CN216593795U - 一种电流信号调理装置及光功率计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流信号调理装置及光功率计，光纤通讯测量技术领域，旨在解决测量电流信号的功率强度具有较低的精确度的问题。该电流信号调理装置的多路模拟开关通过信号检测通道以及标准对比通道分别接入电流检测信号以及电流对比信号，并经电流电压放大模块逐一转换放大为模拟电压信号。而数据处理模块通过模数转换单元将模拟电压信号逐一转换并输出为对应的数字电压信号，数据处理模块的处理器通过接入数字电压信号，可以输出与信号检测通道对应的测量功率以及与标准对比通道对应的参考功率。本申请提供的电流信号调理装置用于测量电流信号的功率值。

Description

一种电流信号调理装置及光功率计

技术领域

本申请涉及光纤通讯测量技术领域，尤其涉及一种电流信号调理装置及光功率计。

背景技术

由于光纤具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、工作性能可靠以及成本低廉等特点，在通信、数据传输等多个领域已经逐渐取代了传统的信息传输方式，光纤通信成为首选的数据传输解决方案。

光纤通信系统中会对光信号强度(功率)进行测量。现有的测量方法是使用光功率计。光功率计采用光探测器接收光信号并将光信号转换为电流信号，再经过电流信号调理模块的电流-电压转换、电压放大以及模拟-数字转换等处理电路，将模拟电流信号转换为处理器可以识别的数字信号。此时，可以通过处理器计算该数字信号对应光信号的光功率数值。

但是，由于光纤通信系统中的光信号经光探测器转换后的弱电流信号一般为微安级(μA)、纳安级(nA)、皮安级(pA)甚至法安级(fA)。如此，弱电流信号在依次经调理模块的电流-电压转换、电压放大以及模拟-数字转换等电路进行处理的过程中，调理模块电路中的漏电流会形成噪声信号并混入处理电路中。如此，最终输出的数字信号会混入噪声信号，从而导致处理器的最终的检测计算结果具有误差，进而降低光功率计的测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电流信号调理装置及光功率计。旨在解决测量电流信号的功率强度具有较低的精确度的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请的一方面，提供一种电流信号调理装置，包括多路模拟开关、电流电压放大模块以及数据处理模块。其中，多路模拟开关具有信号检测通道以及标准对比通道，信号检测通道用于接入电流检测信号，标准对比通道用于接入电流对比信号。信号检测通道以及标准对比通道用于逐一与电流电压放大模块一一电连接，且电流电压放大模块分别将电流检测信号和电流对比信号对应转换为放大的模拟电压信号。而数据处理模块包括模数转换单元以及处理器。模数转换单元分别与电流电压放大模块以及处理器电连接，处理器用于接入模数转换单元输出的数字电压信号。当信号检测通道连通电流电压放大模块时，处理器输出测量功率。当标准对比通道连通电流电压放大模块时，处理器输出参考功率。

在使用过程中，电流信号调理装置通过多路模拟开关的信号检测通道接入电流检测信号，并通过电流电压放大模块将电流检测信号转换并放大为模拟电压信号。随后数据处理模块的模数转换单元将接入的模拟电压信号转换为数字电压信号，最后由处理器接入检测数字电压信号并计算对应的功率强度，并输出信号检测通道连通电流电压放大模块时对应的测量功率。当标准对比通道连通电流电压放大模块时，同理，通过调理接入的电流对比信号，最终由处理器对应的参考功率。

其中，当标准对比通道接入的电流对比信号为0V时，参考功率包括电流信号调理装置本身电路干扰下测取的第一参考功率。而若以标准对比光纤为基准，采集光信号并转换为标准对比通道接入的电流对比信号时，参考功率包括光纤本身、光接口模块以及电流信号调理装置本身电路的共同干扰下测取的第二参考功率。其中第一参考功率和第二参考功率均为测量系统的噪声功率，通过测量并排除噪声功率，即将测量功率减去参考功率，可以获取电流检测信号的实际功率值，从而有效提高电流信号调理装置测量电流信号功率值的精确度。

可选的，信号检测通道为多个，分别用于接入多个电流检测信号。标准对比通道以及多个信号检测通道用于逐一与电流电压放大模块一一电连接

可选的，电流信号调理装置还包括片选模块，片选模块包括多通道控制单元。多通道控制单元分别与信号检测通道以及标准对比通道电连接，并用于控制信号检测通道以及标准对比通道与电流电压放大模块逐一电连接。

可选的，电流信号调理装置还包括电压调节模块；电压调节模块位于电流电压放大模块与模数转换单元之间，且分别与电流电压放大模块与模数转换单元电连接。电压调节模块用于调节模拟电压信号的电压大小。

可选的，电压调节模块包括依次串联的第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻。沿电流的流动方向，第五电阻远离第六电阻的一端为第一连接端，第五电阻与第六电阻之间设有第二连接端，第六电阻与第七电阻之间设有第三连接端，第七电阻与第八电阻之间设有第四连接端，第八电阻远离第七电阻的一端为第五连接端。第一连接端与电流电压放大模块电连接，用于接入模拟电压信号，第五连接端接地；且第一连接端、第二连接端、第三连接端以及第四连接端与模数转换单元逐一电连接。

可选的，第一连接端接入的模拟电压信号的电压为0～12V；片选模块包括电压调节控制单元，电压调节控制单元与电压调节模块电连接。当模拟电压信号的电压小于3.2V时，电压调节控制单元控制第一连接端与模数转换单元电连接。或者，当模拟电压信号的电压大于或者等于3.2V，且小于6.4V时，电压调节控制单元控制第二连接端与模数转换单元电连接。或者，当模拟电压信号的电压大于或者等于6.4V，且小于9.6V时，电压调节控制单元控制第三连接端与模数转换单元电连接。或者，当模拟电压信号的电压大于或者等于9.6V时，电压调节控制单元控制第四连接端与模数转换单元电连接。其中，模数转换单元接入的模拟电压信号的电压为0～3.2V。

可选的，在第二连接端与模数转换单元电连接的情况下，若模拟电压信号的电压小于或者等于2.8V，电压调节控制单元控制第一连接端与模数转换单元电连接。或者，在第三连接端与模数转换单元电连接的情况下，若模拟电压信号的电压小于或者等于5.6V，电压调节控制单元控制第二连接端与模数转换单元电连接。或者，在第四连接端与模数转换单元电连接的情况下，若模拟电压信号的电压小于或者等于8.4V，电压调节控制单元控制第三连接端与模数转换单元电连接。

可选的，电流电压放大模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻。运算放大器具有第一正极输入端、第一负极输入端以及第一电压输出端；第一负极输入端用于与信号检测通道以及标准对比通道逐一电连接，第一正极输入端通过第四电阻接地，且第一电压输出端用于输出模拟电压信号。第一电阻与第二电阻串联，并整体并联于第一负极输入端与第一电压输出端之间；且第一电阻与第二电阻之间通过第三电阻接地。

可选的，电流电压放大模块还包括射极跟随器，射极跟随器与第一电压输出端电连接，且射极跟随器用于调理并输出模拟电压信号。

可选的，电流信号调理装置还包括电接口模块，电接口模块为高清晰度多媒体插座，高清晰度多媒体插座具有多个第二引脚，且部分第二引脚分别与信号检测通道以及标准对比通道一一电连接。

本申请的另一方面，提供一种光功率计，包括第一发面中的电流信号调理装置以及光接口模块。光接口模块包括第一光电探测器、第二光电探测器、第一光接口以及第二光接口。第一光电探测器用于与信号检测通道电连接，且第一光电探测器设有第一光接口。第二光电探测器用于与标准对比通道电连接，且第二光电探测器设有第二光接口。上述光功率计具有与上一方面提供的电流信号调理装置相同的技术效果，此处不在赘述。

可选的，在电接口模块为高清晰度多媒体插座，高清晰度多媒体插座具有多个第二引脚，一部分第二引脚分别与信号检测通道以及标准对比通道一一电连接的情况下。光接口模块还包括屏蔽线材以及与高清晰度多媒体插座插接匹配的高清晰度多媒体插头。高清晰度多媒体插头具有多个第一引脚，且部分第一引脚通过屏蔽线材与第一光电探测器以及第二光电探测器一一电连接，用于将第一光电探测器和第二光电探测器分别与信号检测通道和标准对比通道对应电连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的光功率计的结构示意图；

图2为图1中所示的电流信号调理装置的整体结构示意图；

图3为图2中所示的多路模拟开关的结构示意图；

图4为图2中所示的片选模块的结构示意图；

图5为图2中所示的电流电压放大模块的结构示意图；

图6为图2中所示的电源模块的供电关系示意图；

图7为图2中所示的数据处理模块的结构示意图；

图8为图2中所示的电压调节模块的结构示意图；

图9为图1中所示的光接口模块的结构示意图；

图10为图2中所示的后端连接模块的结构示意图。

附图标记：

1-光接口模块；11-高清晰度多媒体插头；12-屏蔽线材；13-第一光电探测器；14-第二光电探测器；15-第一光接口；16-第二光接口；

2-电流信号调理装置；

21-电接口模块；211-高清晰度多媒体插座；

22-多路模拟开关；221-信号检测通道；222-标准对比通道；

23-电流电压放大模块；

231-运算放大器；2311-第一正极输入端；2312-第一负极输入端；2313-第一电压输出端；

232-射极跟随器；2321-第二正极输入端；2322-第二负极输入端；2323-第二电压输出端；

R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；

24-电压调节模块；

R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；

A-第一连接端；B-第二连接端；C-第三连接端；D-第四连接端；E-第五连接端；

25-片选模块；251-片选主控单元；252-多通道控制单元；253-电压调节控制单元；

26-数据处理模块；261-处理器；262-模数转换单元；263-存储器；

27-电源模块；271-数字电源转换单元；272-模拟电源转换单元；

28-后端连接模块；281-信息传输单元；282-电源接入单元。

具体实施方式

本申请实施例提供一种光功率计，如图1所示，该光功率计包括光接口模块1以及电流信号调理装置2。其中，光接口模块1用于采集光信号，并将光信号转换为对应的电流信号，随后将电流信号逐一导入电流信号调节装置2，通过电流信号调理装置2可以电流检测信号的功率强度，并计算对应的光信号的功率值。如此，可以获取光信号的绝对光功率值或者通过一段光纤的光功率的相对损耗值。

如图2所示，在一些实施例中，电流信号调理装置2包括依次电连接的电接口模块21、多路模拟开关22、电流电压放大模块23、电压调节模块24、片选模块25、数据处理模块26以及后端连接模块28，用于检测并输出电流信号的电功率。此外，电流信号调理装置2还包括电源模块27，用于分别向电接口模块21、多路模拟开关22、电流电压放大模块23、电压调节模块24、数据处理模块26以及后端连接模块28输出合适的电压。

参照图2和图3，多路模拟开关22具有信号检测通道221以及标准对比通道222。信号检测通道221的数量可以是一个，也可以是两个、三个甚至更多，一般设置为十二个。而标准对比通道222的数量一般为一个。其中，每个信号检测通道221的一端用于通过电接口模块21接入电流信号，另一端通过单刀双掷开关输出电流信号或者接地。对应的，标准对比通道222的一端用于通过电接口模块21接入电流信号，另一端通过单刀双掷开关输出电流信号或者接地。

需要说明的是，信号检测通道221以及标准对比通道222的可以直接全部接地或者通过5.1KΩ的负载电阻接地。信号检测通道221以及标准对比通道222也可以逐一输出电流信号。

示例性的，当采集到多个待检测光纤的光检测信号后，通过光接口模块1将采集到的多个光检测信号转换为多个相应的电流检测信号，并通过电接口模块21将多个电流检测信号分别一一输入每个信号检测通道221中。如，采集到十二路待检测光纤的光信号后，通过十二个光接口模块1分别将十二个光信号转换为十二个对应的电流检测信号，随后通过电接口模块21将十二个电流检测信号分别一一输入十二个信号检测通道221中。

如图2、图3和图4所示，多个信号检测通道221或者标准对比通道222通过单刀双掷开关分别连接电流电压放大模块23。示例性的，片选模块25包括片选主控单元251、多通道控制单元252以及电压调节控制单元253。其中，片选主控单元分别与数据处理模块26、多通道控制单元252以及电压调节控制单元253连接。将多通道控制单元252分别与多个信号检测通道221以及标准对比通道222连接，且通过多通道控制单元252控制多个信号检测通道221以及标准对比通道222与电流电压放大模块23逐一电连接。

其中，多路模拟开关22为模拟电路模块，对应的，每个信号检测通道221或者标准对比通道222一端的单刀双掷开关同样为模拟电路开关。示例性的，多路模拟开关22是型号为SN74LVC2G53的单刀双掷模拟开关模块，具有十三路通道，其中十二路通道为信号检测通道221，另外一路通道为标准对比通道222。

对应的，多通道控制单元252可以与型号为SN74LVC2G53的单刀双掷模拟开关模块电连接，以使十三路通道逐一与电流电压放大模块23电连接，或者全部接地。一般设置每个信号检测通道221或者标准对比通道222每次与电流电压放大模块23的连通时间为1s。且设置电流信号调理装置2采集信号数据的频率为2KHz，即每秒采集2000次数据。

此外，可以使用多个单刀双掷的拨杆开关制作手动调节的多路模拟开关22。

在一些实施例中，如图2和图5所示，电流电压放大模块23包括运算放大器231，运算放大器231具有第一正极输入端2311、第一负极输入端2312以及第一电压输出端2313。且电流电压放大模块23还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4。其中，第一正极输入端2311通过第四电阻R4接地。而第一电阻R1与第二电阻R2串联后，整体并联于第一负极输入端2312与第一电压输出端2313之间，且第一电阻R1与第二电阻R2之间通过第三电阻R3接地。以使第一负极输入端2312与第一电压输出端2313之间的第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3形成T型电阻网络。

由于第一负极输入端2312接入的电流信号(如电流检测信号或者标准对比信号)非常微弱，一般为微安级(μA)、纳安级(nA)、皮安级(pA)甚至法安级(fA)，如此，需要在第一负极输入端2312与第一电压输出端2313之间设置较大的电阻才可以将微弱的电流信号转换为需要的信号量级。但是上述电阻如果过大，由于电阻本身温度系数、电压系数和介质吸收现象的影响，均会造成实际阻值和测量阻值的不同，从而造成测量误差(即电阻太大，实际应用中不能保证电阻的阻值恒定)。因此上述实施例中的运算放大器231通过T型电阻网络，可以以较小的电阻实现较大的增益倍数，并提高电流电压放大模块23将电流信号转换为电压信号的精度。

示例性的，第一电阻R1＝1.8MΩ、第二电阻R2＝1.2MΩ且第三电阻R3＝2KΩ。如此，T型电阻网络的等效电阻为(1+R2/R3)*R1＝1.08GΩ。即通过上述预算放大器231以及T型电阻网络可以将接入的电流信号放大约九个数量级。此外，也可以根据需求调节第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3的阻值，只需保证R1∶R2∶R3＝900∶600∶1即可保证电流电压放大模块23对接入的电流信号放大倍数的不变。

在其他一些实施例中，如需改变电流电压放大模块23对接入的电流信号的放大倍数，也可以改变第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3之间的电阻比例，以电流电压放大模块23对接入的电流信号的放大倍数近似为七个、八个甚至四个数量级，在此不作限定。

此外，电流电压放大模块23也可以是多级的运算放大电路，该多级运算放大电路包括依次串接的多个单级放大器，以使电流信号经依次经过多个单级放大电器进行转换并放大，使得最终输出的电压同样具有较高的放大倍数。

以电流电压放大模块23包括运算放大器231以及T型电阻网络为例，运算放大器231的第一负极输入端2312通过连通一路信号检测通道221并接入电流检测信号，电流检测信号经运算放大器231以及T型电阻网络，被转换并放大为模拟电压信号(放大倍数约九个数量级)，最终，该模拟电压信号经第一电压输出端2313输出。

继续参照图5，电流电压放大模块23还包括射极跟随器232，射极跟随器232具有第二正极输入端2321、第二负极输入端2322以及第二电压输出端2323。其中，第二负极输入端2322与第二电压输出端短接。第二正极输入端2321连接第一电压输出端2313，用于接入模拟电压信号。如此，模拟电压信号经第二正极输入端2321接入射极跟随器232，且经射极跟随器232调理后的模拟电压信号由第二电压输出端2323输出。这样，经射极跟随器232输出的模拟电压信号具有极低的阻抗，可以将电流电压放大模块23视为一个没有内阻的电压源，有利于提高电流电压放大模块23输出模拟电压信号的稳定性。

在一些实施例中，如图6所示，电源模块27的额定电压为24V的直流电压，包括数字电源转换单元271以及模拟电源转换单元272，且数字电源转换单元271以及模拟电源转换单元272分别接入24V的直流电压。

继续参照图6，数字电源转换单元271接入24V的直流电压，并转换输出3.3V的直流数字电源。数字电源转换单元271分别与片选主控单元251以及数据处理模块26电连接，并分别向数据处理模块26的数字电路部分以及片选主控模块251提供3.3V的直流数字电源。而模拟电源转换单元272同样接入24V的直流电压，并转换输出12V的直流模拟电源以及-12V的直流模拟电源。其中，模拟电源转换单元272与电压调节控制单元253电连接，以向电压调节控制单元253提供12V的直流模拟电源。模拟电源转换单元272还包括第一线性电源2721以及第二线性电源2722，第一线性电源2721以及第二线性电源2722分别接入12V的直流模拟电源。且第一线性电源2721转换输出3.3V的线性模拟电源，用于向连接的数据处理模块26的模拟电路部分供电。而第二线性电源2722转换输出5V的线性模拟电源，并分别向多路模拟开关22以及多通道控制单元252提供电源。并且，模拟电源转换单元272还通过两个输出端口分别与运算放大器231电连接，以向运算放大器231提供±12V的直流模拟电源。

示例性的，数字电源转换单元271可以是型号为TPS54331的数字电源转换芯片。模拟电源转换单元272可以是型号为WRA2412S的隔离转换芯片。第一线性电源2721是型号为ASM1117-3.3的线性电源芯片。而第二线性电源2722是型号为ASM117-5的线性电源芯片。

但是，在测量模拟电压信号时，如图2和图7所示，由于通过数据处理模块26对接入的模拟电压信号进行检测并计算该模拟电压信号对应光信号的功率强度(即光功率)。其中，数据处理模块26包括处理器261、模数转换单元262以及存储器263。且处理器261分别与模数转换单元262以及存储器263电连接。如此，处理器261可以通过存储器263调取预设数据以及预设程序，并将检测以及计算的相关参数存储至存储器263中。在检测模拟电压信号时，处理器261通过模数转换单元262连通射极跟随器232的第二电压输出端2323，模数转换单元262用于接入第二电压输出端2323输出的模拟电压信号，并将之转换为对应的数字电压信号。随后，处理器261通过模数转换单元262直接接入并读取数字电压信号，并根据数字电压信号计算对应的电流检测信号输入电接口模块21的功率强度，从而获取对应的光信号的光功率。

需要说明的是，片选模块25的片选主控单元251可以是一个独立的中央处理器。此外，片选主控单元251也可以是处理器261的一个子控制单元。在此不作限定。并且，片选模块25采用光耦隔离设计，将模拟部分与数字部分完全隔离。示例性的，光耦芯片的信号为KPS28010。

在一些实施例中，数据处理模块26可以是集成处理器261、模数转换单元262以及存储器263的集成电路芯片，如型号为STM32F103或者STM32F207的单片机。其中，单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、随机存储器、只读存储器、多种输入/输出口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

此外，数据处理模块26中集成的处理器261为中央处理器，中央处理器集成有模数转换单元262。其中，中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)可以是包括16位指令集系统的32位指令集的处理器，如此，双指令处理器具有较高的适配范围，并且在保留32位指令集系统的同时，兼顾16位指令集系统的省电优点。存储器263一般包括内存以及外部存储。其中，存储器263通过总线与中央处理器连接，使得中央处理器可以通过总线由内存或者外部存储(也叫做闪存)读取或者写入信息数据。

需要说明的是，由于数据处理模块26中的模数转换单元262接入的模拟电压信号的电压范围为0～3.3V。其中，由于运算放大器231的接入的是±12V的直流模拟电源，即第一电压输出端2313输出的模拟电压信号的电压范围为0～12V。而射极跟随器232输入以及输出的电压比值近似为1。即射极跟随器232的第二电压输出端2323输出的模拟电压信号的电压范围同样为0～12V。

为了调节模拟电压信号的电压范围，如图2和图8所示，电压调节模块24包括依次串联的第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8。其中，沿电流的流动方向，第五电阻R5远离第六电阻R6的一端为第一连接端A，第五电阻R5与第六电阻R6之间设有第二连接端B，第六电阻R6与第七电阻R7之间设有第三连接端C，第七电阻R7与第八电阻R8之间设有第四连接端D，且第八电阻R8远离第七电阻R7的一端为第五连接端E。将第一连接端A与第二电压输出端2323(如图5所示)电连接，用于接入电流电压放大模块23输出的模拟电压信号，并将第五连接端E接地。

如此，电压调节模块24还包括单刀多掷开关，该单刀多掷开关一端与数据处理模块26的模数转换单元262(如图7所示)连接，另一端分别连接第一连接端A、第二连接端B、第三连接端C以及第四连接端D。这样，通过单刀多掷开关，电压调节模块24可以在第二电压输出端2323与模数转换单元262之间建立单独连通的模拟电压信号通道，进而模数转换单元262接入的模拟电压信号的电压值。其中，单刀多掷开关为模拟开关。片选模块25的电压调节控制单元253用于检测第一连接端A与第五连接端E之间的电压值(即模拟电压信号的大小)。且电压调节控制单元253与单刀多掷开关电连接，用于控制第一连接端A、第二连接端B、第三连接端C或者第四连接端D与模数转换单元262连接。

在一些实施例中，电压调节控制单元253的控制逻辑为：

当模拟电压信号的电压小于3.2V时，电压调节控制单元253控制单刀多掷开关连接第一连接端A，以使第一连接端A与模数转换单元262连接。

或者，当模拟电压信号的电压大于或者等于3.2V，且小于6.4V时，电压调节控制单元253控制单刀多掷开关连接第二连接端B，以使第二连接端B与模数转换单元262连接。

或者，当模拟电压信号的电压大于或者等于6.4V，且小于9.6V时，电压调节控制单元253控制单刀多掷开关连接第三连接端C，以使第三连接端C与模数转换单元262连接。

或者，当模拟电压信号的电压大于或者等于9.6V时，电压调节控制单元253控制单刀多掷开关连接第四连接端D，以使第四连接端D与模数转换单元262连接。

示例性的，第五电阻R5∶第六电阻R6∶第七电阻R7∶第八电阻R8近似为10∶5∶1∶4。即第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8可以分别为2KΩ、1KΩ、0.2KΩ以及0.8KΩ。如此，当第一连接端A的电势为1时，第二连接端B的电势为1/2、第三连接端C的电势为1/3，且第四连接端D的电势为1/4。这样，通过电压调节控制单元253的调控，使得接入模数转换单元262的模拟电压信号始终小于3.2V，且模拟电压信号的数值较为靠近模数转换单元262的接入上限，以便于模数转换单元262将模拟电压信号转换为便于处理器261测量读取的数字电压信号。

并且，由于每个信号检测通道221或者标准对比通道222接通运算放大器231的时间为1s，且电流信号调理装置2采集信号数据的频率为2KHz。基于此，通过电压调节控制单元253调控电压调节模块25与模数转换单元262之间的电压连接通道时：

在第二连接端B与模数转换单元262电连接的情况下，若模拟电压信号的电压小于或者等于2.8V，电压调节控制单元253控制第一连接端A与模数转换单元262电连接；

或者，在第三连接端C与模数转换单元262电连接的情况下，若模拟电压信号的电压小于或者等于5.6V，片选模块控制第二连接端B与模数转换单元262电连接；

或者，在第四连接端D与模数转换单元262电连接的情况下，若模拟电压信号的电压小于或者等于8.4V，片选模块控制第二连接端C与模数转换单元电连接。

由于电流信号调理装置2采集信号数据的频率为2KHz。这样，在高速采集信号数据的过程中，即使光信号的功率强度发生突变，导致对应的模拟电压信号的电压突然降低。通多上述滞洄逻辑控制电压调节模块24对模拟电压信号的调节。在预设范围内(电压下降值小于或者等于1/8)，第二连接端B、第三连接端C或者第四连接端D任然可以保持与模数转换单元262的电连接，且具有较好的模数转换以及测量范围，从而避免频繁切换连接端带来的不利影响。

如此，通过上述装置的设置，可以直接通过十二个光接口模块1采集十二个待检测光纤的光纤信号，并将之分别转换为十二路电流检测信号。随后经电接口模块21将十二路电流检测信号分别导入多路模拟开关22的十二路信号检测通道221内。并通过多通道控制单元252依次控制十二路信号检测通道221将电流检测信号逐一导入电流电压放大模块23中，如此，十二路电流检测信号依次流经运算放大器231中，经转换并输出对应的十二路模拟电压信号，且十二路模拟电压信号经射极跟随器232稳定信号后导向电压调节模块24。在电压调节模块24中，十二路模拟电压信号被分别调节为适合模数转换单元262输入的电压范围后，直接输入模数转换单元262。在模数转换单元262中，十二路模拟电压信号被分别转换为对应的数字电压信号并输出。而处理器261依次接入十二路数字信号，并根据每路数字电压信号计算对应的电流检测信号的功率强度(即光信号的光功率)。这样，光功率计通过十二个光接口模块1以及由电接口模块21连接的十二路信号检测通道，可以一次性使电流信号调理装置2采集十二路光线的光信号进行光功率的测量，大大提高了光功率计以及电流信号调理装置2的检测效率。并且，由于十二路信号检测通道可以逐一连通电流信号调理装置2中的后续装置，如此，电流信号调理装置2只需设置一路依次连接的电流电压放大模块23、电压调节模块24以及数据处理模块26即可。结构简单，且成本低廉。

需要说明的是，由于电流信号调理装置2中的多路模拟开关22、电流电压放大模块23、电压调节模块24、片选模块25以及数据处理模块26均为有源装置。因此，为了避免电流信号调理装置2中的有源装置中的漏电流、直流分量随机漂移及50Hz工频干扰形成的噪声信号影响功率强度的检测计算结果。

通过额外设置的标准对比通道222接入电流对比信号，其中，若电流对比信号的起始端为标准对比通道222的接入端，此时，电流对比信号可以为0V，当标准对比通道222在多通道控制单元252的控制下接通运算放大器231后，依次连通射极跟随器232、电压调节模块24以及模数转换单元262后，通路中的噪声信号在上述电路通道的调理后，经处理器识别并计算对应的功率强度。如此，通过标准对比通道222检测的功率值即为电流信号调理装置2本身引起的功率误差，即第一参考功率。而经十二路信号检测通道221测量的测量功率需要分别对消(减去)第一参考功率，即为电流检测信号实际功率。以便于计算光功率的衰减。

此外，由于光纤本身具有光噪声，转换为电流信号后，光噪声同样会影响功率值的测量精度。也可以电流对比信号的起始端为标准对比光纤(即用于参考的未接入光信号的光纤)。通过一个光接口模块1采集标准对比光纤的光噪声信号，并将之转换为1路电流对比信号。随后经电接口模块21将该电流对比信号导入至标准对比通道222内。此时，电流对比信号一般不为0。当标准对比通道222在多通道控制单元252的控制下接通运算放大器231后，依次连通射极跟随器232、电压调节模块24以及模数转换单元262后，电流对比信号结合通路中的噪声信号在上述电路通道的调理后，经处理器识别并计算对应的功率强度。如此，通过标准对比通道222检测的功率值可以视为待检测光纤以及光功率计两者的噪声共同带来的功率误差，即第二参考功率。而经12路信号检测通道221测量的测量功率需要分别对消(减去)第二参考功率，即为电流检测信号(即待检测光纤的光信号)的实际功率。以便于计算光功率的衰减。

其中，由于电流信号调理装置2接通每路信号的时间为1s，在此过程中，采集计算约2000次数据作为样本。此时，将每路信号检测通道221的测量功率数据与标准对比通道222的参考功率(包括第一参考功率或者第二参考功率)对消计算时，采用基于最小均方误差的自适应噪声对消器，将每路信号检测通道221的功率数据进行噪声对消。其中，对消器阶数为8阶，收敛因子为0.05。

需要说明的是，对于电流电压放大模块23而言，也可以根据需要直接将第一电压输出端2313连接第一连接端A。此外，若第一电压输出端输出的模拟电压的大小在0～3.3V之间，第一电压输出端2313或者第二电压输出端2323也可以直接连接模数转换单元262。在此不作限定。

在一些实施例中，在测量光纤通信系统中的光信号强度(功率)时，首先需要采集光纤通信系统中光纤内的光信号。目前，采集光纤内的光信号具有两种方式，一种是采用分光器对光纤线路进行分光，比如将一条光纤中的光信号分为两个子信号，其中一个子信号用于继续传输数据，另一个子信号通过光纤引导至光接口模块1中，以将光信号转换为电流信号，并通过电流信号调理装置2测量计算光功率。

需要说明的是，通过分光器分出的两个子信号的分光比可以是5∶5、9∶1或者8∶2等比例，这与分光器的型号是对应的。例如，可以选择分光比为8∶2的分光器，此时，可以使80％的光信号继续传输数据，另外分出的20％的光信号依次通过光接口模块1以及电流信号调理装置2测量计算光功率，随后根据分光比例计算采集的光纤中的光信号的绝对光功率值。

此外，采集光纤内的光信号的另一种方式是将该路光纤直接连通光接口模块1，以将光信号转换为对应的电流信号，随后将电流信号导入电流信号调节装置2直接测量计算对应的光功率。

如此，上述两种采集光纤内的光信号的方式，前一种不会影响光信号的数据传递状态。后一种可以直接测量计算光功率，无需换算，非常方便。

其中，如图1所示，光功率计的光接口模块1以及电接口模块21之间为可拆卸的插接配合。此外，也可以设置为一体式结构。在此不作限定。

在一些实施例中，继续参照图1，光接口模块1包括高清晰度多媒体(HighDefinition Multimedia Interface，HDMI)插头11，对应的，电接口模块21包括高清晰度多媒体(HDMI)插座211。且高清晰度多媒体插头11可以插入高清晰度多媒体插座211中实现插接配合。其中，高清晰度多媒体插头11以及高清晰度多媒体插座211分别具有十九个引脚或者29个引脚均可。

如图1和图9所示，高清晰度多媒体插头11以及高清晰度多媒体插座211分别具有十九个针脚。其中，光接口模块1还包括屏蔽线材12、第一光电探测器13、第二光电探测器14、第一光接口15以及第二光接口16。图1左侧的高清晰度多媒体插头11的十九个引脚中，由上向下，第一、第三、第四、第六、第七、第九、第十、第十二、第十三、第十五、第十六以及第十八个引脚通过屏蔽线材12分别电连接12个第一光电探测器13，而每个第一光电探测器13设有1个第一光接口15。第十九个高清晰度多媒体插头11的引脚也通过屏蔽线材12电连接1个第二光电探测器14，而每个第二光电探测器14设有1个第二光接口。高清晰度多媒体插头11的其余引脚接地或者空置。

对应的，参照图1、图2和图3，图1右侧的高清晰度多媒体插座211的十九个引脚中，由上向下，第一、第三、第四、第六、第七、第九、第十、第十二、第十三、第十五、第十六以及第十八个引脚分别电连接12个信号检测通道221，而第十九个高清晰度多媒体插座211的引脚电连接1个标准对比通道222。高清晰度多媒体插座211的其余引脚接地或者空置。

如此，将十二路待检测光纤分别通过分路器或者直接连通第一光接口15，并将1路标准对比光纤通过分路器或者直接连通第二光接口16。随后将高清晰度多媒体插头11插入高清晰度多媒体插座211上。以导通每路待检测光纤与一个信号检测通道，并导通标准对比光纤与标准对比通道。以实现每路光信号的采集，并通过第一光电探测器13和第二光电探测器14将光信号转换为对应的电流检测信号或者电流对比信号，随后经屏蔽线材12、高清晰度多媒体插头11以及高清晰度多媒体插座211分别导入至信号检测通道221以及标准对比通道222。从而实现电流信号调理装置2对电流信号的采集。

其中，将光接口模块1与电接口模块21分离设置，便于光接口模块的灵活安装。而屏蔽线材12可以避免光信号转换后的电信号在传输过程中受到的外部环境的干扰。屏蔽线材12以及高清晰度多媒体插头11可以直接采购高清晰度多媒体连接线改造后使用，无需额外订购专用的屏蔽线缆。需要说明的是，上述方案给出了信号检测通道221为十二个时对应的光接口模块1以及电接口模块21的连接关系示例。此外，当信号检测通道221为一个、两个、三个甚至更多时，对应的光接口模块1以及电接口模块21中的结构数量以及对应的连接关系可以根据需求进行相应的调整，在此不作限制。其中，标准对比通道222的数量一般为一个即可。

而高清晰度多媒体插头11中的引脚一般作为第一引脚，插入高清晰度多媒体插座211中的引脚一般作为第二引脚。其中，第一引脚以及第二引脚的数量可以均为十九个，也可以均为二十九个。在此不做限定。

在一些实施例中，如图2和图10所示，电流信号调理装置2还包括后端连接模块28。后端连接模块28包括信息传输单元281以及电源接入单元281。

其中，信息传输单元281一端与处理器261连接，用于输出处理器261采集计算的功率参数信息，并输入对处理器261的控制指令。示例性的，光功率计还包括触控屏(图中未示出)，触控屏通过信息传输单元281接收并显示功率参数信息，也可以通过触控屏输入对处理器261的控制指令。

而电源接入单元282的一端连接外部电源，另一端分别连接数字电源转换单元271以及模拟电源转换单元272，以提供24V的直流电源。

示例性的，后端连接模块28的前端为金手指结构，直接插接于对应电路板上的插接槽内。金手指结构的第一部分用于处理器261，如通过电路板的板载线路直接连接的处理器261信息传输端口，如此，金手指的第一部分以及板载线路为信息传输单元281。此外，金手指的第一部分也可以与RS485接口连接的处理器261信息传输端口，此时，金手指的第一部分与RS485接口为信息传输单元281。金手指结构的第二部分通过电源线分别连接数字电源转换单元271以及模拟电源转换单元272，此时，金手指结构的第二部分与电源线为电源接入单元282。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种电流信号调理装置，其特征在于，包括：

多路模拟开关，具有信号检测通道以及标准对比通道；所述信号检测通道用于接入电流检测信号，所述标准对比通道用于接入电流对比信号；

电流电压放大模块，所述信号检测通道以及所述标准对比通道用于逐一与所述电流电压放大模块一一电连接，所述电流电压放大模块分别将所述电流检测信号和所述电流对比信号对应转换为放大的模拟电压信号；以及，

数据处理模块，包括模数转换单元以及处理器；所述模数转换单元分别与所述电流电压放大模块以及所述处理器电连接，所述处理器用于接入所述模数转换单元输出的数字电压信号；当所述信号检测通道连通所述电流电压放大模块时，所述处理器输出测量功率；当所述标准对比通道连通所述电流电压放大模块时，所述处理器输出参考功率。

2.根据权利要求1所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述信号检测通道为多个，分别用于接入多个所述电流检测信号；

所述标准对比通道以及多个所述信号检测通道用于逐一与电流电压放大模块一一电连接。

3.根据权利要求1所述的电流信号调理装置，其特征在于，还包括片选模块，所述片选模块包括多通道控制单元；

所述多通道控制单元分别与所述信号检测通道以及所述标准对比通道电连接，并用于控制所述信号检测通道以及所述标准对比通道与所述电流电压放大模块逐一电连接。

4.根据权利要求3所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述电流信号调理装置还包括电压调节模块；所述电压调节模块位于所述电流电压放大模块与所述模数转换单元之间，且分别与所述电流电压放大模块与所述模数转换单元电连接；所述电压调节模块用于调节所述模拟电压信号的电压大小。

5.根据权利要求4所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述电压调节模块包括依次串联的第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻；

沿电流的流动方向，所述第五电阻远离所述第六电阻的一端为第一连接端，所述第五电阻与所述第六电阻之间设有第二连接端，所述第六电阻与所述第七电阻之间设有第三连接端，所述第七电阻与所述第八电阻之间设有第四连接端，所述第八电阻远离所述第七电阻的一端为第五连接端；

所述第一连接端与所述电流电压放大模块电连接，用于接入所述模拟电压信号，所述第五连接端接地；且所述第一连接端、所述第二连接端、所述第三连接端以及所述第四连接端与所述模数转换单元逐一电连接。

6.根据权利要求5所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述第一连接端接入的所述模拟电压信号的电压为0～12V；所述片选模块包括电压调节控制单元，所述电压调节控制单元与所述电压调节模块电连接；

当所述模拟电压信号的电压小于3.2V时，所述电压调节控制单元控制所述第一连接端与所述模数转换单元电连接；或者，

当所述模拟电压信号的电压大于或者等于3.2V，且小于6.4V时，所述电压调节控制单元控制所述第二连接端与所述模数转换单元电连接；或者，

当所述模拟电压信号的电压大于或者等于6.4V，且小于9.6V时，所述电压调节控制单元控制所述第三连接端与所述模数转换单元电连接；或者，

当所述模拟电压信号的电压大于或者等于9.6V时，所述电压调节控制单元控制所述第四连接端与所述模数转换单元电连接；

其中，所述模数转换单元接入的模拟电压信号的电压为0～3.2V。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述电流电压放大模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；

所述运算放大器具有第一正极输入端、第一负极输入端以及第一电压输出端；所述第一负极输入端用于与所述信号检测通道以及所述标准对比通道逐一电连接，所述第一正极输入端通过所述第四电阻接地，且所述第一电压输出端用于输出所述模拟电压信号；

所述第一电阻与所述第二电阻串联，并整体并联于所述第一负极输入端与所述第一电压输出端之间；且所述第一电阻与所述第二电阻之间通过所述第三电阻接地。

8.根据权利要求7所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述电流电压放大模块还包括射极跟随器，所述射极跟随器与所述第一电压输出端电连接，且所述射极跟随器用于调理并输出模拟电压信号。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的电流信号调理装置，其特征在于，所述电流信号调理装置还包括电接口模块，所述电接口模块为高清晰度多媒体插座，所述高清晰度多媒体插座具有多个第二引脚，且部分所述第二引脚分别与所述信号检测通道以及所述标准对比通道一一电连接。

10.一种光功率计，其特征在于，包括：

权利要求1～9中任一项所述的电流信号调理装置；以及，

光接口模块，包括第一光电探测器、第二光电探测器、第一光接口以及第二光接口；所述第一光电探测器用于与所述信号检测通道电连接，且所述第一光电探测设有所述第一光接口；所述第二光电探测器用于与所述标准对比通道电连接，且所述第二光电探测器设有所述第二光接口。

11.根据权利要求10所述的光功率计，其特征在于，在电接口模块为高清晰度多媒体插座，所述高清晰度多媒体插座具有多个第二引脚，一部分所述第二引脚分别与所述信号检测通道以及所述标准对比通道一一电连接的情况下；

所述光接口模块还包括屏蔽线材以及与所述高清晰度多媒体插座插接匹配的高清晰度多媒体插头；所述高清晰度多媒体插头具有多个第一引脚，且部分所述第一引脚通过所述屏蔽线材与所述第一光电探测器以及所述第二光电探测器一一电连接，用于将所述第一光电探测器和所述第二光电探测器分别与所述信号检测通道和所述标准对比通道对应电连接。

Images