本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在一般光纖振動傳感系統(tǒng)中，一般采用固定出射光光功率的設(shè)計。采用固定的出射光光功率可以保證光源輸出功率穩(wěn)定。但是，在光纖振動傳感系統(tǒng)的安裝部署過程中，傳感光纖不同的耦合形式以及傳感光纖的長度，都會造成光信號在光纖鏈路中不同程度的損耗。這樣即便是出射光功率完全相同的兩套光纖振動傳感設(shè)備，在不同的安裝部署環(huán)境中也很難得到相同的入射(接收)光功率。

接收光功率是光纖振動傳感系統(tǒng)中一個用于檢測振動發(fā)生與否的重要參考量。這一參考量發(fā)生變化可能造成多種問題：1、光功率大于光探測器探測范圍或光功率低于光探測器探測范圍；2、光功率發(fā)生變化影響同一振動檢測系統(tǒng)中的振動檢測結(jié)果；3、光功率不同使得不同的光纖振動檢測系統(tǒng)可能得到不一致的振動檢測結(jié)果。

為了滿足遠(yuǎn)距離的傳感需求，這些光纖振動傳感系統(tǒng)往往采用較大的光功率，并在光探測器后端采用多級放大器來適應(yīng)不同安裝環(huán)境中的光功率損耗。但在一些低成本光纖傳感系統(tǒng)中，多級放大部件的成本過高。所以需要一種相對簡易的方法使得低成本振動傳感系統(tǒng)即可在光探測器端獲得相對穩(wěn)定的接收光功率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，其目的在于提供一種在低成本振動傳感系統(tǒng)中可在光信號接收端獲得相對穩(wěn)定的接收光功率的系統(tǒng)，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中低成本振動傳感系統(tǒng)中無法在光探測器端獲得相對穩(wěn)定的接收光功率的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，包括光源、分光器、光探測器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一閾值判定器、光功率調(diào)節(jié)模塊以及驅(qū)動電路模塊，其中：

所述光源的光出射端口通過振動傳感光纖與分光器相連；

所述分光器用于將所述光源的出射光至少分為兩條分光支路，其中所述分光器的第一分光支路與光纖振動傳感檢測器光路相連，所述分光器的第二分光支路與所述光探測器光路相連；

所述光探測器的輸出與所述放大器的輸入相連，所述光探測器用于檢測所述第二分光支路的光信號強(qiáng)度，并將所述光信號強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)模擬電信號；

所述放大器的輸出與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連，所述放大器用于放大所述光強(qiáng)模擬電信號，使放大后的光強(qiáng)模擬電信號的電壓強(qiáng)度處于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍內(nèi)；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與所述第一閾值判定器的輸入相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將所述放大后的光強(qiáng)模擬電信號轉(zhuǎn)換為用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號；

所述第一閾值判定器的輸出與所述光功率調(diào)節(jié)模塊的輸入相連，所述第一閾值判定器用于判斷所述用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號是否低于預(yù)設(shè)正常光功率閾值，如果是則增大輸出調(diào)節(jié)數(shù)字；

所述光功率調(diào)節(jié)模塊的輸出與所述驅(qū)動電路模塊相連，所述光功率調(diào)節(jié)模塊用于將所述調(diào)節(jié)數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬信號；

所述驅(qū)動電路模塊的輸出與所述光源相連，所述驅(qū)動電路模塊用于根據(jù)所述模擬信號來調(diào)節(jié)所述光源的驅(qū)動電流強(qiáng)度從而調(diào)節(jié)光源的輸出光功率。

本發(fā)明的一個實施例中，所述光功率控制系統(tǒng)還包括驅(qū)動電流監(jiān)測模塊和第二閾值判定器，其中，所述驅(qū)動電流監(jiān)測模塊的輸入與所述驅(qū)動電路模塊的輸出相連，所述驅(qū)動電流監(jiān)測模塊的輸出與第二閾值判定器相連；所述驅(qū)動電流監(jiān)測模塊用于獲取所述驅(qū)動電路模塊輸出的驅(qū)動電流，所述第二閾值判定器用于判斷所述驅(qū)動電路模塊輸出的驅(qū)動電流是否大于所述光源的額定驅(qū)動電流，如果是則減小所述第二閾值判定器的輸出調(diào)節(jié)數(shù)字。

本發(fā)明的一個實施例中，在驅(qū)動電流上升的過程中，所述第一閾值判定器還用于在調(diào)節(jié)光功率之前存儲調(diào)節(jié)前接收端光功率，并在調(diào)節(jié)后獲取調(diào)節(jié)后接收端光功率，并判斷所述調(diào)節(jié)后接收端光功率是否小于調(diào)節(jié)前接收端光功率，如果是則減小所述第一閾值判定器的輸出調(diào)節(jié)數(shù)字。

本發(fā)明的一個實施例中，所述第一閾值判定器在接收到的光強(qiáng)值低于設(shè)定閾值的預(yù)設(shè)比例時啟動光功率調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的一個實施例中，所述光功率調(diào)節(jié)模塊為數(shù)字電位器，或者數(shù)字滑動變阻器，或者數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明的一個實施例中，所述分光器為一分二的分光器。

本發(fā)明的一個實施例中，所述分光器的分光比例為90％:10％，且10％接入光探測器光路，另90％接入光纖振動傳感檢測器光路。

本發(fā)明的一個實施例中，所述光源為fp激光器，或者dfb激光器，或者led光源與起偏器的組合。

本發(fā)明的一個實施例中，所述光功率控制系統(tǒng)還包括存儲模塊，所述存儲模塊與所述第一閾值判定器通信連接，用于存儲所述調(diào)節(jié)前接收端光功率。

本發(fā)明的一個實施例中，所述啟動光功率調(diào)節(jié)的預(yù)設(shè)比例為30％。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，通過光探測器探測光源發(fā)出的光信號的強(qiáng)度，并通過閾值判斷器判斷所述光強(qiáng)是否低于預(yù)設(shè)光強(qiáng)閾值，如果是則增大輸出調(diào)節(jié)數(shù)字，通過光功率調(diào)節(jié)模塊和驅(qū)動電路模塊調(diào)節(jié)光源的驅(qū)動電流，以增大光源的出射光光功率，從而保證接收端光功率的相對穩(wěn)定；該光功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉；可以用于低成本光纖振動傳感系統(tǒng)以校準(zhǔn)接收光功率；且可降低光功率強(qiáng)度的變化給光纖振動檢測精度與一致性帶來的負(fù)面影響；提供了一種在低成本振動傳感系統(tǒng)中在光信號接收端獲得相對穩(wěn)定的接收光功率的方案；

(2)本發(fā)明提供的用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，通過驅(qū)動電流監(jiān)測模塊監(jiān)測光源的驅(qū)動電流，在光源的驅(qū)動電流超過其正常工作電流上限時通過光功率調(diào)節(jié)模塊和驅(qū)動電路模塊對光源的驅(qū)動電流進(jìn)行回調(diào)，即減小光源的驅(qū)動電流；從而可以保護(hù)光源的驅(qū)動電流調(diào)節(jié)不會超過光源的正常工作電流上限，在傳感光纖鏈路尚未連接完成或其他極端情形下防止光源工作狀態(tài)不穩(wěn)定或壽命縮短甚至報廢；

(3)本發(fā)明提供的用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，在提升驅(qū)動電流的過程中，通過記錄驅(qū)動電流提升前的接收光功率，將驅(qū)動電流提升后的接收光功率與提升前接收光功率比較，確定驅(qū)動電流提升操作是否回滾；可以降低溫度對驅(qū)動電流提升效果的負(fù)面影響；

(4)本發(fā)明提供的用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，在光功率低于正常光功時啟動步進(jìn)式光功率調(diào)整程序，步進(jìn)調(diào)節(jié)光功率時主動遲滯了步進(jìn)間隔時間，從而降低了功率調(diào)整的頻率，避免了頻繁調(diào)整光功率引入的噪聲。同時小的步進(jìn)保證了功率調(diào)整到正常光功率的精度；

(5)本發(fā)明提供的用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，在接收到的光強(qiáng)值低于設(shè)定閾值的預(yù)設(shè)比例時啟動光功率調(diào)節(jié)，可以避免頻繁啟動調(diào)節(jié)造成光功率波動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中另一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中另一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中一種驅(qū)動電路模塊、驅(qū)動電流監(jiān)測模塊以及光源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，為本發(fā)明實施例中一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括光源、分光器、光探測器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一閾值判定器、光功率調(diào)節(jié)模塊以及驅(qū)動電路模塊，其中：

所述光源的光出射端口通過振動傳感光纖與分光器相連；具體地，所述光源可以選用fp(fabry–pérot，法布里珀羅)激光器，或者dfb(distributedfeedbacklaser，分布式反饋激光器)激光器，或者led光源(lightemittingdiode，發(fā)光二極管)與起偏器的組合。

所述分光器用于將所述光源的出射光至少分為兩條分光支路，其中所述分光器的第一分光支路與光纖振動傳感檢測器光路相連，所述分光器的第二分光支路與所述光探測器光路相連；具體地，所述分光器可以將出射光分為二份或者多份，通常優(yōu)選一分二的分光器；所述分光器可以是任意比例的分光器，只需要將光源的出射光一分為二即可。例如分光比例可以是50：50，也可以是90:10。優(yōu)選90:10，且10％接入光探測器光路，另90％接入光纖振動傳感檢測器光路，用于通過檢測光強(qiáng)的變化實現(xiàn)光纖振動的傳感檢測。

所述光探測器的輸出與所述放大器的輸入相連，所述光探測器用于檢測所述第二分光支路的光信號強(qiáng)度，并將所述光信號強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)模擬電信號。

所述放大器的輸出與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連，所述放大器用于放大所述光強(qiáng)模擬電信號，使放大后的光強(qiáng)模擬電信號的電壓強(qiáng)度處于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍內(nèi)。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與所述第一閾值判定器的輸入相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將所述放大后的光強(qiáng)模擬電信號轉(zhuǎn)換為用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號。

所述第一閾值判定器的輸出與所述光功率調(diào)節(jié)模塊的輸入相連，所述第一閾值判定器用于判斷所述用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號是否低于預(yù)設(shè)正常光功率閾值，如果是則增大輸出調(diào)節(jié)數(shù)字，從而增大光源光功率。具體地，如果所述用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號低于預(yù)設(shè)正常光功率閾值，則所述第一閾值判定器輸出的調(diào)節(jié)數(shù)字增加t；所述t根據(jù)調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)步長確定，例如可以為1，也可以為2，也可以為其他值；在調(diào)節(jié)過程中，所述t也可以是變化的，例如當(dāng)所述用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號低于預(yù)設(shè)正常光功率閾值較多時，所述t可以取值稍大(即調(diào)節(jié)步長較大)，當(dāng)所述用于表示光強(qiáng)的數(shù)字信號接近預(yù)設(shè)正常光功率閾值較多時，所述t可以取值較小，使整個調(diào)節(jié)過程先快后慢，在保證調(diào)節(jié)速度的前提下也能保證調(diào)節(jié)精度，不至于使得某次的調(diào)節(jié)結(jié)果超出預(yù)設(shè)正常光功率閾值太多；

進(jìn)一步地，因為光纖傳感鏈路的光功率總體呈現(xiàn)衰減趨勢，且短時來看光功率相對比較穩(wěn)定。所以光功率調(diào)節(jié)為向更高光功率方向調(diào)節(jié)。為避免頻繁啟動調(diào)節(jié)造成光功率波動，實施中啟動光功率調(diào)節(jié)的閾值為30％，即第一閾值判定器接收到的光強(qiáng)值低于設(shè)定閾值的30％就啟動光功率調(diào)節(jié)。啟動光功率調(diào)節(jié)后，第一閾值判定器不斷判定光功率有沒有大于設(shè)定閾值(例如取值為300mw)，如果沒有就以步長1(或者其他認(rèn)定值)增加第一閾值判定器的調(diào)節(jié)數(shù)字輸出。光功率大于300mw即停止本次光功率調(diào)節(jié)。

所述光功率調(diào)節(jié)模塊的輸出與所述驅(qū)動電路模塊相連，所述光功率調(diào)節(jié)模塊用于將所述調(diào)節(jié)數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬信號；其中，所述光功率調(diào)節(jié)模塊可以有三種實現(xiàn)方式：數(shù)字電位器，或者數(shù)字滑動變阻器，或者數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digitaltoanalogconverter，dac)，其作用為修改驅(qū)動電路模塊的驅(qū)動電壓或驅(qū)動電流(慣常且規(guī)范的方式)，方式是通過向驅(qū)動電路模塊提供可變的電壓或電阻。其中數(shù)字電位器既可以提供電阻也可以提供電壓，數(shù)字滑動變阻器只能提供電阻，dac只能提供電壓。

所述驅(qū)動電路模塊的輸出與所述光源相連，所述驅(qū)動電路模塊用于根據(jù)所述模擬信號調(diào)節(jié)所述光源的電壓或電流強(qiáng)度從而調(diào)節(jié)光源的輸出光功率。對驅(qū)動電路模塊的驅(qū)動可以有兩種實現(xiàn)方式：電壓驅(qū)動或電流驅(qū)動(慣常且規(guī)范的方式)，主要作用為提供更高的驅(qū)動能力。光源可以通過電流也可以通過電壓調(diào)節(jié)光功率。光功率調(diào)節(jié)從標(biāo)稱功率到最小閾值電流對應(yīng)的光功率，功率調(diào)節(jié)比例可達(dá)百分之九十。另外，對光源的功率調(diào)節(jié)基本可以看做是線性的，但是分辨率受限于數(shù)字電位器、數(shù)字滑動變阻器或dac的位寬。

進(jìn)一步地，在一些模擬的光功率調(diào)節(jié)方案中，只能對光源的驅(qū)動電流進(jìn)行調(diào)整，但受限于檢測能力不能判定驅(qū)動電流是否超出光源的額定驅(qū)動電流，可能造成光源的損壞。

為了實現(xiàn)上述目的，如圖2所示，本發(fā)明另一實施例中還提供了一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)，在圖2所示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了驅(qū)動電流監(jiān)測模塊和第二閾值判定器，所述驅(qū)動電流監(jiān)測模塊的輸入與所述驅(qū)動電路模塊的輸出相連，所述驅(qū)動電流監(jiān)測模塊的輸出與第二閾值判定器相連；所述驅(qū)動電流監(jiān)測模塊用于獲取所述驅(qū)動電路模塊輸出的驅(qū)動電流，所述第二閾值判定器用于判斷所述驅(qū)動電路模塊輸出的驅(qū)動電流是否大于所述光源的額定驅(qū)動電流，如果所述驅(qū)動電路模塊輸出的驅(qū)動電流大于所述光源的額定驅(qū)動電流，則需要減小所述驅(qū)動電路模塊輸出的驅(qū)動電流，具體可通過減小所述第二閾值判定器的輸出調(diào)節(jié)數(shù)字，從而通過光功率調(diào)節(jié)模塊減小所述驅(qū)動電路模塊的驅(qū)動電流。

需要說明的是，所述第一閾值判定器和第二閾值判定器是從功能上劃分成兩個模塊，具體地在實施過程中，所述第一閾值判定器和第二閾值判定器在物理上可以為能同時實施光強(qiáng)閾值判定和電流閾值判定的一個實體模塊，也可以為分別實現(xiàn)光強(qiáng)閾值判定和電流閾值判定的兩個實體模塊。

另外，光源在工作的過程中會發(fā)熱，由于散熱條件的限制可能會有熱能的蓄積。正是由于溫度因素的影響，光源的功率和驅(qū)動電流只在一定的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)正向關(guān)系。在一些散熱受限的環(huán)境里，驅(qū)動電流上升到某個值時，光源功率可能開始下降。為保證光源功率調(diào)節(jié)的有效性，需要對這種特殊變化進(jìn)行偵測，并采取驅(qū)動電流的回調(diào)操作。這一功能是模擬光功率調(diào)節(jié)電路無法實現(xiàn)的。

為了實現(xiàn)上述目的，在驅(qū)動電流上升的過程中，可以在調(diào)節(jié)光功率之前存儲調(diào)節(jié)前接收端光功率，并在調(diào)節(jié)后獲取調(diào)節(jié)后接收端光功率，如果調(diào)節(jié)后接收端光功率小于調(diào)節(jié)前接收端光功率，則可認(rèn)為光源的功率和驅(qū)動電流已經(jīng)進(jìn)入了負(fù)向關(guān)系的區(qū)間內(nèi)，需要對驅(qū)動電流進(jìn)行回調(diào)操作，此時可減小所述第一閾值判定器的輸出調(diào)節(jié)數(shù)字，從而通過光功率調(diào)節(jié)模塊減小所述驅(qū)動電路模塊的驅(qū)動電流。具體地，可以設(shè)置一個存儲模塊來存儲所述調(diào)節(jié)前接收端光功率，該存儲模塊可以是單獨的物理存儲單元，也可以是集成在所述第一閾值判定器中的存儲單元。

進(jìn)一步地，如圖3所示，為本發(fā)明實施例中另一種用于光纖振動傳感的接收端光功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該光纖振動傳感的光功率控制系統(tǒng)主要用于雙偏振態(tài)振動檢測。在本發(fā)明實施例中，分光器采用10：90的一分二分光器，光功率調(diào)節(jié)模塊采用數(shù)字滑動變阻器，光源采用fp激光器，其中：光源功率≥500微瓦、閾值電流7.5ma±0.6ma，輸出功率300微瓦，放大器放大約10000倍，模數(shù)轉(zhuǎn)換器位寬12bit，數(shù)字滑動變阻器輸入位寬8位。驅(qū)動電路模塊以電壓調(diào)節(jié)光源光功率。光源采用1550nm波長的fp激光器，光探測器的靈敏度為0.98±0.02ma/mw。

進(jìn)一步地，如圖4所示，為本發(fā)明實施例中一種驅(qū)動電路模塊、驅(qū)動電流監(jiān)測模塊以及光源的電路結(jié)構(gòu)示意圖，該電路結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式為，一個npn三極管的集電極與光源相連，npn三極管的發(fā)射極通過第一電阻接地，npn三極管的基極通過第二電阻與光功率調(diào)節(jié)模塊相連；npn三極管、第一電阻和第二電阻共同組成本電路結(jié)構(gòu)中的驅(qū)動電路模塊；驅(qū)動電流監(jiān)測模塊與npn三極管的發(fā)射極相連；本發(fā)明實施例中，所述電源可以采用發(fā)光二極管，其正極接3.3v的電源，閾值電流為8ma；所述npn三極管可以選用c8050，所述第一電阻的阻值為50ω，第二電阻為可調(diào)。驅(qū)動電流監(jiān)測模塊可以通過采集電流值或電壓值判斷所述光源的驅(qū)動電流是否超過額定閾值電路。

另外，進(jìn)一步地如圖1所示，還可以在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器處獲取光功率數(shù)字參考量，供其他功能模塊使用。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。