CN1499281A - 光放大的安全控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种光放大的安全控制装置，包括强光输出光器件组、隔离器、设备光接口、光功率采集装置和检测信息处理及控制电路。本发明还提供一种光放大的安全控制方法，利用所反馈的反射系数信息来进行设备工作的安全性判断，对设备自动实施安全控制，从而避免使用具有强光功率输出的设施时可能造成的人员损伤，及在出现设备光端口连接器没有接好、连接器端面损坏、及设备内外其它相关器件损坏时所造成设备功能损伤，对设备自动实施安全控制。

Description

光放大的安全控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种光放大的安全控制方法和装置，尤其涉及光通信系统中的光放大装置。
背景技术
在密集波分复用系统中，为了实现传输距离的延长要使用光放大器。一种方法是将大功率的泵浦光馈入光纤，由于光纤中的受激RAMAN散射效应(SRS效应)，泵浦光能量会转移到比其波长长的信号光中，实现信号光的放大。另一种方法是使用光纤放大器(例如掺铒光纤放大器)，就是将一定功率的泵浦光馈入特种光纤，由于光纤中粒子受激产生的能级跃迁，使泵浦光能量转移到比其波长长的信号光中，实现信号光的放大。以上两种放大器适合WDM设备实现宽带放大。可能使用的放大器还包括半导体光放大器，依靠向半导体异质节中注入足够的电流，造成能量转移使通过其的信号光得到放大。无论以上何种放大器或激光器，均可以通过改变驱动电流来实现光功率的控制。在目前使用的光通信设备中，放大器输出为较大功率不可见激光辐射，例如为了实现C波段信号在G.652光纤中的分布式放大，RAMAN放大器通过设备光端口输出到光缆中的泵浦激光辐射功率可达到数百至1000毫瓦，而光纤激光器所放大的信号光功率通过光端口输出入到光缆时也可以达到100毫瓦以上。在没有对设备进行相关的安全性控制时，放大器工作中设备调试人员应小心避开其连接器端面，避免灼伤眼睛及皮肤。在使用之前，务必保持输出尾纤端面清洁，防止强光功率令附着在光纤端面的尘埃炭化而导致端面损坏。在设备光端口使用的连接器没有接好、连接器端面损坏、及设备内其它相关器件损坏时所造成的反射光功率过大，也可能给设备的硬件设施带来损伤、影响设备的性能。减小光功率可以使设备或人员获得安全性保障，待设备缺陷被排除后再使之恢复正常。
公开发表的专利文献US6417965 Optical amplifier control system公布了一种对放大器输入、输出光进行分光检测和根据检测结果对放大器泵浦激光器进行控制的电路系统。但其与本发明装置解决的实质问题不同，未说明存在反射光检测，不存在根据反射系数检测结果进行安全性控制的方法，也不存在本发明所述外部通信和控制手段。因此不具备本发明所达到的有益结果。
发明内容
为避免使用具有强光功率输出的设施时可能造成的人员损伤，及在出现设备光端口连接器没有接好、连接器端面损坏、及设备内外其它相关器件损坏时所造成设备功能损伤，本发明提供一种光放大的安全控制方法和装置。
本发明是这样实现的：一种光放大的安全控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)启动CPU系统，自存储器中装载可执行程序；
(2)读取存储器配置列表中的输出光功率配置值Pc、反射输入光功率阈值Pri-th、反射输出光功率阈值Pro-th和反映光接口工作状态的反射系数阈值R-th3，若配置列表为空则使用上述各量的缺省值；
(3)进行性能检测，得到反射光功率检测量Pr-mon，输出光功率检测量P-mon；
(4)判断Pr-mon，P-mon是否在有效范围内？如是则进入步骤5，若否则进入步骤9；
(5)分别计算反射光功率性能值Pr、输出光功率性能值P、反射系数R、反射输入光功率性能值Pri、反射输出光功率性能值Pro、反映反射光输入功率的反射系数阈值R-th1和反映反射输出光功率的反射系数阈值R-th2，将结果存入存储器的性能列表；
(6)判断R＜MAX(R-th1，R-th2，R-th3)？若是则进入步骤7，若否则进入步骤11；
(7)产生告警并向设备管理系统上报，当新产生的告警与存储器中原告警列表记录不同时，修改告警列表；
(8)实施光功率控制，使输出光功率减小到安全值以下；
(9)查询命令堆栈有无接收报文？若无则进入步骤3，实施循环性能检测，若有进入步骤10；
(10)进行报文处理，完成后进入步骤3，继续实施循环性能检测。
(11)若步骤6实施判断的结果是反射系数正常，则删除存储器中当前告警列表，进入步骤12；
(12)比较当前输出光功率性能值P和配置值Pc，是否在准许的调节误差的范围内？若是当前功率值正常，进入步骤9，若否则进入步骤13。
(13)比较当前输出光功率性能值P是否小于配置值Pc？若是则进入步骤15，若否则进入步骤14；
(14)实施光功率控制，降低输出光功率至Pc，完成后进入步骤9；
(15)实施光功率控制，提高输出光功率至Pc，完成后进入步骤9。
本发明的一种光放大的安全控制装置，包括：一强光输出光器件组，用于产生高功率泵浦光；一隔离器，用于保证光功率的单向传递，限制光功率的反向传递；一设备光接口，用于将泵浦光功率输出到设备外部所连接的光纤；一光功率采集装置，用于采集输出光功率检测量P-mon和反射光功率检测量Pr-mon；一检测信息处理及控制电路，对所得输出光功率检测量P-mon和反射光功率检测量Pr-mon进行信息转换，根据所得转换信息计算得出反射系数R，根据所得反射系数R对所述强光输出光器件组自动进行光功率控制。
根据上述技术方案：所述的强光输出器件组是通过改变驱动电流来控制光功率的放大器或激光器。所述的通过改变驱动电流来控制光功率的放大器是集总式放大器或分布式RAMAN放大器。所述的通过改变驱动电流来控制光功率的激光器是由一个或多个激光器组合而成。所述的集总式放大器是由一只或多只的光纤放大器或半导体放大器组合而成。所述的分布式放大器具有一只或多只激光源构成的泵浦，这些激光源的输出功率受到控制。还包括一合成泵浦光和信号光的合波器。还包括一输入待放大的光信号的输入光接口所述的光功率采集装置是比例耦合器。所述的设备光接口是活动式光纤连接器。所述的检测信息处理及控制电路包括：一光电转换装置，用于将所得输出光功率检测量P-mon和反射光功率检测量Pr-mon分别转换为相应的模拟检测信号；一光功率模数转换电路，将由光电转换装置传送来的模拟检测信号分别转换为相应的数字信号；一控制单元，根据从光功率模数转换电路传送来数字信号，计算反射系数，根据所得反射系数自动下达功率控制指令，和对光器件组实施功率控制，下达性能检测指令；一光器件组功率控制和性能采集电路，接收由控制单元发出的功率控制指令，经数模转换后，实施光器件功率自动控制，和接受由控制单元发出的性能检测指令，检测光器件的性能，将所得信息经模数转换后输入控制单元。所述的光电转换装置是光电检测二极管。所述控制单元有通信接口，使所述控制单元与设备通信总线相连接，将光放大装置的工作状态信息上报设备管理系统，并接收设备管理系统的控制。所述光器件组功率控制和性能采集电路上有电接口，使所述光器件组功率控制和性能采集电路与各个光器件相连接，实现功率控制和性能采集。
采用本发明所述装置，与现有技术相比，取得了有强光输出的设施尤其是光通信设备中放大器工作安全性保证方式的进步，达到了通过检测输出反射系数对放大器(或其他强光输出设施)自动实现功率控制的效果，使设备或人员获得更多的安全性保障。
附图说明
图1是RAMAN放大器反射光检测及自动光功率控制装置结构图；
图2是集总式放大器反射光检测及自动光功率控制装置结构图；
图3是检测信息处理及控制电路电路结构框图；
图4是反射系数的检测范围示意图；
图5是运行在控制单元中的软件流程图。
具体实施方式
下文详细介绍本发明各个组成部分的实施方案，各个组成部分之间的光、电连接关系、控制方式、软件工作方法、及本发明所述装置通过设备总线实现的通信功能。
(1)硬件组成
在图1中，给出了通过反射系数检测实现RAMAN放大器安全性控制的
实施例。其中
G1是产生泵浦激光并向设备外部输出强光功率的光器件组，在G1中
P1是通用的泵浦激光器组，由1只或多只激光器组成，所有N只激光器通过电接口JP1，JP2，...，JPN与控制电路C2相连接。P1在正常工作时可以输出满足设备工作要求的激光辐射。
I是隔离器，保证光功率的单向传递，与隔离器箭头方向相反的光功率将被隔离。I的反向隔离度为i[dB]。
T是带有4个光端口的比例耦合器，分光比例为x∶y，即由端口1输入的光功率p1[mw]，将有p1×y/(x+y)[mw]输出到端口2，有p1×x/(x+y)[mw]输出到端口4；相反，若由端口2输入光功率p2[mw]，将有p2×y/(x+y)[mw]输出到端口1，有p1×x/(x+y)[mw]输出到端口3。当泵浦光功率从端口1输入、按比例由端口2和端口4输出时，其端口2下游的器件所产生的反射光将沿光导从端口2输入、按比例从端口1和端口3输出。为了减小耦合器对输出光功率的影响，应选择x＜＜y。端口4和端口3输出的光分别做为输出光功率的检测量(P-mon)和反射光功率的检测量(Pr-mon)。
W是合波器，端口1和端口3之间构成泵浦光通路，端口2和端口3之间则构成信号光通路。泵浦光由端口1输入、端口3输出。若信号光由端口2输入、端口3输出(即a方向)，是正向应用放大器；若信号光由端口3输入、端口2输出(即b方向)，是反向应用的放大器。端口1存在泵浦光(p)，端口2存在信号光(s)，端口3则存在泵浦和信号的混合光(p+s)。W的插入损耗为w[dB]，端口2和端口3之间的隔离度为iw[dB]。
Co是用活动式光纤连接器实现的设备光接口。泵浦光功率将通过此连接器输出到设备外部所连接的光纤。
E是检测信息处理及控制电路。在E中
PD1和PD2是两只光电检测二极管，分别对所述输出光功率检测量P-mon和反射光功率检测量Pr-mon进行光电转换。
C1包含双路放大及A/D转换电路，从P1和P2输出的模拟检测信号被输入到C1中，经过适当放大和进行A/D转换，以数字信号方式获得上述输出功率和反射功率的检测值。
CS是一个控制单元。从C1输出的数字信号被输入到CS内的CPU中，计算输出反射系数。在CS中运行的软件可以根据所得出的反射系数值进行判断，按照下文第(4)节说明的方法自动实施功率控制。
C2是功率控制电路。C2受到CS的管理，并通过泵浦激光器接口与P1相连接。
B是设备通信总线，CS可以通过其包含的通信接口与设备通信总线B相连接，使本发明的装置能够通过通信总线将所述放大器(或其他强光输出设施)的工作状态信息上报到设备管理系统，并能够接受设备管理系统的控制。
在图2中，给出了通过反射系数检测实现集总式放大器安全性控制的装置结构图，作为体现与图1相同设计构思的另一实施例。
与图1的结构相似，G2是实现信号光放大和向设备外部输出强光功率的光器件组，在G2中
P2是集总式放大器，由1只或多只光学放大器件组成，以光纤放大器为例，其中包含1只或多只泵浦激光器。所有N只激光器通过电接口JP1，JP2，...，JPN与控制电路C2相连接。P2在正常工作时可以输出满足设备工作要求的信号光。
I的含义与图1相同。
T的含义与图1相同。
Ci是本装置的输入光接口，待放大的光信号经过Ci输入到P2中。
Co的含义与图1相同。
E及E内部的各组成部分含义与图1相同。其中的C2通过泵浦激光器电接口JP1，JP2，...，JPN与P2相连接。
B的含义与图1相同。
图2作为体现与图1相同设计构思的另一应用实例，表现了在不同的应用中光信号输入、输出方式的不同。
图3是对图1和图2中E的结构进行进一步细致的描述。
CS是由CPU、ROM存储器、RAM存储器、FPGA构成的控制单元，其中的ROM存储器作为程序和数据存储器，保存着本发明的装置得以运行的可执行软件及程序运行所需要的缺省配置数据；ROM中可包含电可擦除存储器，实现在线下载配置数据；RAM存储器作为数据存储器，记录在程序运行中所产生的重要数据。各电路芯片之间通过数据线D-ROM，D-RAM，D-FPGA和控制线EN-FPGA，EN-RAM，EN-ROM相连接；CPU通过数据线DJ和I/O接口电路连接到J2。J2是本装置与设备总线B之间的信号连接器。电路中还包含标准的DC/DC转换电路，输出各个部分功能电路所需要的偏置电压VC1，VC2，VCC，V0，VP。DC/DC转换电路连接到J1，J1是本装置与设备总线B之间的电源连接器，J1与J2共同实现本装置和设备总线的电气连接。
C1是由放大器电路、AD转换电路构成的输出光和反射光检测电路。对从P1和P2输出的模拟检测信号分别经过AP1，AP2放大。CPU通过数据线D1与AD转换电路通信。当需要检测P-mon时，CPU控制FPGA之C1S信号选择AD的输入端口1，同时AD转换电路通过D1向CPU输出数据；当需要检测Pr-mon时，CPU控制FPGA之C1S信号选择AD的输入端口2，同时AD转换电路通过D1向CPU输出数据。
C2是由AD/DA转换电路、放大器电路A1，A2，A3，A4构成泵浦激光器控制和性能采集部分。JP1表示受控的泵浦激光器电接口，泵浦激光器接口的应用遵照商用激光器的用户应用资料。以JP1为例，I1表示激光器偏置电流输入，I2表示激光器制冷电流输入，O1表示激光器背光功率检测信号输出，O2表示激光器管芯工作温度输出。CPU通过数据线D2与AD/DA转换电路通信。当需要控制泵浦激光器1的输出功率时，CPU控制FPGA之C2S信号选择AD/DA的输出端口，同时CPU通过D2向AD/DA转换电路输出数据，实现DA转换后通过FPGA输出C2S所选择的端口输出模拟工作电流并保持，再经过放大后送到JP1的I1。当需要控制泵浦激光器1的管芯温度时，CPU控制FPGA选择AD/DA的输出端口，同时CPU通过D2向AD/DA转换电路输出数据。实现DA转换后通过FPGA所选择的端口输出模拟工作电流并保持，再经过放大后送到JP1的I2。当需要检测泵浦激光器1的输出功率时，CPU控制FPGA选择AD/DA的输入端口，JP1输出的O1信号经过适当放大后输入到AD/DA电路，实现AD转换后经过D2口输出到CPU。当需要检测泵浦激光器的制冷电流时。CPU控制FPGA选择AD/DA转换的输入端口，JP1输出的O2信号经过适当放大后输入到AD/DA电路，实现AD转换后经过D2口输入到CPU。当对泵浦激光器进行控制时需要对相应的性能进行检测以便进行更精确的反馈调节。
当需要进行检测和控制的泵浦激光器较多时，需要更多的检测和控制电路，通过电接口JP1，JP2，...，JPN分别与各个激光器相连，根据激光器的数量、需要进行检测和控制的参数数量来选择合适的AD/DA转换器，实现多路检测和控制。
(2)反射系数阈值及反射系数检测范围
设P是P1的输出功率(在T的端口1)，Pr是反射功率(在T的端口2)。比例耦合器T各端口光功率关系是：
[P，Pr][dB]＝[P-mon，Pr-mon][dB]+101g(1+y/x)        (1)
上文所述反射系数可定义于本发明的装置中连接器Co的端面。以在图1所示的应用为例，连接器端面反射系数和反射、输出检测光之间的关系为(下文反射系数均以其绝对值表示)：
R[dB]＝P[dB]-2w[dB]-Pr[dB]                          (2)
其中R[dB]是连接器Co的端面反射系数(R＞0)，w是W的插入损耗(w＞0)。
反射光进入P1的光功率(称“反射输入功率”)为：
Pri[dB]＝P[dB]-2w[dB]-R[dB]-i[dB]-201g{y/(x+y)}[dB]
≈P[dB]-2w[dB]-R[dB]-i[dB](当x＜＜y时)              (3)
其中，i是隔离器I的反向隔离度。在设备正常工作时希望进入P1的反射光足够小，设其阈值为Pri-th，在反射输入功率达到阈值时的反射系数为：
R-th1[dB]＝P[dB]-2w[dB]-Pri-th[dB]-i[dB]               (4)
反射光经过W的端口2输出的光功率(称“反射输出功率”)为：
Pro[dB]＝P[dB]-w[dB]-R[dB]-iw[dB]                      (5)
其中，iw是W端口2和端口3之间的隔离度(iw＞0)。在设备正常工作时希望反射光经过W的端口2输出的光功率足够小，设其阈值为Pro-th，在反射输出功率达到阈值时的反射系数为：
R-th2[dB]＝P[dB]-w[dB]-Pro-th[dB]-iw[dB]               (6)
R-th1和R-th2是随着设备输出功率P变化的参数。
在设备应用中必须考虑以下情况的反射系数：
I.设连接器光纤端面良好匹配时的反射系数为R3[dB]，是由设备所选用的连接器规格确定的参数；
II.设连接器光纤端面暴露在空气中的反射系数为R4[dB]，是由设备所选用的连接器规格确定的参数；有R4[dB]＜R3[dB]。
III.设外部光纤虽然接好但是连接器光纤端间存在空隙时反射系数为R5[dB]，有R5[dB]≈R4[dB]-3；
IV.假设在连接器光纤端面有灰尘污染时、连接器法兰盘配合公差较大时、连接器器件损坏、或设备外部光缆损伤时导致反射光变大时的反射系数为R6[dB]；则R6[dB]＜R3[dB]。
保证设备内外部连接正常时，反射系数R-th3应满足：
R3[dB]＞R-th3[dB]＞R4[dB]                              (7)
当反射输入功率超过阈值Pri-th时，会使本装置R＜R-th1，发生反射输入功率告警；
当反射输出功率超过阈值Pro-th时，会使本装置R＜R-th2，发生反射输出功率告警；
当设备有上述II、III、IV情况发生时，会使本装置R＜R-th3，发生光接口工作状态不良告警。
考虑以上几个方面，设备正常工作时应有：
R＞MAX[R-th1，R-th2，R-th3]                               (8)
为了减小R-th1对反射系数的制约，应该提高I的反向隔离度；为了减小R-th2对反射系数的制约，应该提高W端口1和端口2之间的隔离度；为了避免反射系数达到R-th3，需要保证设备接口连接状态良好，设备内外部相关物理连接无故障。
图4表示反射系数的检测范围。反射系数的检测范围决定于对输出光和反射光检测的范围。图中横坐标P[dB]是P1的输出功率(在T的端口1)，纵坐标Pr[dB]是反射功率(在T的端口2)。Pmax是输出功率检测范围上限，Pmin是输出功率检测范围下限；Prmax是反射功率检测范围上限，Prmin是反射功率检测范围下限。
图中Pmin～Pmax，Prmin～Prmax范围内是检测电路的工作范围；在与此范围相交的直线中，
直线1表示R＝0时，Pr随P的变化；在坐标内直线1上方的部分为无现实意义的区域。
直线2表示R＝Pmin-Prmin-2w时，Pr随P的变化；
直线3表示R＝Pmax-Prmax-2w时，Pr随P的变化；
直线4表示R＝Pmax-Prmin-2w时，Pr随P的变化。
反射系数的检测范围为Rmin～Rmax，并受到输出光功率和反射光功率检测范围的限制。有：
Rmin＝0；Rmax＝Pmax-Prmin-2w                           (9)
图4中直线5表示设备在特定的输出反射系数条件下，Pr随P的变化。在直线5上的A、B、C标志着本装置的几种典型工作状态。
A：在P和Pr的检测范围之外，反射系数不可测；
B：在P和Pr的检测范围内，可测得反射系数。此时的P处于安全的输出功率。在此状态下利用所检测的反射系数，可以预测P被调节到安全的输出功率以上时(例如C的位置)的Pri和Pro。若P在装置外部命令控制下提高到位置B时检测到的反射系数达到反射系数阈值，则进一步的功率提高会被禁止；若预测P被调节到安全的输出功率以上时的Pri或Pro达到或超过其阈值Pri-th和Pro-th，则进一步的功率提高也会被禁止。
C：在P和Pr的检测范围内，可测得反射系数。此时的P处于安全的输出功率以上。设备在此情况下工作时，若突法的故障使检测到的反射系数达到阈值R-th1，R-th2或R-th3，则本装置自动启动安全控制，将输出功率调节到功率安全线以下(例如B的位置)。
本节说明的内容用在图2所表示的应用实例中时，反射输出功率Pro不存在，并且在以上各式中取w＝0[dB]。
本装置在CPU中运行的软件可以把当前的检测数据等存入存储器RAM，作为“性能列表”，包括本装置当前的反射系数R、反射输入功率Pri、反射输出功率Pro、激光器输出功率P等。
本装置在CPU中运行的软件可以把通过数据总线B下达到本装置的配置数据存入存储器，作为“配置列表”，包括本装置当前配置的反射系数阈值R-th3、反射输入功率阈值Pri-th、反射输出功率阈值Pro-th、激光器输出功率Pc等。
本装置在CPU中运行的软件可以把本装置所产生到告警信息存入存储器，作为“告警列表”，包括本装置当前发生的反射输入功率告警R＜R-th1、反射输出功率告警R＜R-th2、光接口状态不良R＜R-th3等。
(3)设备通信
本装置作为实用设备的组成部分，可与设备管理系统进行通讯。本节详细说明与本装置的功能相关的设备通信类型。
设备管理系统可以通过设备总线B对本装置实施以下查询：
性能信息查询(对应报文1)
配置信息查询(对应报文2)
告警信息查询(对应报文3)
本装置还将通过I/O接口向设备总线B输出以下报文：
性能信息上报(对应报文4)
配置信息上报(对应报文5)
告警信息上报(对应报文6)
设备管理系统可以通过设备总线B对本装置实施以下控制：
配置数据更新(对应报文7)
下面分别给出上述报文1～7的实施例：
报文1：[H，ADD，C1，L，F]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；ADD表示本装置在设备中的地址标志；C1是通信协议编码，在这里表示对本装置实施性能查询；L表示报文长度；F表示向本装置查询的性能值类别，包括本装置当前的反射系数R、反射输入功率Pri、反射输出功率Pro、激光器输出功率P等。
报文2：[H，ADD，C2，L，C]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；ADD表示本装置在设备中的地址标志；C2是通信协议编码，在这里表示对本装置实施配置信息查询；L表示报文长度；C表示向本装置查询的配置数据类别，包括本装置当前配置的反射系数阈值R-th3、反射输入功率阈值Pri-th、反射输出功率阈值Pro-th、激光器输出功率Pc等。
报文3：[H，ADD，C3，L]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；ADD表示本装置在设备中的地址标志；C3是通信协议编码，在这里表示对本装置实施告警信息查询；L表示报文长度。
为回应报文1的查询，本装置将通过I/O接口向设备总线B输出以下格式的报文：
报文4：[H，ADD，C4，L，F，V1，V2，...，Vn]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；A表示本装置在设备中的地址标志；C4是协议编码，在这里表示本装置性能值上报；L表示报文长度；F表示向本装置查询的性能值类别，包括本装置当前的反射系数R、反射输入功率Pri、反射输出功率Pro、激光器输出功率P等；V1，V2，...，Vn表示上报的n个性能值。
为回应报文2的查询，本装置可通过I/O接口向设备总线B输出以下格式的报文：
报文5：[H，ADD，C5，L，C，V1，V2，...，Vn]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；ADD表示本装置在设备中的地址标志；C5是协议编码，在这里表示本装置配置信息上报；L表示报文长度；C表示向本装置查询的配置数据类别，包括本装置当前配置的反射系数阈值R-th3、反射输入功率阈值Pri-th、反射输出功率阈值Pro-th、激光器输出功率Pc等；V1，V2，...，Vn表示上报的n个配置信息值。
为回应报文3的查询，本装置可通过I/O接口向设备总线B输出以下格式的报文：
报文6：[H，ADD，C6，L，A1，A2，...，An]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；ADD表示本装置在设备中的地址标志；C6是协议编码，在这里表示本装置告警信息上报；L表示报文长度；A1，A2，...，An表示上报的n个告警信息值。包括本装置当前发生的反射输入功率告警R＜R-th1、反射输出功率告警R＜R-th2、光接口状态不良R＜R-th3等。
设备管理系统对本装置实施配置数据更新时，通过设备总线B对本装置发送以下格式的报文
报文7：[H，ADD，C7，L，C，V1，V2，...，Vn]
其中H表示报文头，是为了实现通信同步的固定格式脉冲串；ADD表示本装置在设备中的地址标志；C7是协议编码，在这里表示对本装置进行配置数据更新；L表示报文长度；C表示要更新的配置数据类别，包括本装置当前配置的反射系数阈值R-th1，R-th2和R-th3、反射输入功率阈值Pri-th、反射输出功率阈值Pro-th、激光器输出功率P等；V1，V2，，Vn表示上报的n个配置信息值。
(4)实现自动控制的软件流程
本装置实现光功率自动控制的软件流程如图5所示。下面给出详细说明。
步骤1：装置上电/复位时，CPU系统启动，自存储器中装载可执行程序。
步骤2：读存储器配置列表，得到Pc，Pri-th，Pro-th，R-th3。若配置列表为空则使用上述各量的缺省值。
步骤3：CPU系统控制C1实施检测，执行性能检测后得到Pr-mon，P-mon。
步骤4：判断Pr-mon，P-mon是否在有效范围内(图1及图4)？如是则进入步骤5，若否则进入步骤9。
步骤5：按照公式1～6，分别计算Pr，P，R，Pri，Pro，R-th1，R-th2，计算后将结果存入存储器之性能列表。
步骤6：判断R＜MAX(R-th1，R-th2，R-th3)？若是，则进入步骤7；若否则进入步骤11。
步骤7：按照以下情况分别产生告警：R＜R-th1：反射输入功率过限告警；R＜R-th2：反射输出功率过限告警；R＜R-th3：设备光接口不良告警。通过设备通信总线主动上报(报文6)，并在新产生的告警与存储器中原告警列表不同时修改告警列表。
步骤8：CPU系统控制C2实施光功率控制，使输出光功率减小到安全值以下。
步骤9：对CPU系统中与I/O接口相关的命令堆栈进行查询，若查询结果为空时，无接收报文。则进入步骤3，实施循环性能检测。若有接收报文时，进入步骤10。
步骤10：进行报文处理，CPU通过I/O接口进行设备通讯。若命令堆栈有性能查询命令(报文1)，按照性能列表上报(报文4)；若命令堆栈有配置查询命令(报文2)，按照列配置表上报(报文5)；若命令堆栈有告警查询命令(报文3)，按照告警列表上报(报文6)；若命令堆栈有配置数据更新命令(报文7)，则修改存储器中配置列表。完成后进入步骤3，继续实施循环性能检测。
步骤11：因步骤6实施判断的结果是反射系数正常，则删除存储器中当前告警列表。进入步骤12。
步骤12：比较当前输出光功率性能值P和配置值Pc，若|P-Pc|＜err(其中err是准许的调节误差)则当前功率值正常，进入步骤9，否则进入步骤13。
步骤13：比较当前输出光功率性能值P和配置值Pc，若P＜Pc则进入步骤15，若P＞Pc则进入步骤14。
步骤14：因P＞Pc，CPU系统控制C2实施光功率控制，降低输出功率至Pc。完成后进入步骤9。
步骤15：CPU系统控制C2实施光功率控制。调节当前输出光功率，使光功率提高。注意此时可以按照步长d进行一次调节，避免在Pc超过安全值时由于可能的设备故障导致设备损伤和人员损伤。完成后进入步骤9。当进入下一循环后将再次按照步长d进行一次调节，在设备无故障情况下光功率将逐步接近Pc。

Claims (18)

1.一种光放大的安全控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)启动CPU系统，自存储器中装载可执行程序；
(2)读取存储器配置列表中的输出光功率配置值Pc、反射输入光功率阈值(Pri-th)、反射输出光功率阈值(Pro-th)和反映光接口工作状态的反射系数阈值(R-th3)，若配置列表为空则使用上述各量的缺省值；
(3)进行性能检测，得到反射光功率检测量(Pr-mon)，输出光功率检测量(P-mon)；
(4)判断Pr-mon，P-mon是否在有效范围内？如是则进入步骤5，若否则进入步骤9；
(5)分别计算反射光功率性能值Pr、输出光功率性能值P、反射系数R、反射输入光功率性能值Pri、反射输出光功率性能值Pro、反映反射光输入功率的反射系数阈值(R-th1)和反映反射输出光功率的反射系数阈值(R-th2)，将结果存入存储器的性能列表；
(6)判断R＜MAX(R-th1，R-th2，R-th3)？若是则进入步骤7，若否则进入步骤11；
(7)产生告警并向设备管理系统上报，当新产生的告警与存储器中原告警列表记录不同时，修改告警列表；
(8)实施光功率控制，使输出光功率减小到安全值以下；
(9)查询命令堆栈有无接收报文？若无则进入步骤3，实施循环性能检测，若有进入步骤10；
(10)进行报文处理，完成后进入步骤3，继续实施循环性能检测；
(11)若步骤6实施判断的结果是反射系数正常，则删除存储器中当前告警列表，进入步骤12；
(12)比较当前输出光功率性能值P和配置值Pc，是否在准许的调节误差的范围内？若是当前功率值正常，进入步骤9，若否则进入步骤13；
(13)比较当前输出光功率性能值P是否小于配置值Pc？若是则进入步骤15，若否则进入步骤14；
(14)实施光功率控制，降低输出光功率至Pc，完成后进入步骤9；
(15)实施光功率控制，提高输出光功率至Pc，完成后进入步骤9。
2.根据权利要求1所述的光放大的安全控制方法，其中，所述告警情况为：
R＜R-th1，反射系数小于反射光输入功率的反射系数阈值，反射输入功率过限告警；
R＜R-th2，反射系数小于反射输出光功率的反射系数阈值，反射输出功率过限告警；
R＜R-th3，反射系数小于光接口工作状态的反射系数阈值，设备光接口不良告警。
3.根据权利要求1所述的光放大的安全控制方法，其中，所述报文情况为：
若有性能查询命令，按照性能列表上报；
若有配置查询命令，按照列配置表上报；
若有告警查询命令，按照告警列表上报；
若有配置数据更新命令，则修改存储器中配置列表。
4.根据权利要求1所述的光放大的安全控制方法，其中，所述提高输出光功率至Pc的调节方法为步长式调节。
5.一种光放大的安全控制装置，包括：
一强光输出光器件组，用于产生高功率泵浦光；
一隔离器，用于保证光功率的单向传递，限制光功率的反向传递；
一设备光接口，用于将泵浦光功率输出到设备外部所连接的光纤；
一光功率采集装置，用于采集输出光功率检测量(P-mon)和反射光功率检测量(Pr-mon)；
一检测信息处理及控制电路，对所得输出光功率检测量(P-mon)和反射光功率检测量(Pr-mon)进行信息转换，根据所得转换信息计算得出反射系数R，根据所得反射系数R对所述强光输出光器件组自动进行光功率控制。
6.根据权利要求5所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的强光输出器件组是通过改变驱动电流来控制光功率的放大器或激光器。
7.根据权利要求6所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的通过改变驱动电流来控制光功率的放大器是集总式放大器或分布式RAMAN放大器。
8.根据权利要求6所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的通过改变驱动电流来控制光功率的激光器是由一个或多个激光器组合而成。
9.根据权利要求7所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的集总式放大器是由一只或多只的光纤放大器或半导体放大器组合而成。
10.根据权利要求7所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的分布式放大器具有一只或多只激光源构成的泵浦，这些激光源的输出功率受到控制。
11.根据权利要求8所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：还包括一合成泵浦光和信号光的合波器。
12.根据权利要求7或9所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：还包括一输入光信号的输入光接口。
13.根据权利要求5所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的光功率采集装置是比例耦合器。
14.根据权利要求5所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的设备光接口是活动式光纤连接器。
15.根据权利要求5所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的检测信息处理及控制电路包括：
一光电转换装置，用于将所得输出光功率检测量(P-mon)和反射光功率检测量(Pr-mon)分别转换为相应的模拟检测信号；
一光功率模数转换电路，将由光电转换装置传送来的模拟检测信号分别转换为相应的数字信号；
一控制单元，根据从光功率模数转换电路传送来数字信号，计算反射系数，根据所得反射系数自动下达功率控制指令，和对光器件组实施功率控制，下达性能检测指令；
一光器件组功率控制和性能采集电路，接收由控制单元发出的功率控制指令，经数模转换后，实施光器件功率自动控制，和接受由控制单元发出的性能检测指令，检测光器件的性能，将所得信息经模数转换后输入控制单元。
16.根据权利要求12所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述的光电转换装置是光电检测二极管。
17.根据权利要求12所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述控制单元有通信接口，使所述控制单元与设备通信总线相连接，将光放大装置的工作状态信息上报设备管理系统，并接收设备管理系统的控制指令。
18.根据权利要求12所述的光放大的安全控制装置，其特征在于：所述光器件组功率控制和性能采集电路上有电接口，使所述光器件组功率控制和性能采集电路与各个光器件相连接，实现功率控制和性能采集。
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