CN112711100B - 一种电力系统中mems光开关切换路径优化控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制装置和方法，利用装置扫描MEMS光开关的入射光处于转镜可调范围内的任意位置时各个通道的光信号功率，使MEMS光开关在切换通道时可以对通道切换时间和切换时对其他通道的串扰两个要素进行权衡，从而在保证切换时间的前提下将MEMS光开关在切换时和其他通道之间的相互影响降到最低。

Description

一种电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制装置和方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制装置和方法。

背景技术

随着科学技术的发展，光开关的应用也越来越广泛，其不仅能在通讯网络中起到重要的作用，还能应用于军事设备、医疗器械和电子仪表等方面。而MEMS光开关由于其具有体积小、重量小、损耗低、寿命长和可靠性高等优点，逐步在光开关的应用中占据了越来越重要的地位。

在电力系统中，特别是高压、特高压电力设备的场合，一般经常会使用到光控晶闸管来控制电力电路的工作。光控晶闸管又称为光触发晶闸管，是利用一定波长一定功率的光信号进行触发工作的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘状态，并且可以避免工作状态受到电磁干扰的影响。目前在光控光信号的光纤传输线路中，为了保障传输光纤的工作状态，越来越多的开始使用在线OTDR对传输光纤进行监控，同时使用MEMS光开关控制OTDR在监控光纤和故障备用光纤之间进行切换。而一般光控信号的光功率较大，很容易对OTDR造成影响甚至损坏，所以在光通道的切换过程中，应当尽量避免切换光路径经过光控信号的通道。

目前现有的解决方案是通过MEMS光开关需要切换的通道点的坐标进行计算，通过周围通道的夹角和距离得到所需的hitless点，从而避开所要切换通道路径中间的通道点，该方法的优点在于一定程度上避免了对其他通道的干扰，而缺点在于当通道环境较为复杂时，采用这种方式计算hitless点耗时过长，甚至可能出现无法计算出可以避免干扰其他通道的hitless点的情况。

基于此，本发明提出了一种电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制装置和方法，以至少解决上述背景技术中存在的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种电力系统中MEMS光开关切换路径优化控制装置和方法。通过扫描MEMS光开关的入射光处于转镜可调范围内的任意位置时各个通道的光信号功率，使MEMS光开关在切换通道时可以对通道切换时间和切换时对其他通道的串扰两个要素进行权衡，从而在保证切换时间的前提下将MEMS光开关在切换时和其他通道之间的相互影响降到最低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种MEMS光开关切换路径优化控制装置，包括发光模块、接收模块、校准模块和光开关模块。所述发光模块第一输出端与所述校准模块输入端连接，所述发光模块第二输出端与所述光开关模块输入端连接，所述光开关模块输出端与所述接收模块连接，所述校准模块对所述发光模块发射的光信号进行标定，发光模块所述接收模块可同时接收多路光信号并对其进行解析处理。

优选地，所述发光模块稳定输出可调节功率的光信号，并且光信号波长可调节，所述发光模块具体采用波长可调谐激光器模块，其内部的ASE光源产生宽带稳定光信号，利用环形器经恒温环境的光纤光栅反射后，其光信号通过可调光衰减器对外输出，光信号波长的调节需要通过多路光开关选择不同波长的光纤光栅进行切换，并通过调节可调光衰减器进而调节输出光信号的功率，发光模块需要开机一段时间进行预热使其发出的光信号保持稳定。

优选地，所述接收模块与光开关模块相连，可以同时接收多路光信号并对其进行解析处理。

优选地，所述校准模块与发光模块相连，对发光模块发出的光信号进行标定，所述校准模块中通过50：50的1x2光分路器与发光模块相连，并采用PIN光电二极管对光信号进行光电转换，使用对数放大器AD8304对转换后的电信号进行对数放大。

优选地，所述光开关模块至少为两路通道的MEMS光开关，例如，采用16路MEMS光开关，MEMS光开关通过电压控制内部转镜的方式将入射光切换至各个通道，其光路部分包括1路公共端及16路开关通道，电路部分使用AD5504四通道DAC控制其内部转镜的偏转角度。

优选地，所述接收模块中采用多路通道光功率检测，每一路都配置一个PIN光电二极管和对数放大器AD8304，光功率检测需要进行统一校正

一种MEMS光开关切换路径优化控制装置优化光开关切换路径的方法，包括如下步骤：

1）将发光模块与校准模块相连，通过光功率计对发光模块发出的光信号进行测量，调整校准模块的自校参数，使其测量结果与光功率计保持一致，并测量此时发光模块与光开关模块相连处的光信号功率；

2）调节发光模块发出的光信号的功率以及波长，并重复上述步骤1），直到校准所需的所有参数；

3）将光开关模块的每一路通道与接收模块相连；

4）对光开关各个通道进行完整扫描，得到光开关的入射光处于转镜可调范围内的任意位置时各个通道的光信号功率；

5）设定通道串扰上限参数及切换时间上限参数；

6）根据上述步骤4）和5），得到任意两个通道间低于通道串扰设定参数的多条路径，其中经过扫描像素点最少的切换路径的切换时间最短；

7）对同时满足通道串扰上限参数及切换时间上限参数的任意两个通道间的最优切换路径进行记录；

8）如果切换时间不满足设定的切换时间上限参数，则提高切换时间上限参数或者提高通道串扰上限参数。

本发明相比现有技术具有如下的有益效果：

本发明通过扫描MEMS光开关的入射光处于转镜可调范围内的任意位置时各个通道的光信号功率，使MEMS光开关在切换通道时可以对通道切换时间和切换时对其他通道的串扰两个要素进行权衡，从而在保证切换时间的前提下将MEMS光开关在切换时和其他通道之间的相互影响降到最低。

附图说明

图1为实施例中装置的结构示意框图；

图2为实施例中装置的原理示意框图；

图中，1.发光模块； 2.校准模块； 3.光开关模块； 4.接收模块； 5.ASE宽带光源；6.环形器； 7.多路光开关； 8.光纤光栅； 9.可调光衰减器； 10.1x2光分路器； 11.PD；12.16路MEMS光开关。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参照图1-2，一种MEMS光开关切换路径优化控制装置，包括发光模块1、接收模块4、校准模块2和光开关模块3。发光模块1第一输出端与校准模块2输入端连接，发光模块1第二输出端与光开关模块3输入端连接，光开关模块3输出端与接收模块4连接，校准模块2对发光模块1发射的光信号进行标定，发光模块1接收模块4可同时接收多路光信号并对其进行解析处理。

进一步地，所述发光模块1中采用波长可调谐激光器模块，其内部的ASE光源5产生宽带稳定光信号，利用环形器6经恒温环境的光纤光栅8反射后，其光信号通过可调光衰减器9对外输出，光信号波长的调节需要通过多路光开关7选择不同波长的光纤光栅8进行切换，并通过调节可调光衰减器9进而调节输出光信号的功率，发光模块1需要开机一段时间进行预热使其发出的光信号保持稳定。

进一步地，校准模块2中通过50：50的1x2光分路器与发光模块1相连，并采用PIN光电二极管对光信号进行光电转换，使用对数放大器AD8304对转换后的电信号进行对数放大。

进一步地，光开关模块3至少为两路通道的MEMS光开关，例如，采用16路MEMS光开关，光路部分其包括1路公共端及16路开关通道，电路部分使用AD5504四通道DAC控制其内部转镜的偏转角度。

进一步地，接收模块4中采用多路通道光功率检测，每一路都配置一个PIN光电二极管和对数放大器AD8304，光功率检测需要进行统一校正。

根据上述MEMS光开关切换路径优化控制装置优化光开关切换路径的方法，包括如下步骤：

1）将发光模块1与校准模块2、光开关模块3相连，首先发光模块1切换至第一波长的光信号输出，其输出的光信号通过50：50的1x2光分路器公共端输入并输出至校准模块2和光开关模块3。

2）通过光功率计在50：50的1x2光分路器的输出端进行光功率测量，与校准模块2接收到的光信号进行对比校正，使其测量结果与光功率计保持一致。3）通过调节发光模块1内部的可调光衰减器，对发光模块1输出光信号的功率进行调节，记录对应曲线及重复步骤2进行同一波长下的光功率校准。

4）通过切换发光模块1内部的光纤光栅对发光模块1发出的光信号的波长进行切换，并重复步骤2及步骤3，直到校准所需的所有参数。

5）将光开关模块3的每一路通道与接收模块4相连。

6）通过AD5504四通道DAC调节光开关模块3的转镜驱动电压，使转镜在其可控范围内进行转动，接收模块4同步对光开关各个通道进行光信号功率的读取，可以得到光开关的入射光处于转镜可调范围内的任意位置时各个通道的光信号功率。

7）设定通道串扰上限参数及切换时间上限参数，本例中通道串扰的上限参数设置为50dB，切换时间上限参数设置为10ms。

8）通过程序随机生成光开关通道号，使光开关在各个通道之间随机切换。

9）由6）和7）可以得到任意两个通道间低于通道串扰设定参数的多条路径，其中经过扫描像素点最少的切换路径的切换时间最短。

10）将同时满足通道串扰上限参数及切换时间上限参数的任意两个通道间的最优切换路径进行记录。

11）光开关模块在光开关切换时，切换路径根据设定的通道串扰指标进行优化控制，光开关将在各个通道低于通道串扰指标的路径中选取最短的切换路径，则在保证了切换时间的前提下避免对切换路径上的相邻通道产生串扰。

需要说明的是，在本文中，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。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种MEMS光开关切换路径优化控制装置优化光开关切换路径的方法，其特征在于，所述MEMS光开关切换路径优化控制装置包括发光模块（1）、校准模块（2）、光开关模块（3）以及接收模块（4）；所述发光模块（1）第一输出端与所述校准模块（2）输入端连接，所述发光模块（1）第二输出端与所述光开关模块（3）输入端连接，所述光开关模块（3）输出端与所述接收模块（4）连接，所述校准模块（2）对所述发光模块（1）发射的光信号进行标定，所述接收模块（4）可同时接收多路光信号并对其进行解析处理；所述发光模块（1）采用波长可调谐激光器模块，所述发光模块（1）包括ASE光源（5）、环形器（6）、光纤光栅（8）、多路光开关（7）以及可调光衰减器（9），所述发光模块（1）其内部的ASE光源（5）产生宽带稳定光信号，利用环形器（6）经恒温环境的光纤光栅（8）反射后，其光信号通过可调光衰减器（9）对外输出，光信号波长的调节通过多路光开关（7）选择不同波长的光纤光栅（8）进行切换，并通过调节可调光衰减器（9）进而调节输出光信号的功率，所述发光模块（1）稳定输出可调节功率的光信号，并且所述光信号波长可调节；所述方法具体包括如下步骤：

1）将发光模块（1）与校准模块（2）、光开关模块（3）相连，首先发光模块（1）切换至第一波长的光信号输出，其输出的光信号通过50：50的1x2光分路器公共端输入并输出至校准模块（2）和光开关模块（3）；

2）通过光功率计在50：50的1x2光分路器的输出端进行光功率测量，与校准模块（2）接收到的光信号进行对比校正，使其测量结果与光功率计保持一致；

3）通过调节发光模块（1）内部的可调光衰减器，对发光模块（1）输出光信号的功率进行调节，记录对应曲线，及重复步骤2）进行同一波长下的光功率校准；

4）通过切换发光模块（1）内部的光纤光栅对发光模块（1）发出的光信号的波长进行切换，并重复步骤（2）和步骤（3），直到校准所需的所有参数；

5）将光开关模块（3）的每一路通道与接收模块（4）相连；

6）通过AD5504四通道DAC调节光开关模块（3）的转镜驱动电压，使转镜在其可控范围内进行转动，接收模块（4）同步对光开关各个通道进行光信号功率的读取，得到光开关的入射光处于转镜可调范围内的任意位置时各个通道的光信号功率；

7）设定通道串扰上限参数及切换时间上限参数；

8）通过程序随机生成光开关通道号，使光开关在各个通道之间随机切换；

9）由步骤6）和7）得到任意两个通道间低于通道串扰设定参数的多条路径，其中经过扫描像素点最少的切换路径的切换时间最短；

10）将同时满足通道串扰上限参数及切换时间上限参数的任意两个通道间的最优切换路径进行记录；

11）光开关模块在光开关切换时，切换路径根据设定的通道串扰指标进行优化控制，光开关将在各个通道低于通道串扰指标的路径中选取最短的切换路径。

2.根据权利要求1所述的一种MEMS光开关切换路径优化控制装置优化光开关切换路径的方法，其特征在于，所述发光模块（1）需要开机一段时间进行预热使其发出的光信号保持稳定。

3.根据权利要求2所述的一种MEMS光开关切换路径优化控制装置优化光开关切换路径的方法，其特征在于，所述光开关模块（3）至少为两路通道的MEMS光开关，MEMS光开关通过电压控制内部转镜的方式将入射光切换至各个通道。

4.根据权利要求3所述的一种MEMS光开关切换路径优化控制装置优化光开关切换路径的方法，其特征在于：所述光开关模块（3）采用16路MEMS光开关，其光路部分包括1路公共端及16路开关通道，电路部分使用AD5504四通道DAC控制其内部转镜的偏转角度。

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