CN108809419A - 一种光功率监测电路及光功率监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光功率监测电路，包括光电转换器、电源运算放大器、ADC模数转换器、处理器、选通电路和电阻电路；其中，电阻电路包括多个电阻值不同的支路，各电阻值对应一个对光电压的放大倍数，选通电路分别与处理器和电阻电路连接，用以根据处理器的控制选通所述电阻电路的支路；电阻电路和光电转换器分别与电源运算放大器连接，经电阻电路放大后的光电压在ADC模数转换器中进行模数转换后输入处理器中，处理器即可以根据读取到的光信号的ADC值的效果判断此时测得的光功率是否符合要求，如果不符合即可通过改变对选通电路的选通方式调整对光电压的放大倍数，直至获得准确的光电压值，进而进行拟合计算的到准确的光功率值。

Description

一种光功率监测电路及光功率监测方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种光功率监测电路及光功率监测方法。

背景技术

光功率监测是光的最基本测量项目之一，广泛应用于光通信设备、光电武器设备的测试和光器件的生产之中。

但是现有技术中的光功率监测任务中，如果没有采用合适的电路，常常会出现部分监控区间测量精度低甚至无法监测的问题，这导致在一次光功率监测任务中，单一的光功率监测装置可能无法适应监控范围，可能需要试验多个精度的光功率监测工具。选择具有合适的精度和量程的光功率监测工具，不仅增加了监测成本和复杂度，浪费了时间，还会造成对光功率的监测结果不准确。

因此，如何准确检测在光功率监测任务中可能遇到的不同精度的光功率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光功率监测电路及光功率监测方法，用于适应在光功率监测任务中可能遇到的不同精度的光功率，准确测量光功率值。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光功率监测电路，包括光电转换器、电源运算放大器、ADC模数转换器、处理器、选通电路和电阻电路；

其中，所述光电转换器与所述电源运算放大器的第一输入端连接，所述电阻电路的第二端与所述电源运算放大器的第二输入端连接，所述电源运算放大器的输出端与所述ADC模数转换器的第一端连接，所述处理器分别与所述ADC模数转换器和所述选通电路的第一端连接，所述选通电路的第二端与所述电阻电路的第一端连接；

所述电阻电路包括多个电阻值不同的支路，所述电阻值与对光电压的放大倍数一一对应；所述选通电路根据所述处理器的控制选通所述电阻电路的所述支路。

可选的，所述选通电路具体包括双路开关芯片，所述电阻电路包括第一电阻支路和第二电阻支路；

所述双路开关芯片的第一输入端和第二输入端分别与所述处理器连接；

所述双路开关芯片的第一输出端、第二输出端与所述第一电阻支路和所述第二电阻支路串联，且与所述电源运算放大器的第二输入端并联。

可选的，所述第一电阻支路和/或所述第二电阻支路包括变阻器。

可选的，所述选通电路具体包括多个单刀单掷开关。

可选的，所述处理器和ADC模数转换器之间具体通过SPI总线连接。

可选的，还包括与所述光电转换器连接的偏置电压调节模块。

可选的，所述光电转换器具体包括镜像光电转换器模块。

可选的，所述光电转换器具体包括PIN光电二极管。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种光功率监测方法，基于上述任意一项所述的光功率监测电路，包括：

接收光信号转换得到的ADC值后，判断所述ADC值与当前档位是否匹配；其中，所述档位与所述电阻电路的支路电阻值一一对应；

如果是，则根据与所述当前档位的对应的拟合计算公式计算所述光信号的光功率；

如果否，则对所述ADC值进行放大或者缩小后，继续所述判断所述ADC值与当前档位是否匹配的步骤。

可选的，当所述光信号的ADC值与预设的全部档位均不匹配时，还包括：

输出光功率超出监测范围的信息。

本发明所提供的光功率监测电路，包括光电转换器、电源运算放大器、ADC模数转换器、处理器、选通电路和电阻电路；其中，电阻电路包括多个电阻值不同的支路，各电阻值对应一个对光电压的放大倍数，选通电路分别与处理器和电阻电路连接，用以根据处理器的控制选通所述电阻电路的支路；电阻电路和光电转换器分别与电源运算放大器连接，经电阻电路放大后的光电压在ADC模数转换器中进行模数转换后输入处理器中，处理器即可以根据读取到的光信号的ADC值的效果判断此时测得的光功率是否符合要求，如果不符合即可通过改变对选通电路的选通方式调整对光电压的放大倍数，直至获得准确的光电压值，进而进行拟合计算的到准确的光功率值。因此本发明提供的光功率监测电路可以适应在光功率监测任务中可能遇到的不同精度的光功率，准确测量光功率值。本发明还提供一种光功率监测方法，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光电检测电路的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种光电检测电路的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光电检测方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种光电检测方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种光功率监测电路及光功率监测方法，用于适应在光功率监测任务中可能遇到的不同精度的光功率，准确测量光功率值。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种光电检测电路的示意图。

本发明实施例提供的光功率监测电路包括：光电转换器1、电源运算放大器2、ADC模数转换器3、处理器4、选通电路5和电阻电路6；

其中，光电转换器1与电源运算放大器2的第一输入端连接，电阻电路6的第二端与电源运算放大器2的第二输入端连接，电源运算放大器2的输出端与ADC模数转换器3的第一端连接，处理器4分别与ADC模数转换器3和选通电路5的第一端连接，选通电路5的第二端与电阻电路6的第一端连接；

电阻电路6包括多个电阻值不同的支路，电阻值与对光电压的放大倍数一一对应；选通电路5根据处理器4的控制选通电阻电路6的支路。

在实际应用中，如图1所示，入射光通过光电转换器1转为光电压，经过IN+管脚进入电源运算放大器2。预先设计对光电压的多个放大倍数，对应光功率监测电路的不同档位，处理器4通过对选通电路5的选通电阻电路6的方式的控制，实现不同档位的切换，被选通的电阻支路与电源运算放大器2的IN-管脚连接。电源运算放大器2对从IN+和IN-两个管脚输入的信号进行运算放大后，经OUT管脚将经运算放大的光电压输入ADC模数转换器3的IN管脚。

ADC模数转换器3的各管脚与处理器4对应的管脚(包括SDO管脚、SCLK管脚、管脚、CONVST管脚等)连接，将光信号转换得到的ADC值传入处理器4中。

在上述光信号传递过程中，处理器4通过判断光电压是否与当前档位匹配，对选通电路5的选通方式进行调整，如当无法读取准确的光电压值时，对光电压进行放大处理。在处理器4中预存与不同档位对应的拟合计算公式，当光功率值与当前档位匹配时，根据与当前档位对应的拟合计算公式计算得到光功率值。

在具体实施中，光电转换器1具体可以包括PIN光电二极管，接收的监测范围可以为-80dBm～15dBm。

处理器4的电压监测范围可以为0～2.5V，满量程为4095。根据PIN光电二极管的特性，可以采用一阶函数P＝x·a1_1+b_1进行拟合计算光功率，其中，P(单位dBm)为光功率大小，x为光电压的ADC值，a1_1和b_1为校准系数，不同的档位通过倍数换算即可算出对应的光功率。当采用其他类型的拟合函数表达式时，也可以采用类似的测量步骤得到具体的表达式校准系数。此外，以上函数拟合的计算过程可以通过调试软件编程实现，以方便微处理器4获取校准系数并对光功率进行计算。至于具体采用何种编程语言以及何种编程语句，本发明实施例并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行选择并实现。

ADC模数转换器3可以选用12位逼近型模数转换器。

处理器4和ADC模数转换器3之间具体可以通过SPI总线连接，相比于现有技术中通过I2C连接，通信速率更快。

可选的，选通电路5具体可以包括多个单刀单掷开关，用以实现对电阻电路6不同电阻支路的选通。在本发明实施例的基础上，本领域技术人员可以采用其他类型的模拟开关等实现对选通电路5的设计。电阻电路6的设计可以根据实际需要而定，本发明实施例不对此进行限定。

光功率监测电路还可以包括与光电转换器1连接的偏置电压调节模块，用于向光电转换器1提供合适的偏置电压。

光电转换器1具体可以包括镜像光电转换器模块，用于将接收的光信号镜像出电压信号，以输入电源运算放大器2中。

基于本发明实施例提供的光功率监测电路，可以从不对光电压进行放大开始，判断光电压值根据光电压计算得到的光功率值是否预设的准确度要求，如果不满足则提高一档，逐渐对光电压进行放大，直至获得满足需求的光功率。如果所有档位均不能满足要求，则输出最接近的光功率的限值，还可以输出光功率超出监测范围的信息。

本发明实施例提供的光功率监测电路，包括光电转换器、电源运算放大器、ADC模数转换器、处理器、选通电路和电阻电路；其中，电阻电路包括多个电阻值不同的支路，各电阻值对应一个放大倍数，选通电路分别与处理器和电阻电路连接，用以根据处理器的控制选通所述电阻电路的支路；电阻电路和光电转换器分别与电源运算放大器连接，经电阻电路放大后的光电压在ADC模数转换器中进行模数转换后输入处理器中，处理器即可以根据读取到的光信号的ADC值的效果判断此时测得的光功率是否符合要求，如果不符合即可通过改变对选通电路的选通方式调整对光电压的放大倍数，直至获得准确的光电压值，进而进行拟合计算的到准确的光功率值。因此本发明提供的光功率监测电路可以适应在光功率监测任务中可能遇到的不同精度的光功率，准确测量光功率值。

图2为本发明实施例提供的另一种光电检测电路的示意图。

如图2所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，选通电路5具体包括双路开关芯片，电阻电路6包括第一电阻支路和第二电阻支路；

双路开关芯片的第一输入端IN1和第二输入端IN2分别与处理器4对应的管脚(IN1、IN2)连接，双路开关芯片的第一输出端CO3、第二输出端CO4与第一电阻支路和第二电阻支路串联，且与电源运算放大器2的第二输入端IN-并联。

在具体实施中，当光电压与当前档位不匹配时，处理器4通过对第一输入端IN1和第二输入端IN2的高低电平的控制实现不同的放大倍数。如一种设计方案为：当IN1＝1，IN2＝1时，电源运算放大器2对光电压放大1倍；当IN1＝0，IN2＝1时，电源运算放大器2对光电压放大40倍；当IN1＝0，IN2＝0时，电源运算放大器2对光电压放大1600倍。

上述实施方式实现了对光电压放大倍数的粗调，为了实现对光电压放大倍数的细调，电阻电路6的第一电阻支路和/或第二电阻支路还可以包括变阻器。通过变阻器调节电阻电路6的电阻支路的阻值大小，实现对光电压的放大倍数的细调，从而获得更为准确的光电压值。

上文详述了光功率监测电路对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述方法对应的光功率监测方法。

图3为本发明实施例提供的一种光电检测方法的流程图。如图3所示，基于上述实施例提供的光功率监测电路，光功率监测方法包括：

S10：接收光信号转换得到的ADC值后，判断该ADC值与当前档位是否匹配；如果是，则进入步骤S31；如果否，则进入步骤S32。

其中，档位与电阻电路的支路电阻值一一对应。

S31：根据与当前档位的对应的拟合计算式计算光信号的光功率。

S32：对ADC值进行放大或者缩小后，返回步骤S30。

图4为本发明实施例提供的另一种光电检测方法的流程图。如图4所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，光功率监测方法还包括：

S40：当光信号的ADC值与预设的全部档位均不匹配时，输出光功率超出监测范围的信息。

由于光功率监测方法部分的实施例与光功率监测电路部分的实施例相互对应，因此光功率监测方法部分的实施例请参见光功率监测电路部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的光功率监测电路和光功率监测方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，功能调用装置，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明所提供的一种光功率监测电路及光功率监测方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种光功率监测电路，其特征在于，包括光电转换器、电源运算放大器、ADC模数转换器、处理器、选通电路和电阻电路；

其中，所述光电转换器与所述电源运算放大器的第一输入端连接，所述电阻电路的第二端与所述电源运算放大器的第二输入端连接，所述电源运算放大器的输出端与所述ADC模数转换器的第一端连接，所述处理器分别与所述ADC模数转换器和所述选通电路的第一端连接，所述选通电路的第二端与所述电阻电路的第一端连接；

所述电阻电路包括多个电阻值不同的支路，所述电阻值与对光电压的放大倍数一一对应；所述选通电路根据所述处理器的控制选通所述电阻电路的所述支路。

2.根据权利要求1所述的光功率监测电路，其特征在于，所述选通电路具体包括双路开关芯片，所述电阻电路包括第一电阻支路和第二电阻支路；

所述双路开关芯片的第一输入端和第二输入端分别与所述处理器连接；

所述双路开关芯片的第一输出端、第二输出端与所述第一电阻支路和所述第二电阻支路串联，且与所述电源运算放大器的第二输入端并联。

3.根据权利要求2所述的光功率监测电路，其特征在于，所述第一电阻支路和/或所述第二电阻支路包括变阻器。

4.根据权利要求1所述的光功率监测电路，其特征在于，所述选通电路具体包括多个单刀单掷开关。

5.根据权利要求1所述的光功率监测电路，其特征在于，所述处理器和ADC模数转换器之间具体通过SPI总线连接。

6.根据权利要求1所述的光功率监测电路，其特征在于，还包括与所述光电转换器连接的偏置电压调节模块。

7.根据权利要求1所述的光功率监测电路，其特征在于，所述光电转换器具体包括镜像光电转换器模块。

8.根据权利要求1所述的光功率监测电路，其特征在于，所述光电转换器具体包括PIN光电二极管。

9.一种光功率监测方法，其特征在于，基于权利要求1至8任意一项所述的光功率监测电路，包括：

接收光信号转换得到的ADC值后，判断所述ADC值与当前档位是否匹配；其中，所述档位与所述电阻电路的支路电阻值一一对应；

如果是，则根据与所述当前档位的对应的拟合计算公式计算所述光信号的光功率；

如果否，则对所述ADC值进行放大或者缩小后，继续所述判断所述ADC值与当前档位是否匹配的步骤。

10.根据权利要求9所述的光功率监测方法，其特征在于，当所述光信号的ADC值与预设的全部档位均不匹配时，还包括：

输出光功率超出监测范围的信息。