CN110244812B - 雪崩光电二极管的偏压控方法和装置、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雪崩光电二极管的偏压控方法和装置、存储介质。该方法包括：获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息；在检测到APD的第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据APD的属性信息及第二温度值，确定第一偏压值；根据目标段光纤的第二环境温度及光信号强度，对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；按照第二偏压值对与APD关联的偏压控制电路执行偏压控制操作。本发明解决了对APD的偏压控制操作复杂度较高的技术问题。

Description

雪崩光电二极管的偏压控方法和装置、存储介质

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体而言，涉及一种雪崩光电二极管的偏压控方法和装置、存储介质。

背景技术

雪崩光电二级管(Avalanche Photo Diode，简称APD)具有很高的灵敏度和内部增益，可大大提高探测器系统的探测灵敏度和信噪比。但是APD的增益和击穿电压常常会随温度变化，因而在应用时往往需对APD偏压进行温度补偿，以保证APD的增益恒定、APD不被高压反向击穿。

目前，对APD偏压进行温度补偿的方法有以下几种：1、采取TEC恒温方法。但功耗大，设备运行温度高，影响系统稳定性及设备使用寿命。2、电路补偿方法。但APD增益和击穿电压具有离散差异性，生产时需对每个分别APD进行测试、修改电路参数，使得生产流程更加繁琐，造成批量生产效率低的问题。此外，APD的偏压随温度变化是非线性的，导致对APD的偏压控制操作复杂度较高的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种雪崩光电二极管的偏压控制方法和装置、存储介质，以至少解决相关技术中由于APD的偏压随温度变化是非线性的，导致对APD的偏压控制操作复杂度较高的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种雪崩光电二极管的偏压控制方法，包括：获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与上述APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，上述APD的参数信息包括上述APD的属性信息及上述APD当前所在环境的第一环境温度，上述目标段光纤的参数信息包括上述目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及上述目标段光纤在上述第二环境温度下的光信号强度；在检测到上述APD的上述第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据上述APD的属性信息及上述第二温度值，确定第一偏压值；根据上述目标段光纤的上述第二环境温度及上述光信号强度，对上述第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；按照上述第二偏压值对与上述APD关联的偏压控制电路执行偏压控制操作。

可选地，上述根据上述APD的属性信息及上述第二温度值，确定第一偏压值包括：从上述APD的属性信息中读取上述APD的分段点温度、分段点基础偏压、分段温度系数，其中，上述分段点温度为在与上述APD相匹配的偏压控制模型中温度系数发生变化的温度，上述分段点基础偏压为在上述偏压控制模型中与上述分段点温度对应的偏压，上述分段温度系数为上述偏压控制模型中的曲线斜率，上述偏压控制模型用于指示上述APD的击穿电压与环境温度之间的关系曲线；在上述第二温度值大于上述分段点温度的情况下，获取上述第二温度值与上述分段点温度之间的第一差值；根据上述第一差值、上述分段点基础偏压及上述分段温度系数中的第一系数确定上述第一偏压值，其中，上述第一系数与上述分段点温度相匹配；在上述第二温度值小于上述分段点温度的情况下，获取上述第二温度值与上述分段点温度之间的第二差值；根据上述第二差值、上述分段点基础偏压及上述分段温度系数中的第二系数确定上述第一偏压值，其中，上述第二系数与上述分段点温度相匹配。

可选地，在上述根据上述APD的属性信息及上述第二温度值，确定第一偏压值之前，还包括：检测上述APD的上述第一环境温度；在确定上述APD在当前检测周期的上述第一环境温度为上述第二温度值，上述APD在上述当前检测周期之前的上一个检测周期的上述第一环境温度为上述第一温度值的情况下，确定上述APD的上述第一环境温度发生变化。

可选地，上述根据上述目标段光纤的上述第二环境温度及上述光信号强度，对上述第一偏压值进行调整，得到第二偏压值包括：根据上述第二环境温度对上述光信号强度进行归一化处理，得到在目标温度下的光信号值；在上述光信号值大于第一预定阈值，或者上述光信号值小于第二预定阈值的情况下，确定对上述第一偏压值进行调整，得到上述第二偏压值，其中，上述第一预定阈值大于上述第二预定阈值。

可选地，上述确定对上述第一偏压值进行调整，得到上述第二偏压值包括：在上述光信号值大于上述第一预定阈值的情况下，按照第一幅度调整减小上述第一偏压值，以得到上述第二偏压值；在上述光信号值小于上述第二预定阈值的情况下，按照第二幅度调整增大上述第一偏压值，以得到上述第二偏压值。

可选地，在上述确定对上述第一偏压值进行调整，得到上述第二偏压值之后，还包括：建立上述第二环境温度与上述第二偏压值之间的映射关系；将上述映射关系存储至与上述APD对应的数据库中。

可选地，上述获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与上述APD连接的目标段光纤的参数信息包括：获取上述APD的初始分段点基础偏压，及初始分段温度系数，其中，上述初始分段温度系数至少包括：第一初始系数及第二初始系数；将上述目标段光纤置于目标环境温度，对与上述APD关联的上述偏压控制电路执行偏压调整操作；在将上述偏压控制电路的偏压调整至第一目标偏压时，且通过上述APD进行光电转换后的电信号位于目标范围的情况下，则确定将上述初始分段点基础偏压更新为上述第一目标偏压，将上述第一目标偏压作为上述分段点基础偏压；将上述目标段光纤置于上述光纤传感系统的最大工作温度，对与上述APD关联的上述偏压控制电路执行偏压调整操作；在将上述偏压控制电路的偏压调整至第二目标偏压时，且通过上述APD进行光电转换后的电信号位于上述目标范围的情况下，则根据上述第二目标偏压和上述分段点基础偏压，及上述分段点温度和上述最大工作温度，确定上述第一系数，并将上述第一初始系数更新为上述第一系数；将上述目标段光纤置于上述光纤传感系统的最小工作温度，对与上述APD关联的上述偏压控制电路执行偏压调整操作；在将上述偏压控制电路的偏压调整至第三目标偏压时，且通过上述APD进行光电转换后的电信号位于上述目标范围的情况下，则根据上述第三目标偏压和上述分段点基础偏压，及上述分段点温度和上述最小工作温度，确定上述第二系数，并将上述第二初始系数更新为上述第二系数。

可选地，上述根据上述第二目标偏压和上述分段点基础偏压，及上述分段点温度和上述最大工作温度，确定上述第一系数包括：获取上述第二目标偏压和上述分段点基础偏压二者之间的第一偏压差值，及上述分段点温度和上述最大工作温度二者之间的第一温度差值；获取上述第一偏压差值及上述第一温度差值二者之间的比值，作为上述第一系数；上述根据上述第三目标偏压和上述分段点基础偏压，及上述分段点温度和上述最小工作温度，确定上述第二系数包括：获取上述第三目标偏压和上述分段点基础偏压二者之间的第二偏压差值，及上述分段点温度和上述最小工作温度二者之间的第二温度差值；获取上述第二偏压差值及上述第二温度差值二者之间的比值，作为上述第二系数。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种雪崩光电二极管的偏压控制装置，应用于光纤传感系统中，包括：目标段光纤，用于连接传感光纤；雪崩光电二极管APD，与上述目标段光纤连接，用于对上述光信号进行光电转换；偏压控制处理器，用于获取上述APD的参数信息，其中，上述APD的参数信息包括上述APD的属性信息及上述APD当前所在环境的第一环境温度；还用于在检测到上述APD的上述第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据上述APD的属性信息及上述第二温度值，确定第一偏压值；主处理器，与上述偏压控制处理器连接，用于获取与上述APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，上述目标段光纤的参数信息包括上述目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及上述目标段光纤在上述第二环境温度下的光信号强度；还用于根据上述目标段光纤的上述第二环境温度及上述光信号强度，对上述第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；偏压控制电路，与上述偏压控制处理器连接，用于按照上述第二偏压值执行偏压控制操作。

可选地，上述装置还包括：放大电路，与上述APD连接，用于将上述APD光电转换后的电信号进行放大处理；模数转换电路，与上述放大电路连接，用于将上述电信号转换为数字光信号，还用于将上述数字光信号发送给上述主处理器，其中，上述数字光信号中携带有上述目标段光纤的上述光信号强度。

可选地，上述装置还包括：上述偏压控制处理器，用于通过与上述APD连接的第一温度传感器，以获取上述第一环境温度；还用于通过与上述目标段光纤连接的第二温度传感器，以获取上述第二环境温度，并将上述第二环境温度传递给上述主处理器。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，上述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本发明，在获取光纤传感系统中的APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息之后，根据上述参数信息确定用于对APD进行偏压控制的第一偏压值和第二偏压值。从而使得光纤传感系统可以维持在一个相对稳定的动态温度范围内，按照上述确定出的第二偏压值对APD的偏压控制电路执行偏压控制操作。以克服相关技术中为了对APD的偏压控制电路实现非线性的温度补偿，所导致的偏压控制操作复杂度较高的问题，进而达到简化APD的偏压控制操作的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例中一种可选的用于实施雪崩光电二极管的偏压控制方法的偏压控制装置的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的雪崩光电二极管的偏压控制方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的雪崩光电二极管的偏压控制方法的示意图；

图4是根据本发明实施例的另一种可选的雪崩光电二极管的偏压控制方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的又一种可选的雪崩光电二极管的偏压控制方法的流程图；

图6是根据本发明实施例中另一种可选的用于实施雪崩光电二极管的偏压控制方法的偏压控制装置的硬件结构框图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的雪崩光电二极管的偏压控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

本申请实施例一所提供的雪崩光电二极管的偏压控制方法的实施例可以在光纤传感系统中的计算机设备或者类似的偏压控制装置中执行。如图1所示，图1是本发明实施例的一种用于实施上述雪崩光电二极管的偏压控制方法的偏压控制装置的硬件结构框图。其中，该偏压控制装置可以包括但不限于：APD光接收模块102、APD偏压控制模块104及主处理器106。其中，APD光接收模块102包括目标段光纤1022和雪崩光电二级管(AvalanchePhoto Diode，简称APD)1024。APD偏压控制模块104包括偏压微控制单元(下文称偏压控制MCU)1042和APD偏压控制电路1044。

结合图1所示，上述APD的偏压控制方法的控制过程可以包括但不限于：光纤传感系统中的传感光纤100通过目标段光纤1022接入上述偏压控制装置，用于提供光信号。目标段光纤1022将上述光信号传递至APD1024进行光电转换。偏压控制MCU 1042与目标段光纤1022和APD 1024分别耦合连接，用于获取APD 1024的参数信息和目标段光纤1022的参数信息(例如，所在环境的环境温度)，并根据上述参数信息确定用于对APD偏压控制电路1044进行偏压调整的第一偏压值(也可称作粗调)。主处理器106与APD 1024和偏压控制MCU 1042分别耦合连接，用于获取APD1024的参数信息和目标段光纤1022的参数信息，并根据上述参数信息确定用于对APD偏压控制电路1044进行偏压调整的第二偏压值(也可称作微调)。进一步，偏压控制电路1044根据偏压控制MCU 1042提供的偏压值进行偏压控制调整。上述仅是一种示例，本实施例中对此不作任何限定。

本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，用于实施上述雪崩光电二极管的偏压控制方法的偏压控制装置还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

在本实施例中提供了一种运行于上述雪崩光电二极管的偏压控制方法，图2是根据本发明实施例的雪崩光电二极管的偏压控制方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

S202，获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，APD的参数信息包括APD的属性信息及APD当前所在环境的第一环境温度，目标段光纤的参数信息包括目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及目标段光纤在第二环境温度下的光信号强度；

S204，在检测到APD的第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据APD的属性信息及第二温度值，确定第一偏压值；

S206，根据目标段光纤的第二环境温度及光信号强度，对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；

S208，按照第二偏压值对与APD关联的偏压控制电路执行偏压控制操作。

可选地，在本实施例中，上述APD偏压控制方法可以但不限于应用于光纤传感系统中，根据传感光纤通过目标段光纤导入的光信号的参数信息，确定用于对APD进行偏压控制的第一偏压值和第二偏压值。从而使得光纤传感系统可以维持在一个相对稳定的动态温度范围内，按照上述确定出的第二偏压值对APD的偏压控制电路执行偏压控制操作。以克服相关技术中为了对APD的偏压控制电路实现非线性的温度补偿，所导致的偏压控制操作复杂度较高的问题，进而达到简化APD的偏压控制操作的目的。其中，上述目标段光纤可以但不限于是一段用于对APD进行温度补偿的参考段光纤，用于确定上述第二偏压值。

可选地，在本实施例中，上述APD的属性信息可以包括但不限于：APD的分段点温度、分段点基础偏压、分段温度系数。其中，分段点温度为在与APD相匹配的偏压控制模型中温度系数发生变化的温度，分段点基础偏压为在偏压控制模型中与分段点温度对应的偏压，分段温度系数为偏压控制模型中的曲线斜率，偏压控制模型用于指示APD的击穿电压与环境温度之间的关系曲线。

例如，如图3所示为用于指示本实施例中的APD的击穿电压V与环境温度T之间的关系曲线的偏压控制模型。图3(a)-(b)中实心圆点A为本实施例中包括APD的分段点。对应的，分段点温度为20℃，分段点基础偏压为41.6V，分段温度系数包括：k＝0.14和k＝0.11。

可选地，在本实施例中，在根据上述APD的第一环境温度确定APD的环境温度发生变化(如从第一温度值变化到第二温度值)的情况下，则基于上述APD的属性信息确定第一偏压值。作为一种可选的方式，可以但不限于：获取第二温度值与分段点温度之间的差值；根据该差值、分段点基础偏压及分段温度系数确定出上述第一偏压值。例如，获取分段点基础偏压及分段温度系数的乘积，获取该乘积与上述差值之间的加权求和结果，作为上述第一偏压值。

可选地，在本实施例中，在获取到第一偏压值之后，可以包括但不限于根据目标段光纤的第二环境温度及光信号强度，对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值。作为一种可选的方式，根据第二环境温度对光信号强度进行归一化处理，得到在目标温度下的光信号值；在光信号值大于第一预定阈值，或者光信号值小于第二预定阈值的情况下，确定对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值，其中，第一预定阈值大于第二预定阈值。也就是说，根据目标段光纤的光信号强度，确定当前的第一偏压值是否需要微调。在确定微调以得到第二偏压值之后，将进一步保证温度维持在相对稳定的动态范围，使得偏压控制电路得到温度补偿。

可选地，在本实施例中，在确定得出第二偏压值之后，可以但不限于将上述第二偏压值和APD变化后的温度值之间的映射关系存入数据库，以便于后续直接调用，从而达到简化偏压控制操作的目的。

可选地，在本实施例中，在获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息之前，还包括：获取APD的初始分段点基础偏压，及初始分段温度系数，并将目标段光纤置于用于参考的环境温度的情况下，对上述APD的初始分段点基础偏压及初始分段温度系数进行调整，以得到APD的参数信息及。

通过本申请提供的实施例，在获取光纤传感系统中的APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息之后，根据上述参数信息确定用于对APD进行偏压控制的第一偏压值和第二偏压值。从而使得光纤传感系统可以维持在一个相对稳定的动态温度范围内，按照上述确定出的第二偏压值对APD的偏压控制电路执行偏压控制操作。以克服相关技术中为了对APD的偏压控制电路实现非线性的温度补偿，所导致的偏压控制操作复杂度较高的问题，进而达到简化APD的偏压控制操作的目的。

作为一种可选的方案，根据APD的属性信息及第二温度值，确定第一偏压值包括：

S1，从APD的属性信息中读取APD的分段点温度、分段点基础偏压、分段温度系数，其中，分段点温度为在与APD相匹配的偏压控制模型中温度系数发生变化的温度，分段点基础偏压为在偏压控制模型中与分段点温度对应的偏压，分段温度系数为偏压控制模型中的曲线斜率，偏压控制模型用于指示APD的击穿电压与环境温度之间的关系曲线；

S2，在第二温度值大于分段点温度的情况下，获取第二温度值与分段点温度之间的第一差值；根据第一差值、分段点基础偏压及分段温度系数中的第一系数确定第一偏压值，其中，第一系数与分段点温度相匹配；

S3，在第二温度值小于分段点温度的情况下，获取第二温度值与分段点温度之间的第二差值；根据第二差值、分段点基础偏压及分段温度系数中的第二系数确定第一偏压值，其中，第二系数与分段点温度相匹配。

可选地，在本实施例中，根据APD的属性信息及第二温度值，确定第一偏压值之前，还包括：检测APD的第一环境温度；在确定APD在当前检测周期的第一环境温度为第二温度值，APD在当前检测周期之前的上一个检测周期的第一环境温度为第一温度值的情况下，确定APD的第一环境温度发生变化。

可选地，在本实施例中，可以但不限于在图1所示的偏压控制MCU1042中确定出上述第一偏压值，在图1所示的主处理器106中确定出第二偏压值。具体结合图4所示步骤S402-S418进行说明：

在偏压控制MCU 1042上电之后，如步骤S402，获取APD参数信息，并开始运行偏压温度补偿功能。然后执行步骤S404，确定是否正确配置APD参数信息。在未正确配置APD参数信息的情况下，执行步骤S406，根据默认值配置上述APD参数信息并保存。在正确配置APD参数信息的情况下，执行步骤S408，读取APD参数信息中携带的APD当前所在环境的第一环境温度，并读取目标段光纤的参数信息中携带的目标段光纤当前所在环境的第二环境温度。如步骤S410，确定APD的第一环境温度是否发生变化，在确定APD的第一环境温度从第一温度值变化到第二温度值的情况下，根据上述APD参数信息中携带的APD的属性信息(如分段点温度、分段点基础偏压、分段温度系数)，以确定第一偏压值，如步骤S412。

进一步，在确定APD的第一环境温度未变化，或确定出第一偏压值的情况下，主处理器106将执行步骤S414，确定是否对第一偏压值进行修正调整，即修正值是否改变？在确定修正值发生改变的情况下，则执行步骤S416，对第一偏压值进行调整，确定第二偏压值。而在确定修正值未发生改变，且本次分析尚未停止运行的情况下，则重新执行步骤S408。然后，根据第二偏压值控制APD的偏压控制电路执行偏压控制操作，如步骤S418。

此外，具体结合以下示例进行说明，假设在本实施例中APD的温度(T)与击穿电压(Vbr)之间的对应关系如图3(a)-图3(b)所示。本实施例中APD的属性信息包括：

1)分段点温度(T_BreakDot)：不同温度系数分割点；

2)分段点基础偏压(Vbr_base)：温度分割点处偏压；

3)分段温度系数，包括：高温段温度系数(HighT_k)和低温段温度系数(LowT_k)。其中，高温段温度系数(HighT_k)：温度高于分段点温度时，用于偏压计算的第一系数，低温段温度系数(LowT_k)：温度低于分段点温度时，用于偏压计算的第二系数；

4)微调修正值(Vmodify)：运行时，主处理器根据目标段光纤处的光信号强度及目标段光纤所在第二环境温度，确定出的用于偏压微调的修正参数。

5)实时温度(T)：APD实时检测到的当前所在环境的第一环境温度；

6)实时偏压(Vbr)：根据温度计算出来的实时APD偏压(第二偏压值)。

确定第二偏压值的计算公式可以包括但不限于：

T>T_BreakDot时，Vbr＝Vbr_base+(T-T_BreakDot)*HighT_k+Vmodify；

T<T_BreakDot时，Vbr＝Vbr_base+(T-T_BreakDot)*LowT_k+Vmodify；

其中，T>T_BreakDo用于表示APD实时检测到的当前所在环境的第一环境温度，变化后的第二温度值大于分段点温度；T<T_BreakDot用于表示APD实时检测到的当前所在环境的第一环境温度，变化后的第二温度值小于分段点温度。

通过本申请提供的实施例，在从APD的属性信息中读取APD的分段点温度、分段点基础偏压、分段温度系数之后，根据第二温度值与分段点温度之间的第一差值、分段点基础偏压及分段温度系数中的第一系数，确定第一偏压值，其中，第一系数与分段点温度相匹配，从而实现利用目标段光纤，控制APD可以在维持温度稳定在一个动态范围的情况下，完成偏压控制，以克服相关技术中为了实现温度补偿导致偏压控制操作较复杂的问题。

作为一种可选的方案，根据目标段光纤的第二环境温度及光信号强度，对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值包括：

S1，根据第二环境温度对光信号强度进行归一化处理，得到在目标温度下的光信号值；

S2，在光信号值大于第一预定阈值，或者光信号值小于第二预定阈值的情况下，确定对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值，其中，第一预定阈值大于第二预定阈值。

可选地，在本实施例中，上述步骤S2确定对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值包括：

1)在光信号值大于第一预定阈值的情况下，按照第一幅度调整减小第一偏压值，以得到第二偏压值；

2)在光信号值小于第二预定阈值的情况下，按照第二幅度调整增大第一偏压值，以得到第二偏压值。

需要说明的是，在本实施例中，在确定第一偏压值之后，可以但不限于按照固定步长幅度动态修正第一偏压值，以得到第二偏压值。其中，上述固定步长幅度可以但不限于根据实际应用场景配置为不同的取值，本实施例中对此不作任何限定。

可选地，在本实施例中，在确定对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值之后，还包括：建立第二环境温度与第二偏压值之间的映射关系；将映射关系存储至与APD对应的数据库中。

可选地，在本实施例中，可以但不限于在图1所示的偏压控制MCU1042中确定出上述第一偏压值，在图1所示的主处理器106中确定出第二偏压值。具体结合图5所示步骤S502-S512进行说明：

偏压控制MCU 1042上电后获取APD的参数信息及目标段光纤的参数信息，然后，将目标段光纤的参数信息中携带的目标段光纤所在环境的第二环境温度传递至主处理器106。此外，APD 1024将对从目标段光纤1022获取到的光信号进行光电转换，并进行模数转换，得到数字信号。该数字信号中将携带有目标段光纤的光信号强度。如步骤S504，对上述数字信号进行特定温度的归一化分析，得到在特定温度的光信号值。如步骤S506，分析该光信号值(如比较该光信号及预定阈值)，以确定是否需要对偏压控制MCU 1042确定出的第一偏压值进行微调。若确定需要微调，则执行步骤S508，确定第二偏压值，以实现微调偏压。例如，在高于预定阈值的情况下，则按照第一幅度调整减小第一偏压值，以得到第二偏压值，在低于预定阈值的情况下，则按照第二幅度调整增大第一偏压值，以得到第二偏压值。

进一步，在确定无需微调，或已确定第二偏压值完成微调的情况下，确定数据库中是否存在上述第二偏压值与第二环境温度的映射关系，以确定是否存入数据库，如步骤S510。在确定并不存在上述第二偏压值与第二环境温度的映射关系的情况下，执行步骤S512，将上述第二偏压值与第二环境温度的映射关系存入数据库。而在确定无需存入数据库，且本次分析尚未停止运行的情况下，则重新执行步骤S502。

通过本申请提供的实施例，基于对目标段光纤的参数信息的分析，确定对第一偏压值进行微调后得到的第二偏压值。从而保证对APD的偏压控制电路的精确调整。

作为一种可选的方案，获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息包括：

S1，获取APD的初始分段点基础偏压，及初始分段温度系数，其中，初始分段温度系数至少包括：第一初始系数及第二初始系数；

S2，将目标段光纤置于目标环境温度，对与APD关联的偏压控制电路执行偏压调整操作；在将偏压控制电路的偏压调整至第一目标偏压时，且通过APD进行光电转换后的电信号位于目标范围的情况下，则确定将初始分段点基础偏压更新为第一目标偏压，将第一目标偏压作为分段点基础偏压；

S3，将目标段光纤置于光纤传感系统的最大工作温度，对与APD关联的偏压控制电路执行偏压调整操作；在将偏压控制电路的偏压调整至第二目标偏压时，且通过APD进行光电转换后的电信号位于目标范围的情况下，则根据第二目标偏压和分段点基础偏压，及分段点温度和最大工作温度，确定第一系数，并将第一初始系数更新为第一系数；

S4，将目标段光纤置于光纤传感系统的最小工作温度，对与APD关联的偏压控制电路执行偏压调整操作；在将偏压控制电路的偏压调整至第三目标偏压时，且通过APD进行光电转换后的电信号位于目标范围的情况下，则根据第三目标偏压和分段点基础偏压，及分段点温度和最小工作温度，确定第二系数，并将第二初始系数更新为第二系数。

可选地，在本实施例中，根据第二目标偏压和分段点基础偏压，及分段点温度和最大工作温度，确定第一系数包括：获取第二目标偏压和分段点基础偏压二者之间的第一偏压差值，及分段点温度和最大工作温度二者之间的第一温度差值；获取第一偏压差值及第一温度差值二者之间的比值，作为第一系数；

可选地，在本实施例中，根据第三目标偏压和分段点基础偏压，及分段点温度和最小工作温度，确定第二系数包括：获取第三目标偏压和分段点基础偏压二者之间的第二偏压差值，及分段点温度和最小工作温度二者之间的第二温度差值；获取第二偏压差值及第二温度差值二者之间的比值，作为第二系数。

具体结合以下示例进行说明：

在获取APD的初始分段点基础偏压，及初始分段温度系数之后，将目标段光纤置于特定常温温度(目标环境温度)，将偏压修正值设为0，调节APD偏压，将经APD光电转化及多级放大后的电压或电流信号调节到目标值或范围，记录下此时的偏压记录为分段点基础偏压Vbr_base，以更新初始分段点基础偏压；

将目标段光纤置于系统工作温度上限，将偏压修正值设为0，调节APD偏压，将经APD光电转化及多级放大后的电压或电流信号调节到目标值或范围，记录下此时的偏压记录为Vbr_max，计算出高温段温度系数(HighT_k)，以更新第一初始系数：

HighT_k＝(Vbr_max-Vbr_base)/(T_max-T_BreakDot)；

将目标段光纤置于系统工作温度下限，将偏压修正值设为0，调节APD偏压，将经APD光电转化及多级放大后的电压或电流信号调节到目标值或范围，记录下此时的偏压记录为Vbr_low，计算出低温段温度系数(LowT_k)，以更新第二初始系数：

LowT_k＝(Vbr_base-Vbr_low)/(T_BreakDot-Vbr_low)；

将记录和计算出来的APD参数下载到偏压控制MCU，以使偏压控制MCU利用上述调整后的APD的参数信息进行偏压补偿控制。

通过本申请提供的实施例，通过对APD预先设置的初始属性信息进行调整，得到与APD的环境温度范围相适配的属性信息，从而进一步保证APD偏压控制的准确性。

此外，在本实施例中，上述APD的偏压控制方法可以但不限于应用于如图6所示的偏压控制装置中。

1)APD光接收模块102包括：目标段光纤1022、APD1024、放大电路1026及模数转换电路1028；此外，还包括与APD关联的温度传感器1030及与目标段光纤关联的温度传感器1032。其中，通过传感光纤100导入的光信号，通过目标段光纤1022及APD 1024，得到电信号，经过放大电路1026的多级放大后，输入模数转换电路1028，得到数字信号，该数字信号中携带有目标段光纤的光信号强度。将该数字信号传递至主处理器106。

2)APD偏压控制模块104包括：偏压控制MCU 1042、APD偏压控制电路1044及数模转换器1046。其中，偏压控制MCU 1042将通过上述与APD关联的温度传感器1030获取APD当前所在环境的第一环境温度，通过与目标段光纤关联的温度传感器1032获取目标段光纤当前所在环境的第二环境温度，并将该第二环境温度传递至主处理器106。进一步，偏压控制MCU1042在根据第一环境温度确定APD的环境温度发生变化的情况下，将根据APD的属性信息确定出用于偏压调整的第一偏压值，以实现自动粗调。

3)主处理器106，用于实现光纤传感分析，如数据解调、特征分析、模式识别及报警分析等。主处理器106通过模数转换电路1028获取目标段光纤的光信号强度，并结合目标段光纤的第二环境温度进行归一化处理。进一步，将归一化后的结果与预定条件中的预定阈值进行比较，判断是否需要微调APD偏压。在确定需要微调APD偏压的情况下，计算对第一偏压值进行微调后的第二偏压值，并将该第二偏压值反馈给偏压控制MCU1042，以使偏压控制MCU 1042将上述携带有第二偏压值的信号通过数模转换器1046的转换处理后，作用于APD偏压控制电路1044。从而实现按照第二偏压值控制偏压控制电路1044执行偏压控制操作。进一步，还可以将上述目标段光纤的第二环境温度和确定出的第二偏压值匹配的组合记录下来，存入数据库，用于后续分析和使用。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例2

在本实施例中还提供了一种雪崩光电二极管的偏压控制装置，应用于光纤传感系统中，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。如图7所示，上述装置包括：

1)目标段光纤702，用于连接传感光纤；

2)雪崩光电二极管APD 704，与目标段光纤702连接，用于对光信号进行光电转换；

3)偏压控制处理器706，用于获取APD的参数信息，其中，APD的参数信息包括APD的属性信息及APD当前所在环境的第一环境温度；还用于在检测到APD的第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据APD的属性信息及第二温度值，确定第一偏压值；

4)主处理器708，与偏压控制处理器706连接，用于获取与APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，目标段光纤的参数信息包括目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及目标段光纤在第二环境温度下的光信号强度；还用于根据目标段光纤的第二环境温度及光信号强度，对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；

5)偏压控制电路710，与偏压控制处理器706连接，用于按照第二偏压值执行偏压控制操作。

可选地，在本实施例中，上述装置还包括：

6)放大电路，与APD连接，用于将APD光电转换后的电信号进行放大处理；

7)模数转换电路，与放大电路连接，用于将电信号转换为数字光信号，还用于将数字光信号发送给主处理器，其中，数字光信号中携带有目标段光纤的光信号强度。

可选地，在本实施例中，上述偏压控制处理器，用于通过与APD连接的第一温度传感器，以获取第一环境温度；还用于通过与目标段光纤连接的第二温度传感器，以获取第二环境温度，并将第二环境温度传递给主处理器。

本实施例中具体的执行示例可以参考上述实施例1中记载的示例，逻辑耦合连接关系可以如图6所示，本实施例中对此不再赘述。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

实施例3

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，APD的参数信息包括APD的属性信息及APD当前所在环境的第一环境温度，目标段光纤的参数信息包括目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及目标段光纤在第二环境温度下的光信号强度；

S2，在检测到APD的第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据APD的属性信息及第二温度值，确定第一偏压值；

S3，根据目标段光纤的第二环境温度及光信号强度，对第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；

S4，按照第二偏压值对与APD关联的偏压控制电路执行偏压控制操作。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种雪崩光电二极管的偏压控制方法，其特征在于，包括：

获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与所述APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，所述APD的参数信息包括所述APD的属性信息及所述APD当前所在环境的第一环境温度，所述目标段光纤的参数信息包括所述目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及所述目标段光纤在所述第二环境温度下的光信号强度；

在检测到所述APD的所述第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据所述APD的属性信息及所述第二温度值，确定第一偏压值；

根据所述目标段光纤的所述第二环境温度及所述光信号强度，对所述第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；

按照所述第二偏压值对与所述APD关联的偏压控制电路执行偏压控制操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述APD的属性信息及所述第二温度值，确定第一偏压值包括：

从所述APD的属性信息中读取所述APD的分段点温度、分段点基础偏压、分段温度系数，其中，所述分段点温度为在与所述APD相匹配的偏压控制模型中温度系数发生变化的温度，所述分段点基础偏压为在所述偏压控制模型中与所述分段点温度对应的偏压，所述分段温度系数为所述偏压控制模型中的曲线斜率，所述偏压控制模型用于指示所述APD的击穿电压与环境温度之间的关系曲线；

在所述第二温度值大于所述分段点温度的情况下，获取所述第二温度值与所述分段点温度之间的第一差值；根据所述第一差值、所述分段点基础偏压及所述分段温度系数中的第一系数确定所述第一偏压值，其中，所述第一系数与所述分段点温度相匹配；

在所述第二温度值小于所述分段点温度的情况下，获取所述第二温度值与所述分段点温度之间的第二差值；根据所述第二差值、所述分段点基础偏压及所述分段温度系数中的第二系数确定所述第一偏压值，其中，所述第二系数与所述分段点温度相匹配。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述APD的属性信息及所述第二温度值，确定第一偏压值之前，还包括：

检测所述APD的所述第一环境温度；

在确定所述APD在当前检测周期的所述第一环境温度为所述第二温度值，所述APD在所述当前检测周期之前的上一个检测周期的所述第一环境温度为所述第一温度值的情况下，确定所述APD的所述第一环境温度发生变化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标段光纤的所述第二环境温度及所述光信号强度，对所述第一偏压值进行调整，得到第二偏压值包括：

根据所述第二环境温度对所述光信号强度进行归一化处理，得到在目标温度下的光信号值；

在所述光信号值大于第一预定阈值，或者所述光信号值小于第二预定阈值的情况下，确定对所述第一偏压值进行调整，得到所述第二偏压值，其中，所述第一预定阈值大于所述第二预定阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定对所述第一偏压值进行调整，得到所述第二偏压值包括：

在所述光信号值大于所述第一预定阈值的情况下，按照第一幅度调整减小所述第一偏压值，以得到所述第二偏压值；

在所述光信号值小于所述第二预定阈值的情况下，按照第二幅度调整增大所述第一偏压值，以得到所述第二偏压值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述确定对所述第一偏压值进行调整，得到所述第二偏压值之后，还包括：

建立所述第二环境温度与所述第二偏压值之间的映射关系；

将所述映射关系存储至与所述APD对应的数据库中。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取位于光纤传感系统中的雪崩光电二极管APD的参数信息及与所述APD连接的目标段光纤的参数信息包括：

获取所述APD的初始分段点基础偏压，及初始分段温度系数，其中，所述初始分段温度系数至少包括：第一初始系数及第二初始系数；

将所述目标段光纤置于目标环境温度，对与所述APD关联的所述偏压控制电路执行偏压调整操作；在将所述偏压控制电路的偏压调整至第一目标偏压时，且通过所述APD进行光电转换后的电信号位于目标范围的情况下，则确定将所述初始分段点基础偏压更新为所述第一目标偏压，将所述第一目标偏压作为所述分段点基础偏压；

将所述目标段光纤置于所述光纤传感系统的最大工作温度，对与所述APD关联的所述偏压控制电路执行偏压调整操作；在将所述偏压控制电路的偏压调整至第二目标偏压时，且通过所述APD进行光电转换后的电信号位于所述目标范围的情况下，则根据所述第二目标偏压和所述分段点基础偏压，及所述分段点温度和所述最大工作温度，确定所述第一系数，并将所述第一初始系数更新为所述第一系数；

将所述目标段光纤置于所述光纤传感系统的最小工作温度，对与所述APD关联的所述偏压控制电路执行偏压调整操作；在将所述偏压控制电路的偏压调整至第三目标偏压时，且通过所述APD进行光电转换后的电信号位于所述目标范围的情况下，则根据所述第三目标偏压和所述分段点基础偏压，及所述分段点温度和所述最小工作温度，确定所述第二系数，并将所述第二初始系数更新为所述第二系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述根据所述第二目标偏压和所述分段点基础偏压，及所述分段点温度和所述最大工作温度，确定所述第一系数包括：

获取所述第二目标偏压和所述分段点基础偏压二者之间的第一偏压差值，及所述分段点温度和所述最大工作温度二者之间的第一温度差值；

获取所述第一偏压差值及所述第一温度差值二者之间的比值，作为所述第一系数；

所述根据所述第三目标偏压和所述分段点基础偏压，及所述分段点温度和所述最小工作温度，确定所述第二系数包括：

获取所述第三目标偏压和所述分段点基础偏压二者之间的第二偏压差值，及所述分段点温度和所述最小工作温度二者之间的第二温度差值；

获取所述第二偏压差值及所述第二温度差值二者之间的比值，作为所述第二系数。

9.一种雪崩光电二极管的偏压控制装置，其特征在于，应用于光纤传感系统中，包括：

目标段光纤，用于连接传感光纤；

雪崩光电二极管APD，与所述目标段光纤连接，用于对光信号进行光电转换；

偏压控制处理器，用于获取所述APD的参数信息，其中，所述APD的参数信息包括所述APD的属性信息及所述APD当前所在环境的第一环境温度；还用于在检测到所述APD的所述第一环境温度从第一温度值变化为第二温度值的情况下，根据所述APD的属性信息及所述第二温度值，确定第一偏压值；

主处理器，与所述偏压控制处理器连接，用于获取与所述APD连接的目标段光纤的参数信息，其中，所述目标段光纤的参数信息包括所述目标段光纤当前所在环境的第二环境温度以及所述目标段光纤在所述第二环境温度下的光信号强度；还用于根据所述目标段光纤的所述第二环境温度及所述光信号强度，对所述第一偏压值进行调整，得到第二偏压值；

偏压控制电路，与所述偏压控制处理器连接，用于按照所述第二偏压值执行偏压控制操作。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

放大电路，与所述APD连接，用于将所述APD光电转换后的电信号进行放大处理；

模数转换电路，与所述放大电路连接，用于将所述电信号转换为数字光信号，还用于将所述数字光信号发送给所述主处理器，其中，所述数字光信号中携带有所述目标段光纤的所述光信号强度。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

所述偏压控制处理器，用于通过与所述APD连接的第一温度传感器，以获取所述第一环境温度；还用于通过与所述目标段光纤连接的第二温度传感器，以获取所述第二环境温度，并将所述第二环境温度传递给所述主处理器。

12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至8任一项中所述的方法。

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