專利名稱：快速變化光功率的檢測和預測計算的方法
技術領域：
本發明涉及一種光功率的檢測和預測計算。特別是涉及一種可以在輸入光快速變化的瞬間完成對變化的目標功率的準確預估計算的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法。
背景技術：
在光通信系統中，光功率探測電路一般有兩種 一種是采用對數運算放大器構成的跨導放大電路，此電路的優點是動態范圍寬，缺點是在較低輸入光功率處對瞬變信號的
探測靈敏度較低，不利于快速變化的光功率的探測；另一種是采用線性運算放大器的TIA(Transi即edance Amplifier,跨阻抗放大)電路，此電路優點是響應速度快，輸入光功率和TIA電路的輸出成線性關系，通過檢測TIA電路的輸出信號較容易檢測輸入光信號的快速變化，其缺點是單跨阻TIA電路的實際動態范圍較窄，故通常需要使用多檔位TIA電路來拓寬輸入探測的動態范圍。
目前在應用多檔位TIA電路實現輸入快速變化光功率的檢測時存在兩個缺陷第一個是在運算放大器增益帶寬積一定的情況下，輸入光功率越低，TIA電路所處檔位的跨阻會較大，電路增益隨之也較大，TIA電路的帶寬則會較窄，快速變化的輸入光信號通過TIA電路會產生失真，跨阻越大則失真越嚴重。目前采用的辦法是通過比較TIA電路輸出信號是否超過閾值，從而判斷光功率是否發生快速變化，但是無法根據TIA電路輸出的失真信號準確計算得到快速變化光功率的實際值。
第二個是在輸入光信號跨越一個或多個檔位快速變化時，相鄰檔位之間的開關切換會引起TIA電路的輸出信號出現振蕩，在此期間很難區分TIA電路輸出信號的快速變化是由輸入光信號快速變化引起的還是由TIA電路換擋引起的。目前為避免換擋引起后續控制出現紊亂所采用的常用措施是檔位切換后延時一段時間直到換擋過程結束，這種辦法實際上在換擋時忽略了對快速變化的光功率的檢測。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以在輸入光快速變化的瞬間完成對變化的目標功率的準確預估計算，而且不受TIA電路的失真、振蕩等因素影響的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法。
本發明所采用的技術方案是 一種快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，包括如下步驟
步驟l，分別獲取TIA電路各個檔位上的特征參數、瞬時斜率的閾值，并將這些特征參數和閾值分別存入參數表中；
步驟2，實時計算TIA電路輸出信號的瞬時斜率值，并比較實時瞬時斜率與瞬時斜率閾值，判斷輸入光信號是否發生快速變化；
步驟3，當輸入光信號發生快速變化時，確定輸入光變化的起始功率值，并根據TIA電路輸出信號的瞬時斜率預測計算輸入光功率的實際變化量；
步驟4，將輸入光變化的起始光功率加上預測計算所得的輸入光功率變化量，得到輸入光快速變化時的預測光功率，作為輸入光的實際瞬時功率；
步驟5，比較預測得到的光功率值和根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值，當二者較接近時結束預測計算，將根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值作為輸入光的實際瞬時功率。
如果TIA電路輸出信號的瞬時斜率的絕對值大于瞬時斜率閾值，則執行輸入光功率的預測計算，包括如下處理步驟
步驟S405，記錄開始預測計算之前的輸入光功率值P。做為光功率快速變化的起始功率值； '
步驟S406，保存當前瞬時斜率值K(x)，并根據實際采樣值計算所得的光功率值P'(x)，其中xi、 1、 2、……，為采樣計算時刻；
步驟S407,實時比較相鄰瞬時斜率值K(x)值，找到絕對值最大的瞬時斜率值K,(x);步驟S408,預測計算輸入光功率變化的目標功率值P(x);
步驟S409，如果步驟S407中找到絕對值最大的瞬時斜率值K,(x)，則停止預測計算，并保持采用瞬時斜率絕對值的最大值計算所得目標功率值P(x)不變,如果步驟S407中當前瞬時斜率值K(x)不是瞬時斜率絕對值的最大值，則輸出預測計算所得的目標功率值P(x);
步驟S410，判斷光功率值P' (x)的值是否接近目標功率值P(x);步驟S411和步驟S412，當光功率值P' (x)與目標功率值P(x)的大小很接近時，輸出光功率值P' (x)，表示TIA電路的輸出基本穩定，當光功率值P' (x)與目標功率值P(x)的大小差別較大時，輸出目標功率值P(x)，表示當前正在進行預測計算。
如果TIA電路輸出信號的瞬時斜率的絕對值不大于瞬時斜率閾值，則直接根據TIA電路輸出信號計算輸入光功率值。
所述步驟1和步驟3中還包括快速變化光功率的預測計算關系式的建立。快速變化光功率的預測計算關系式是在將TIA電路等效為RC電路模型的基礎上，并利用RC電路輸出信號在輸入信號發生快速變化時對應的瞬時斜率的絕對值最大的特點建立起來的。
快速變化光功率的預測計算關系式為△p(x) 二 m,，糊+a/;
P(x) = P0 + AP(x)
其中x表示連續數據的序號，i表示TIA電路的檔位序號，《(jc)表示TIA電路輸出.信號的瞬時斜率值，AP(x)表示預測計算得到的輸入光功率變化量，以毫瓦為單位，P。
表示輸入光功率變化時的起始功率的毫瓦值，P(x)表示輸入光功率變化期間預測得到的瞬時輸入光功率的毫瓦值，M,和iV,為TIA電路的檔位i對應的特征參數組。
快速變化光功率的預測計算關系式中的參數M,和iV,的計算方法為AP, = p, - p。(其中，/ = 1、2、3……")
》P W
iV, =^~二一Af, *乙''臓
其中P。、 P,、 AP,和《，分別表示參數定標時預先設定的輸入光功率變化的起始毫
瓦值、終止毫瓦值、實際變化量即毫瓦值，以及實測得到的TIA電路輸出信號的瞬時斜率最大值；i表示TIA電路的檔位序號，n表示在i檔位下測量得到的數據樣本的個數。輸入光功率光電轉換信號的1/V轉換和放大電路由TIA電路實現。TIA電路輸出信號的模/數轉換可根據具體應用中對光功率預測精度的不同要求，選用高速A/D電路或者低速A/D電路實現。
所述快速光功率檢測和預測計算方法可在單片機、處理器、DSP期間、可編程邏輯器件上可實現。
本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，可以在輸入光快速變化的瞬間預測計算得到輸入光變化的目標功率值，大大加快了光功率探測速度，并能夠準確的顯示快速變化的光功率值。如應用在EDFA中，可以實現PUMP驅動電流與快速變化的輸入光信號的同步、準確地控制，從而在輸入光快速變化的瞬間迅速控制放大器的光增益，有效地抑制增益過沖或者欠沖的大小。另外，本發明所述的快速光功率檢測和預測計算方法在具體實施時，可在不增加原有數字控制系統的成本的基礎上，直接嵌入到原有的控制流程中，實現系統性能的大幅度提升，具有良好的應用前景。并且預測計算在TIA電路傳輸失真開始或者檔位切換之前的很短時間內進行，計算輸出的速度快，而且不受TIA電路的失真、振蕩等因素的影響。
圖1是本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算方法的總體流程圖；圖2是本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算方法的實施例的框6圖3是本發明中TIA電路的特征參數定標計算的處理流程圖4是本發明的快速變化光功率的預測計算的處理流程圖5是應用本發明的EDFA(摻鉺光纖放大器)快速瞬態抑制控制系統的框圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法做出詳 細說明，但是此處的實施方式的闡述并不限定本發明。
由于本發明的特點，多檔位TIA電路與單檔位TIA電路的光功率檢測和預測計算方 法完全相同，因此，為方便理解本發明，除了EDFA (摻鉺光纖放大器)應用實例外，其 余實施方式和附圖中關于快速變化光功率的檢測和預測計算方法的闡述均略去檔位切換 控制操作。
如圖l所示，本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法包括如下步驟
S101，分別獲取TIA電路各個檔位上的特征參數、瞬時斜率的閾值，并將這些特征 參數和閾值分別存入參數表中；
S102，實時計算TIA電路輸出信號的瞬時斜率值，并比較實時瞬時斜率與瞬時斜率 閾值，判斷輸入光信號是否發生快速變化；
S103，當輸入光信號發生快速變化時，確定輸入光變化的起始功率值，并根據TIA 電路輸出信號的瞬時斜率預測計算輸入光功率的實際變化量；
S104，將輸入光變化的起始光功率加上預測計算所得的輸入光功率變化量，得到輸 入光快速變化時的預測光功率，作為輸入光的實際瞬時功率；
S105，比較預測得到的光功率值和根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值，當 二者較接近時結束預測計算，將根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值作為輸入光 的實際瞬時功率。
其中，步驟1和步驟3中還包括快速變化光功率的預測計算關系式的建立。 預測計算關系式可以清晰地表示輸入光功率、TIA電路各個檔位上的特征參數、TIA 電路輸出信號三者之間的關系。
「AP(x) = M',x)+A/;
本發明的快速變化光功率的預測計算關系式為d, 、 D工AD/、，其中x表
L P(x) = P0 + AP(x)
示連續數據的序號，i表示TIA電路的檔位序號，《OO表示TIA電路輸出信號的瞬時斜 率值，AP(x)表示預測計算得到的輸入光功率變化量，以毫瓦為單位，P。表示輸入光功 率變化時的起始功率的毫瓦值，P(x)表示輸入光功率變化期間預測得到的瞬時輸入光功 率的毫瓦值，M,和iV,為TIA電路的檔位i對應的特征參數組。其中M,和iV,的計算方法為AP' = P' - P。(其中，/ = 1、2、3……")
M,=——*V/jr 、2 ,w 、2~—，其中P。、 P,、 AP,和《,咖分別表示參數定標
y厶p
時預先設定的輸入光功率變化的起始毫瓦值、終止毫瓦值、實際變化量(毫瓦值)和實
測得到的TIA電路輸出信號的瞬時斜率最大值；i表示TIA電路的檔位序號，n表示在i 檔位下測量得到的數據樣本的個數。
本發明中快速變化光功率的預測計算關系式的建立依據是將TIA電路等效為RC電 路，并根據RC電路在輸入突變瞬間輸入和輸出信號近似線性、突變瞬間RC電路輸出信 號的瞬時斜率最大的特點，分別提取TIA電路的特征參數M和N，再通過監測TIA電路的 輸出信號瞬時斜率的變化，從而快速準確的預測計算輸入信號的變化量。
圖2是實現本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算方法的實施例的框圖。
S201是光電二極管，完成光電轉換，輸出光電探測電流信號；
S202是TIA電路，與光電二極管連接，分別完成對光電轉換電流信號的I/V轉換和 放大；
S203是高速A/D采樣電路，與TIA電路相連，實現對TIA電路的輸出信號進行快速 采樣，輸出數字量供后續控制使用；
S204為光功率快速變化的檢測和預測計算模塊(設置在計算機上)，連接高速A/D 采樣電路的輸出，實現輸入光功率快速變化的檢測和變化的目標功率值的快速預測計算;
S205為光功率輸出控制(由計算機控制)，連接光功率快速變化的檢測和預測計算 模塊的輸出，在輸入光功率沒有發生快速變化時輸出正常的光功率值；當檢測到輸入光 功率發生快速變化后則輸出預測計算所得的目標光功率值；當TIA電路輸出信號基本穩 定后恢復輸出正常的光功率值；
S206為參數定標模塊(設置在計算機上)，連接高速A/D采樣電路的輸出，實現對 TIA電路的特征參數和瞬時斜率閾值的定標計算；
S207輸出參數定標模塊計算出的TIA電路特征參數表(由計算機輸出)。
根據圖2所示，參數定標和正常工作狀態下執行步驟分別如下-
(1) 參數定標操作先設定定標調試光源，輸出矩形調制光信號經TIA電路S202、 高速A/D采樣電路S203后，再根據高速A/D采樣電路S203操作采集到得TIA電路輸出信 號的數據，執行參數定標模塊S206，計算出TIA電路的特征參數和瞬時斜率的正負閾值， 存放在特征參數表中。
(2) 正常工作狀態下先從特征參數表中讀取各項參數，當實際的工作光信號經光 電二極管S201、 TIA電路S202操作轉換成對應電信號后，再依次執行高速A/D采樣電路
8S203、光功率快速變化的檢測和預測計算模塊S204實現對TIA電路輸出信號的快速采樣、 快速變化的檢測、目標光功率值的預測計算，最后執行光功率輸出控制S205，根據判斷 TIA電路輸出信號快速變化過程是否發生和快速變化過程是否結束，決定是否輸出光功率 預測值。
圖3是TIA電路的特征參數定標計算的處理流程圖。
步驟S301，設置經過矩形調制的光源信號的低功率為P,(毫瓦)，設定高功率為PH (毫瓦)，得到調制幅度AP(n)(毫瓦)(n為樣本數據的序號，依次為1、 2、……、L); 步驟S302，獲取TIA電路輸出信號的高速A/D的采樣數據，供上位機提取TIA電路 特征參數使用；
步驟S303，獲取根據采樣數據計算瞬時斜率曲線，得到瞬時斜率的最大值K,(n); 步驟S304,將調制光源的高功率Ph但増加ldBm，重復步驟S302 S304，可得到L 組(AP(n)， K,(n)i數據;
步驟S305和S306，根據最小二乘法原理，依據如下公式擬合計算得到特征參數M、
N值:<formula>formula see original document page 9</formula>
如圖4所示，本發明中的快速變化光功率的預測計算的處理流程圖包括如下步驟
步驟S401，從特征參數表中讀取特征參數M、 N值和瞬時斜率閾值K+、 K-;
本發明中，瞬時斜率閾值有正負兩個閾值，當TIA電路輸出信號增大時，只有輸出 信號的瞬時斜率大于正閾值，才會判斷為輸入光信號快速增大，開始預測計算；當TIA 電路輸出信號減小時，只有輸出信號的瞬時斜率小于負閾值，才會判斷為輸入光信號快 速減小，開始預測計算。其余情況均判斷為輸入光信號不變或者發生慢速變化，不會進 行預測計算。因此，本發明對正常輸入光信號沒有任何負面影響，僅對快速變化的輸入 光信號進行預測計算，較容易無縫集成到當前各種光傳輸設備的控制系統中。
本發明中，當K(x)為正值時表示當前輸入光功率有增大的趨勢，實際光功率已經增 大的幅度基本等于預測計算得到的AP(x)值，反之當K(x)為負值時表示當前輸入光功率 有減小的趨勢，實際光功率已經減小的幅度基本等于預測計算得到的AP(x)值。實際產 品中預測計算的準確度只由生產過程中對TIA電路特征參數M,和^定標的準確度決定。
因此，采用本發明并設計自動化生產定標工具，可以穩定的控制產品的控制精度和控制 速度等指標。
步驟S402和S403，讀取高速A/D采樣數據，并實時計算采樣數據的瞬時斜率值K(x); 步驟S404，分別比較K (x)與K+、K (x)與K-的大小關系，如果K (x)大于K+或者K (x) <K-則判斷輸入光功率發生快速變化，否則判斷輸入光功率保持平穩，返回重復執行步驟S402 S404;
步驟S405,在開始預測計算之前，記錄此時的輸入光功率值P。做為光功率快速變化 的起始功率值，P。值在預測計算處理結束之前始終保持不變；
步驟S406，保存當前瞬時斜率值K(x)，并根據實際采樣值計算所得的光功率值P' (x)，P' (x)在輸入光功率快速變化期間，由于TIA電路傳輸失真會嚴重偏離實際的真實 光功率值；
步驟S407，實時比較相鄰瞬時斜率值K(x)值，保存絕對值最大的K,(x),由于TIA 電路輸出信號是單調變化的，因此如果與lK皿(x)l相鄰的兩個lK(x)l均小于l!U(x)l，即 可判斷找到最大瞬時斜率點，該點對應輸入光信號發生突變的時刻，因此，采用光功率 檢測和預測計算方法時，相對快速變化的輸入光信號的最大響應延時時間為搜索到 lK,(x)l最大值的時間;
步驟S408，根據公式預測計算輸入光功率變化的目標功率值P(x):
光發生快速變化之前的功率值；
步驟S409，如果步驟S407中找到瞬時斜率絕對值的最大值，則停止預測計算，并保 持采用瞬時斜率絕對值的最大值計算所得目標功率值POO不變，如果S407中當前K(x) 不是瞬時斜率絕對值的最大值，則輸出預測計算所得的目標功率值POO ;
步驟S410，比較P' (x)和P(x)的相對大小|1-P' (x)/P(x) |<」th，其中Ah為二 者之間的相近程度，可根據實際產品指標設定；
步驟S411，當S410判斷結果為真，輸出P' (x)，表示TIA電路的輸出基本穩定；
步驟S412，當S410判斷結果為假，輸出P(x)，表示當前光功率值為預測值。
圖5是應用本發明的EDFA快速瞬態抑制控制系統的框圖。
圖5中將本發明中快速光功率檢測和預測計算方法嵌入到常規EDFA的控制流程中， 包含如下步驟
步驟S502 S504，與常規控制一樣，實現輸入探測光信號的光電轉換、I/V轉換并 放大、高速A/D采樣等操作；
步驟S505，進行光功率快速變化的檢測和預測計算，當輸入信號沒有發生快速變化 時，該操作輸出值為根據TIA電路輸出采樣值計算所得光功率值，當輸入信號發生快速 變化時，在TIA電路輸出穩定前的輸出值為預測計算所得光功率值，穩定后的輸出值則 恢復為由TIA電路輸出實際采樣值計算所得光功率值；
步驟S506，與常規控制方法不同，輸入換擋控制在預測計算之后進行， 一個好處是 可以在換擋前即可快速計算出目標功率值，使得后續控制能基本與輸入變化同步，另一 個好處是可以避免檔位切換引起TIA電路輸出振蕩對后續控制的影響；
，其中M、 N值為步驟S401中從參數表中讀取得到的，P。是輸入步驟S507，前饋計算電流值Ip(x) = K* P(x) + B，其中K、 B為系數，P(x)為步驟 S505計算所得光功率值，在輸入光快速變化時，由于S505能根據TIA電路輸出信號的變 化而迅速、準確地預測輸出光功率值，故前饋計算可實現與輸入光變化基本同步的控制， 從而可以有效抑制過沖大小；
步驟S508, PID計算，根據步驟S505輸出光功率值和S501輸出功率值進行計算電 流的增量值』I(x)，在輸入光快速變化時，由于采用S505輸出預測光功率值參與PID計 算，可以避免PID控制受TIA電路傳輸失真、檔位切換的影響，從而實現電流增量的平 滑輸出，不會出現計算紊亂的問題；
步驟S509，計算輸入光快速變化期間總電流I(x) = Ip(X) + Z!I(X);
步驟S510， PUMP驅動電路將I(x)放大，驅動EDFA光增益模塊；
本發明的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，預測計算在TIA電路傳輸失真 開始或者檔位切換之前的很短時間內進行，計算輸出的速度快，而且不受TIA電路的失 真、振蕩等因素的影響。
以上具體實施方式
僅為解釋本發明，并不用于限制本發明，對于各種具體應用場合， 可熊會有各種變通的實施方式。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同 替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
應用本發明可以在輸入光快速變化的瞬間完成對變化的目標功率的準確預估計算。 TIA電路在任一檔位上，當輸入光功率發生快速變化時，TIA電路的輸出信號必然發生突 變。當TIA電路的輸出信號的瞬時斜率值小于該檔位對應的瞬時斜率閾值，判定當前輸 入光功率變化幅度過小，或者TIA電路本身噪聲引起輸出信號輕微抖動，不會開啟預測 計算；當TIA電路的輸出信號的瞬時斜率值大于該檔位的瞬時斜率閾值，則判定輸入光 功率出現較大變化，開始執行預測計算，在TIA電路輸出信號突變的瞬間快速計算得到 輸入光功率預測值，這樣就可避免由于TIA電路在輸入光功率快速變化時響應失真造成 輸入光功率探測誤差較大和時延較長的問題。當預測得到輸入光功率值后，立即結束預 測計算，并保持輸入光功率的預測值作為輸入光功率真實值，直到由TIA電路輸出信號 的實際采樣值計算得到的輸入光功率值與它非常接近時，才將由TIA電路輸出信號的實 際采樣值計算得到的輸入光功率值作為輸入光功率的真實值。
應用本發明可以在TIA電路換擋之前完成對目標檔位上對應光功率的預估計算。當 輸入光信號跨越TIA電路的一個或者多個檔位快速變化時，本發明的預測計算方法可以 在輸入光功率變化的瞬間，先預測計算得到目標檔位上對應的光功率值，然后再執行TIA 電路的檔位切換操作，在檔位切換過程中，將當前檔位上輸入光功率的預測值作為目標 檔位上輸入光功率真實值并保持不變，直到由TIA電路在目標檔位上的輸出信號的實際 采樣值計算得到的輸入光功率值與預測值非常接近時，才將由TIA電路在目標檔位上的 輸出信號的實際采樣值計算得到的輸入光功率值作為輸入光功率的真實值。因此，采用 本發明不僅較好的避免TIA電路換擋引起后續控制出現紊亂，而且預測計算速度與輸入光功率在同 一檔位內快速變化完全相同的效果。
本發明中，輸入光功率探測由PD (光電二極管)檢測電路和多檔位TIA電路實現， 快速光功率檢測和預測計算i"法對具體實現的器件并沒有特殊要求，針對不同的指標要 求，可分別選用高速單片機、處理器、DSP期間、可編程邏輯器件等加以實現，因此非常 適合客戶定制的應用場合。
在光通信系統中，本發明應用在高速光功率測量場合(如光功率計)，可以實時準 確計算并顯示光功率值。
在摻餌光纖放大器(EDFA)中，由于EDFA的增益主要由輸入光功率、泵浦光功率和 EDFA粒子反轉數水平等三個因素共同決定的，其中粒子反轉數水平隨著泵浦光功率的增 大而增大，隨著輸入光功率的增大而降低。在輸入光功率變化的快速變化時，如果泵浦 光功率能夠迅速調整以維持粒子反轉數的水平，就能使每個光通道的增益基本保持不變; 如果泵浦光功率的調整速度明顯比粒子數反轉數水平的變化速度慢，則EDFA的瞬時增益 則會出現較大的過沖。本發明應用在EDFA中，可以在輸入光功率發生快速變化的瞬間， 預測計算得到輸入光變化的目標光功率值，從而在最短的時間內實現前饋計算控制，使 得泵浦光功率基本隨輸入光功率同步變化，使得各個通道的增益變化非常小，過沖得到 有效地抑制。
以上具體實施方式
僅為解釋本發明，并不用于限制本發明，對于各種具體應用場合， 可能會有各種變通的實施方式。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同 替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
1權利要求
1.一種快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，分別獲取TIA電路各個檔位上的特征參數、瞬時斜率的閾值，并將這些特征參數和閾值分別存入參數表中；步驟2，實時計算TIA電路輸出信號的瞬時斜率值，并比較實時瞬時斜率與瞬時斜率閾值，判斷輸入光信號是否發生快速變化；步驟3，當輸入光信號發生快速變化時，確定輸入光變化的起始功率值，并根據TIA電路輸出信號的瞬時斜率預測計算輸入光功率的實際變化量；步驟4，將輸入光變化的起始光功率加上預測計算所得的輸入光功率變化量，得到輸入光快速變化時的預測光功率，作為輸入光的實際瞬時功率；步驟5，比較預測得到的光功率值和根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值，當二者較接近時結束預測計算，將根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值作為輸入光的實際瞬時功率。
2.根據權利要求1所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于， 如果TIA電路輸出信號的瞬時斜率的絕對值大于瞬時斜率閾值，則執行輸入光功率的預 測計算，包括如下處理步驟步驟S405，記錄開始預測計算之前的輸入光功率值P。做為光功率快速變化的起始功 率值；步驟S406，保存當前瞬時斜率值K(x)，并根據實際采樣值計算所得的光功率值P' (x)，其中x:O、 1、 2、……，為采樣計算時刻；步驟S407，實時比較相鄰瞬時斜率值K(x)值，找到絕對值最大的瞬時斜率值K,(x); 步驟S408，預測計算輸入光功率變化的目標功率值P(x);步驟S409，如果步驟S407中找到絕對值最大的瞬時斜率值K皿(x),則停止預測計算， 并保持采用瞬時斜率絕對值的最大值計算所得目標功率值P (x)不變，如果步驟S407中當 前瞬時斜率值K(x)不是瞬時斜率絕對值的最大值，則輸出預測計算所得的目標功率值 P(x);步驟S410，判斷光功率值P' (x)的值是否接近目標功率值P(x);步驟S411和步驟S412，當光功率值P' (x)與目標功率值P(x)的大小很接近時，輸 出光功率值P' (x)，表示TIA電路的輸出基本穩定，當光功率值P' (x)與目標功率值P(x) 的大小差別較大時，輸出目標功率值P(x)，表示當前正在進行預測計算。
3. 根據權利要求1所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于， 如果TIA電路輸出信號的瞬時斜率的絕對值不大于瞬時斜率閾值，則直接根據TIA電路 輸出信號計算輸入光功率值。
4. 根據權利要求1所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于， 所述步驟1和步驟3中還包括快速變化光功率的預測計算關系式的建立。
5. 根據權利要求4所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，快速變化光功率的預測計算關系式是在將TIA電路等效為RC電路模型的基礎上，并利用RC電路輸出信號在輸入信號發生快速變化時對應的瞬時斜率的絕對值最大的特點建立起來的。
6. 根據權利要求4所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，快速變化光功率的預測計算關系式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中x表示連續數據的序號，i表示TIA電路的檔位序號，尺(x)表示TIA電路輸出信號的瞬時斜率值，AP(x)表示預測計算得到的輸入光功率變化量，以毫瓦為單位，P。表示輸入光功率變化時的起始功率的毫瓦值，P(x)表示輸入光功率變化期間預測得到的瞬時輸入光功率的毫瓦值，M,和iV,為TIA電路的檔位i對應的特征參數組。
7.根據權利要求6所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，快速變化光功率的預測計算關系式中的參數M,和AT,的計算方法為<formula>formula see original document page 3</formula>其中P。、 P,、 AP,和《，分別表示參數定標時預先設定的輸入光功率變化的起始毫瓦值、終止毫瓦值、實際變化量即毫瓦值，以及實測得到的TIA電路輸出信號的瞬時斜率最大值；i表示TIA電路的檔位序號，n表示在i檔位下測量得到的數據樣本的個數。
8. 根據權利要求1所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，輸入光功率光電轉換信號的I/V轉換和放大電路由TIA電路實現。
9. 根據權利要求1所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，TIA電路輸出信號的模/數轉換可根據具體應用中對光功率預測精度的不同要求，選用高速A/D電路或者低速A/D電路實現。
10.根據權利要求1所述的快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，其特征在于，所述快速光功率檢測和預測計算方法可在單片機、處理器、DSP期間、可編程邏輯器件上可實現。
全文摘要
一種快速變化光功率的檢測和預測計算的方法，包括分別獲取TIA電路各個檔位上的特征參數、瞬時斜率的閾值，存入參數表中；實時計算TIA電路輸出信號的瞬時斜率值，比較實時瞬時斜率與瞬時斜率閾值；當輸入光信號快速變化時，確定輸入光變化的起始功率值，根據TIA電路輸出信號的瞬時斜率預測計算輸入光功率的實際變化量；將輸入光變化的起始光功率加上預測計算所得的輸入光功率變化量，得到輸入光快速變化時的預測光功率，作為輸入光的實際瞬時功率；比較預測得到的光功率值和根據TIA電路輸出信號計算所得的光功率值，當二者較接近時結束預測計算，將所得光功率值作為輸入光的實際瞬時功率。本發明大大加快了光功率探測速度，并能夠準確的顯示快速變化的光功率值。
文檔編號G01J1/42GK101634590SQ20091006993
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月29日 優先權日2009年7月29日
發明者印新達, 張翠紅, 簡敬元 申請人:武漢光迅科技股份有限公司