端机接收光功率阈值1或第二光端机接收光功率阈值2。
84.若pn计算结果大于等于0，则认为第n路光纤传输系统第一光端机或第二光端机光功率阈值告警结果正常；若小于0，则认为第n路光纤传输系统第一光端机或第二光端机光功率阈值告警结果不正常。
85.3.7组成光功率阈值告警结果包。
86.光功率阈值告警结果包包括包标志、光功率阈值告警属性字、光功率阈值查询编号、光功率阈值告警结果信息体和指令校验码。
87.包标志用于区分包特性，即对数据包和测试指令进行指令区分。在本实施例中，包标志是一个8位二进制数构成：其第1、3、5、7位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
88.光功率阈值告警属性字用于标识该数据包的类型，即表明该数据包为光功率阈值告警数据包。在本实施例中，光功率阈值告警属性字是由一个8位二进制数组成：其2、3、4、6
位均定义为1，其余位是保留位并均定义为0。
89.光功率阈值告警结果信息体是光功率阈值查询编号以及所对应的双向光纤传输系统的第一光端机发射和接收光功率值1、第一光端机光功率阈值告警结果1、第二光端机发射和接收光功率值2、第二光端机光功率阈值告警结果2组成。
90.在本实施例中，第一光端机光功率阈值告警结果1或第二光端机光功率阈值告警结果2均由1个8位二进制数组成：当第0位定义为1，其余位均定义为0，则表示第一光端机光功率阈值告警结果1或第二光端机光功率阈值告警结果2不正常；当第0位定义为0，其余位均定义为1，则表示第一光端机光功率阈值告警结果1或第二光端机光功率阈值告警结果2正常
91.指令校验码是一个8位二进制数，该数是由包标志、光功率阈值属性字、光功率阈值信息体中各组成数的对应位求异或后得到的。
92.3.8启动发送光功率阈值告警结果包。
93.第四步，上位操控计算机显示光功率阈值告警结果包。
94.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。