CN104410445B - 一种光发射机调制度测量设备的校准装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光发射机调制度测量设备的校准装置。包括光发射机、信号调制、待校准设备、波形采集和数据处理5个部分。其中，光发射机发出光信号，经信号调制单元调制为方波信号，再经过待校准设备的光电转换，传输给波形采集单元采样，最后由数据处理单元处理后计算出调制度。另外，本发明还公开了一种光发射机调制度测量设备的校准方法。该方法通过开始、信号调制、波形采集、调制度计算、判断和校准六个步骤实现校准光发射机调制度测量设备的功能。本发明公开的校准装置和方法可校准不同工作波段和频率的光发射机调制度测量设备，精确测定此类设备在检测光通信整机功率和效率方面的能力，有利于改进此类设备的性能，提高其可靠性。

Description

一种光发射机调制度测量设备的校准装置和方法

技术领域

本发明涉及无线光通信发射机调制度测量设备的校准技术领域，尤其是紫外光通信发射机调制度测量设备的校准装置和方法。

背景技术

随着紫外光通信技术的发展，紫外光通信系统逐步走向成熟，然而各研究单位研制的通信系统和设备性能不一，缺少统一的标准规范，使得紫外光通信系统产业化十分困难。因此，对紫外光通信系统的设备和测量设备统一进行校准，对该领域的发展具有重要意义。

目前，紫外光通信系统采用紫外光源主要为真空气体放电灯，该类光源利用真空中气体电离的离子导电，不容易进行较高速率的调制，随着调制频率(通信速率)的提高，将出现“连火”现象，在光源总辐射功率不变的情况下，其调制度大大下降，从而导致通信距离缩短，因此光源的调制度直接反映了通信系统的整机功率和效率。现实中使用的光发射机调制度测量设备的一般形式是：覆盖被测光发射机通信带宽的宽带接收机，此类宽带接收机将发射机发出的光信号转换为电信号后，通过检测其波形的最值来计算调制度。

鉴于以上情况，需要一种装置和方法，对光发射机调制度测量设备的测量能力和精度进行校准，另外，该装置和方法还要具有可拓展性，以适用于不同工作波段和频率的光发射机调制度测量设备。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种光发射机调制度测量设备的校准装置。

针对上述问题，本发明的第二个目的在于提供一种光发射机调制度测量设备的校准方法。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的：

一种光发射机调制度测量设备的校准装置，用于对光发射机调制度测量设备进行校准，装置包括光发射机、信号调制单元、待校准设备、波形采集单元和数据处理单元。其特征在于，光发射机发射出光信号，其波段和待校准设备工作波段一致；信号调制单元将入射的光信号调制成一定频率和幅值的方波信号；信号进入待校准的光发射机调制度测量设备；设备接收到调制后的光信号，进行光电转换后输出到数据采集单元；数据采集单元对输入的电信号进行采样，然后传输给数据处理单元；数据处理单元对输入的数字信号进行滤波等处理，计算出信号的调制度；通过调节信号调制单元产生调制度不同的光信号，检测待校准设备对不同调制度光发射机测量能力和精度，重复以上过程即可对光发射机调制度测量设备进行校准。

所述光发射机为激光器、带温控系统的LED阵列或其它输出功率稳定的标准光源，其出射光的交流、直流分量和强度可通过电路或衰减器等进行调节。

所述信号调制单元包括调制度调节单元、信号源和驱动电路等设备，调制度调节单元通过调节输入光信号的交流、直流分量来改变其调制度，信号源输出一定频率和幅值的电压信号，通过驱动电路对光源进行调制，产生一定频率和幅值的调制光信号。

所述波形采集单元由A/D采集卡和信号传输线缆组成。将待校准设备输出的模拟电压信号转换为数字信号。

所述数据处理单元为计算机，可对输入的数字波形进行整形、滤波等处理，自动识别最值并计算出调制度。

本发明的第二个目的：提供一种光发射机调制度测量设备的校准方法，是通过以下技术方案实现的：

一种光发射机调制度测量设备的校准方法，包括以下步骤：

S1，开始步骤：光发射机发出光信号，调节发射机的功率；

S2，信号调制步骤：根据待校准设备的工作频率，利用信号调制单元调制输入的光信号，使其输出一定频率、幅值的方波形式，并调节信号的交流、直流分量，使输出光信号具有一定的调制度；

S3，波形采集步骤：光信号以空间光的方式传输到待校准的调制度测量设备，经过光电转换，以电压信号的形式输出到波形采集单元，波形采集单元对波形进行采样并传输到数据处理单元；

S4，调制度计算步骤：数据处理单元对输入的数字波形进行整形和滤波后，识别出其最值，并按照公式计算相应的调制度(V_max，V_min分别表示最大最小值)，重复步骤S3、S4，得到一组调制度数据，计算其重复性和不确定度；

S5，判断步骤：是否采集完10％～90％范围内的调制度数据，如果不满足则重复步骤S2，如果满足则执行下一步；

S6，校准步骤：获得调制度为10％～90％范围内，待校准光发射机调制度测量设备的测量重复性和不确定度，完成校准。不确定度的估算公式为其中，u₁、u₂、u₃、u₄和u₅分别表示待校准设备电压测量的影响、数据采集的测量不确定度、数据曲线拟合的影响、杂散光湍流的影响和测量重复性的影响。

本发明的有益效果在于：

本发明通过使用直流分量可调的光发射机，在信号调制单元的驱动下，输出经过调制的光信号。检测待校准的光发射机调制度测量设备对不同调制度光发射机的测量能力和精度，获得其测量重复性和不确定度等参数，从而对其进行精确校准，进而更有利于对光发射机进行质量监控，提高其可靠性；在实际校准中，使用不同波段和频率的光发射机对不同工作波段和频率的设备进行校准具有可拓展性的特点；同时，本发明通过开始、信号调制、波形采集、调制度计算、判断和校准六个步骤也能够实现正确校准在现实中使用的光发射机调制度测量设备的功能。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：

图1为本发明的原理示意框图。

图2为理想调制方波信号和实际调制方波信号示意图，其中图2(a)为理想调制方波信号示意图，图2(b)为实际调制方波信号示意图。

图3为本发明实施方式一的系统结构示意图。

图4为本发明实施方式二的系统结构结构图

图5为本发明一个实施例的方法流程示意图

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。同时本说明书中对替代特征的描述是对等同技术特征的描述，不得视为对公众的捐献。

本说明书(包括任何权利要求、摘要和附图)中用语若同时具有一般含义与本领域特有含义的，如无特殊说明，均定义为本领域特有含义。

实施例一：

如图3所示，一种光发射机调制度测量设备的校准装置，由激光发射机、信号调制单元、准直扩束单元、待校准设备、数据采集卡和上位机6个部分组成。由激光器和可调衰减器组成的激光发射机出射功率可调的激光信号；驱动电路和声光调制器共同完成对不同调制度光发射机的模拟和一定频率、幅度信号的模拟(声光调制器产生的零级衍射光具有直流分量，通过调节激光入射到声光调制器的入射角度，可以改变零级衍射光中的直流分量，实现不同调制信号的模拟)；由于激光光斑很小，直接入射待校准设备重复性较差，因此在信号调制单元和待校准设备之间加入准直扩束单元，准直扩束单元包括准直扩束光学系统和可调底座。光学系统能透射紫外到近红外波段光信号。通过调节底座的高度、角度等，调整出射光的光斑位置和大小；信号经过准直扩束单元后，进入待校准的光发射机调制度测量设备；设备接收到调制后的光信号，进行光电转换后输出到数据采集卡；数据采集卡对输入的电信号进行采样，然后传输给上位机；上位机对输入的数字信号进行滤波等处理，得到如图2(b)所示的调制后的波形，寻找波形的最大最小值，即可计算出信号的调制度。

优选地，上述可调激光发射单元采用266nm紫外激光器和波长通过范围从远紫外到近红外的大功率可调激光衰减片；待校准光发射机调制度测量设备的工作波段为日盲紫外段；数据采集卡可采用通用的A/D采集卡即可，其采样频率和电压范围满足待测信号要求即可。

实施例二：

如图4所示，一种光发射机调制度测量设备的校准装置，由LED阵列和温控系统组成的光发射机、信号调制单元、待校准设备、数据采集卡和上位机组成。该实施例使用可调的LED光发射机代替实施例一中的激光发射机。为了获得功率稳定的光信号，需要为LED添加温控系统，信号调制单元输出不同偏置电压、频率和幅值的信号驱动LED，即可获得一定频率、幅值的调制度不同的模拟光发射机信号。另外由于LED发散角较大，因此不需要实施例一中的准直扩束系统，简化了装置的结构。

实施例三：

一种光发射机调制度测量设备的校准方法，由以下步骤组成：

S1，开始步骤：光发射机发出光信号，调节发射机的功率；

S2，信号调制步骤：根据待校准设备的工作频率，利用信号调制单元调制输入的光信号，使其输出一定频率、幅值的方波形式，并调节信号的交流、直流分量，使输出光信号具有一定的调制度；

S3，波形采集步骤：光信号以空间光的方式传输到待校准的调制度测量设备，经过光电转换，以电压信号的形式输出到波形采集单元，波形采集单元对波形进行采样并传输到数据处理单元；

S4，调制度计算步骤：数据处理单元对输入的数字波形进行整形和滤波后，识别出其最值，并按照公式计算相应的调制度(V_max，V_min分别表示最大最小值)，重复步骤S3、S4，得到一组调制度数据，计算其重复性和不确定度；

S5，判断步骤：是否采集完10％～90％范围内的调制度数据，如果不满足则重复步骤S2，如果满足则执行下一步；

S6，校准步骤：获得调制度为10％～90％范围内，待校准光发射机调制度测量设备的测量重复性和不确定度，完成校准。不确定度的估算公式为其中，u₁、u₂、u₃、u₄和u₅分别表示待校准设备电压测量的影响、数据采集的测量不确定度、数据曲线拟合的影响、杂散光湍流的影响和测量重复性的影响。

Claims (6)

1.一种光发射机调制度测量设备的校准装置，包括光发射机、信号调制单元、待校准设备、波形采集单元和数据处理单元，其特征在于：提供一种能够对光发射机调制度测量设备的测量能力和精度进行校准的装置；

所述光发射机发射出光信号，其波段和待校准设备工作波段一致；信号调制单元将入射的光信号调制成一定频率和幅值的方波信号；信号进入待校准的光发射机调制度测量设备；设备接收到调制后的光信号，进行光电转换后输出到数据采集单元；数据采集单元对输入的电信号进行采样，然后传输给数据处理单元；数据处理单元对输入的数字信号进行滤波处理，计算出信号的调制度；

通过调节信号调制单元产生调制度不同的光信号，检测待校准设备对不同调制度光发射机的测量能力和精度，重复以上过程即可对光发射机调制度测量设备进行校准。

2.根据权利要求1所述光发射机调制度测量设备的校准装置，其特征在于：所述光发射机为激光器、带温控系统的LED阵列或其它输出功率稳定的标准光源，其出射光的交流、直流分量和强度通过电路或衰减器进行调节。

3.根据权利要求1所述光发射机调制度测量设备的校准装置，其特征在于：所述信号调制单元包括调制度调节单元、信号源和驱动电路设备，调制度调节单元通过调节输入光信号的交流、直流分量来改变其调制度，信号源输出一定频率和幅值的电压信号，通过驱动电路对光源进行调制，产生一定频率和幅值的调制光信号。

4.根据权利要求1所述光发射机调制度测量设备的校准装置，其特征在于：所述波形采集单元由A/D采集卡和信号传输线缆组成，将待校准设备输出的模拟电压信号转换为数字信号。

5.根据权利要求1所述光发射机调制度测量设备的校准装置，其特征在于：所述数据处理单元为计算机，可对输入的数字波形进行整形、滤波处理，自动识别最值并计算出调制度。

6.一种光发射机调制度测量设备的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，开始步骤：光发射机发出光信号，调节发射机的功率；

S2，信号调制步骤：根据待校准设备的工作频率，利用信号调制单元调制输入的光信号，使其输出一定频率、幅值的方波形式，并调节信号的交流、直流分量，使输出光信号具有一定的调制度；

S3，波形采集步骤：光信号以空间光的方式传输到待校准的调制度测量设备，经过光电转换，以电压信号的形式输出到波形采集单元，波形采集单元对波形进行采样并传输到数据处理单元；

S4，调制度计算步骤：数据处理单元对输入的数字波形进行整形和滤波后，识别出其最值，并按照公式计算相应的调制度，V_max，V_min分别表示调制度的最大最小值，重复步骤S3、S4，得到一组调制度数据，计算其重复性和不确定度；

S5，判断步骤：是否采集完10％～90％范围内的调制度数据，如果不满足则重复步骤S2，如果满足则执行下一步；

S6，校准步骤：获得调制度为10％～90％范围内，待校准光发射机调制度测量设备的测量重复性和不确定度，完成校准；

不确定度的估算公式为其中，u₁、u₂、u₃、u₄和u₅分别表示待校准设备电压测量的影响、数据采集的测量不确定度、数据曲线拟合的影响、杂散光湍流的影响和测量重复性的影响。