CN216387486U - 光通信激光器组件耦合控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光通信激光器组件耦合控制系统，包括主控MCU和分别与主控MCU连接的运动控制模块和光功率采集模块，所述主控MCU通过以太网接口与上位机连接；所述主控MCU接受上位机发送的耦合命令，通过向运动控制模块发送移动命令驱动电机轴移动，所述主控MCU将从运动控制模块中读取的坐标数据和从光功率采集模块中读取的光功率数据发送给上位机。与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：本实用新型的耦合控制系统中各个轴连续运行，既减小了振动带来的采样误差，又大幅提高了耦合效率；本实用新型集成了运动控制和光功率采集，耦合设备的整体结构也更为简洁，使得设备成本大幅下降。

Description

光通信激光器组件耦合控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种光通信激光器组件耦合控制系统。

背景技术

光纤通信主要是指利用激光作为信息的载波信号并通过光导纤维来传递信息的通信系统。典型的数字光通信系统方框图如图1所示，其中，发端称为TOSA模块，包括激光发生器组件和插芯套组件。激光发生器组件是把电信号转变为光信号的器件。激光透过透镜聚焦后射向插芯套组件，再由插芯套组件将激光传导入外接的光纤。当插芯套组件陶瓷中心的通光孔重合于激光发生焦点时功率最大。这样的组装位置是整个TOSA模块最佳位置。通过过渡坏将插芯端与激光发射器端焊接在一起，得到成品。

TOSA模块寻找最佳焊接位置流程在生产中称之为耦合(下文用耦合代表此加工流程)。现业内的耦合方式大都为：插芯件端固定在一个可Z方向移动载体上，激光发射端放置在一个XY方向可移动平面的平台之上；光纤接入TOSA模块，引入到光功率计。这样即可在三维空间内寻找最佳位置。其中，X，Y，Z三个方向轴和光功率计通过硬件驱动和软件驱动抽象到软件程序，再由各种算法快速寻找最佳位置。在市场里能买的光功率计和电机轴硬件驱动的数据被采集到软件程序都会有较大的延时。那么每到一个采集点，读取一次硬件数据会有一个延时，大概10ms左右不等的时间。在X，Y，Z三轴移动时，因为机械的震动，还得再等待10ms左右。耦合时会有大量的坐标点需要采集，效率极低。

现有的耦合框图如图2所示，需要ABCD四个环节。其中电机为运动控制卡，一般为PCI总线。光功率采集卡在市场能买到的一般都一定延时，有这个延时那么电机轴走到一采集坐标只能停止等待，停止等待又造成了机械上的震动。这样就产生了采样延时。因此，现有的耦合方式需要大量等待时间。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺点，本实用新型提供了一种光通信激光器组件耦合控制系统，旨在提升耦合效率、改变传统耦合方式。

本实用新型所采用的技术方案是：一种光通信激光器组件耦合控制系统，包括主控MCU和分别与主控MCU连接的运动控制模块和光功率采集模块，所述主控MCU通过以太网接口与上位机连接；所述主控MCU接受上位机发送的耦合命令，通过向运动控制模块发送移动命令驱动电机轴移动，所述主控MCU将从运动控制模块中读取的坐标数据和从光功率采集模块中读取的光功率数据发送给上位机。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：

本实用新型的耦合控制系统中各个轴连续运行，既减小了振动带来的采样误差，又大幅提高了耦合效率；本实用新型集成了运动控制和光功率采集，耦合设备的整体结构也更为简洁，使得设备成本大幅下降。本实用新型有效克服了现有耦合模式存在的如下缺陷：在耦合过程中需要不断的等待、再采集，耦合非常的不连续；又因为耦合轴不断的启动停止，因此有较大的机械振动，所得到的数据往往有较大的误差，对工业生产过程极为不利。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为典型的数字光通信系统方框图；

图2为现有的TOSA模块耦合框图；

图3为本实用新型的耦合控制系统的构成及流程框图；

图4为本实用新型的光功率采集模块的电路图；

图5为本实用新型的耦合控制系统的工作原理图。

具体实施方式

本实用新型的光通信激光器组件耦合控制系统以印刷电路板为载体，系统组成如图3所示，包括：运动控制模块1、主控MCU 2、100M以太网接口3、光功率采集模块4等，所述主控MCU 2分别与运动控制模块1、100M以太网接口3、光功率采集模块4连接。

所述运动控制模块1接受主控MCU 2发送的移动命令，驱动电机轴，并管理当前轴的坐标数据。

所述主控MCU 2，用于协调系统工作，包括：从运动控制模块1中读取当前轴的坐标数据；从所述光功率采集模块4中读取光功率；通过100M以太网接口3接受上位机发送的耦合命令或者将耦合结果数据发送回上位机。

所述100M以太网接口3，用于收发命令与数据。

所述光功率采集模块4采用APD(雪崩光电二极管)光电流转化电路，将模拟量转化为数字量。

所述光功率采集模块的电路结构如图4所示，APD芯片用于将光强度转换为线性的光电流Id，图中运放为典型跨导放大电路，Vo＝Id*Rf，光强度再次转化为与Vo的线性关系。Vo与SPI接口的ADC连接；主控MCU通过SPI接口读取ADC值。至此，软件层获得光强度数据。

本实用新型的光通信激光器组件耦合控制系统，将运动轴控制和光功率采集整合到一个系统，XYZ坐标和对应的光功率可同时获取，让电机轴连续运动，并实时记录轴轨迹上的光功率；本实用新型通过建立获取的坐标和光功率的对应关系，使得误差在可接受的范围内，即可大幅度提升耦合效率。

本实用新型的光通信激光器组件耦合控制系统的工作原理与流程图如图5所示，上位机发送耦合命令，系统进行耦合：当收到耦合命令后，MCU控制运动芯片连续运动到指定位置；轴移动时，MCU连续获取运动芯片的坐标值，同时获取APD转换出来的数字量，并将数据存入到MCU内存，完成后通过以太网将耦合结果数据发送回上位机。

本实用新型的光通信激光器组件耦合控制系统的具体流程如下：

1、耦合系统工作于上下位机模式，即上位机发送耦合命令到下位机耦合系统；耦合系统解码命令得出相对应的耦合参数。耦合参数有：耦合轴号、步距、步数等。其中，步距即耦合精度控制参数，比如：1um的光功率分布状态步距为1um。在实际的耦合中，耦合精度可根据具体的需求进行改变。

2、耦合系统MCU根据步距和步数计算出要移动的目标位置。在模拟电路的转化有延时，在ADC采样速率为500kHZ的硬件基础上，对每一个采样点以20次的均值化处理，一个采样周期为0.15mS。一个步距保证采样3次，所以走一个步距0.45ms。根据0.45ms一个步距计算出轴的运行速度；再申请合适大小内存空间，保存即将耦合出来的坐标功率列表结果。运动控制模块通信是16位并行接口。交换一次数据为25uS。

3、步骤1和2已计算出准备参数，MCU命令运动控制模块移动轴到步骤2计算出的目标位置，启动速度为0，运行速度为步骤2的计算运行速度，加速时间为0.1S。这里的缓慢启动是为了减少机械的震动，使功率采样更为准确。那么，现在轴的位置已在不停发生变化，直到到达目标位置。MCU全速运行，循环读取坐标位置和功率值，记录到内存空间。记录一个采样点顺序逻辑为：读取当前轴位置，采样当前光功率值，再次读取当前轴位置。其中，第一次和第二次轴位置再取平均值，记录为采样坐标。MCU检查到轴已到达目标位置时，耦合采样结束。

4、MCU通过以太网将内存记录的数据发送到上位机，上位机根据当前的数据点进行数学拟合。

Claims (6)

1.一种光通信激光器组件耦合控制系统，其特征在于：包括主控MCU和分别与主控MCU连接的运动控制模块和光功率采集模块，所述主控MCU通过以太网接口与上位机连接；所述主控MCU接受上位机发送的耦合命令，通过向运动控制模块发送移动命令驱动电机轴移动，所述主控MCU将从运动控制模块中读取的坐标数据和从光功率采集模块中读取的光功率数据发送给上位机。

2.根据权利要求1所述的光通信激光器组件耦合控制系统，其特征在于：所述光功率采集模块采用APD芯片用于将光强度转换为线性的光电流。

3.根据权利要求2所述的光通信激光器组件耦合控制系统，其特征在于：所述光功率采集模块采用跨导运算放大电路将光强度再次转化为与Vo的线性关系。

4.根据权利要求3所述的光通信激光器组件耦合控制系统，其特征在于：所述Vo与SPI接口的ADC连接。

5.根据权利要求4所述的光通信激光器组件耦合控制系统，其特征在于：所述主控MCU通过SPI接口与光功率采集模块连接。

6.根据权利要求1所述的光通信激光器组件耦合控制系统，其特征在于：所述以太网接口为100M以太网接口。

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