本發(fā)明涉及光通信，尤其是涉及一種數(shù)字可調(diào)光衰減器的控制方法、系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)：

1、在不同器件之間進(jìn)行光學(xué)互連時(shí)或是在對激光參數(shù)進(jìn)行測定時(shí)，往往需要對激光的光強(qiáng)進(jìn)行削弱，實(shí)現(xiàn)這一功能的器件稱為光衰減器。所述光衰減器大致可分為具有定值衰減量的固定衰減器和可以調(diào)節(jié)衰減量的可調(diào)光衰減器兩類，其中，可調(diào)光衰減器被廣泛使用。

2、目前，可調(diào)光衰減器是主要的無源器件之一，并長期停留在機(jī)械可調(diào)的水平，機(jī)械式可調(diào)光衰減器主要包括步進(jìn)電機(jī)、擋光元件及光纖準(zhǔn)直器：電機(jī)驅(qū)動(dòng)擋光元件在兩個(gè)光纖準(zhǔn)直器之間轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光功率的衰減。雖然機(jī)械可調(diào)光衰減器的光學(xué)特性符合要求，且具備技術(shù)成熟、無需溫度控制等優(yōu)勢，但是其同時(shí)也存在著體積大、響應(yīng)速度慢、集成性差及分辨率低等缺點(diǎn)。

3、隨著全光通信網(wǎng)絡(luò)對元器件的便捷性、響應(yīng)速度及分辨率要求越來越高，業(yè)內(nèi)亟待開發(fā)體積小、集成性好、響應(yīng)速度快及分辨率高的可調(diào)光衰減器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字可調(diào)光衰減器的控制方法、系統(tǒng)及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一種上述技術(shù)問題。

2、第一方面，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種數(shù)字可調(diào)光衰減器的控制方法，包括如下步驟：

3、步驟1、接收外部輸入的需求光功率值；

4、步驟2、將需求光功率值與當(dāng)前光功率值進(jìn)行比較：若相同，則執(zhí)行步驟1；若不同，則執(zhí)行步驟3；

5、步驟3、計(jì)算需求光功率值與當(dāng)前光功率值的衰減值；基于所述衰減值，計(jì)算可調(diào)光衰減器電機(jī)的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角；基于所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角，計(jì)算脈寬調(diào)制（pwm）信號(hào)的占空比及頻率，具體公式可以為：

6、占空比=（電機(jī)控制精度/旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角）ⅹ100%；

7、頻率=電機(jī)最高轉(zhuǎn)速ⅹ單個(gè)步進(jìn)的脈沖數(shù)；

8、將脈寬調(diào)制信號(hào)輸入至電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

9、步驟4、采集電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角，將旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角與實(shí)際旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較：若相同，則將需求光功率值作為當(dāng)前光功率值，迭代執(zhí)行步驟1，直至達(dá)到第一迭代結(jié)束條件；若不同，則執(zhí)行步驟5；

10、步驟5、判斷旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角是否大于實(shí)際旋轉(zhuǎn)角：若是，則按照步驟3中的方法，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)補(bǔ)償步進(jìn)角，執(zhí)行步驟4；若否，則按照步驟3中的方法，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)補(bǔ)償步進(jìn)角，執(zhí)行步驟4。

11、通過上述方法，可以利用脈寬調(diào)制的方式對可調(diào)光衰減器電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，從而達(dá)到數(shù)字化、精確化調(diào)整光衰減值的目的。

12、在一種可行的實(shí)施方式中，所述步驟3中電機(jī)控制精度可以為0.1度，當(dāng)然還可以根據(jù)實(shí)際工控進(jìn)行設(shè)置。

13、在一種可行的實(shí)施方式中，所述步驟4中可以通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的狀態(tài)監(jiān)測功能，采集電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角。

14、在一種可行的實(shí)施方式中，所述步驟4中可以通過在電機(jī)主軸處安裝霍爾傳感器，用于采集電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角，以提升實(shí)際旋轉(zhuǎn)角的檢測精度。

15、在一種可行的實(shí)施方式中，所述步驟4中的第一迭代結(jié)束條件為需求光功率值等于當(dāng)前光功率值。

16、在一種可行的實(shí)施方式中，所述步驟5中預(yù)設(shè)補(bǔ)償步進(jìn)角為一個(gè)步進(jìn)角。

17、在一種可行的實(shí)施方式中，所述控制方法還包括：

18、步驟6、通過光電檢測傳感器等裝置，采集光路輸出端的光功率信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；再通過歐姆定律，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；基于電壓信號(hào)，計(jì)算得到實(shí)際光功率值；具體公式可以為：

19、電流信號(hào)=光功率信號(hào)ⅹ光電轉(zhuǎn)換效率；

20、電壓信號(hào)=電流信號(hào)ⅹ預(yù)設(shè)電阻阻值；

21、實(shí)際光功率值=電壓信號(hào)/（光電轉(zhuǎn)換效率ⅹ預(yù)設(shè)電阻阻值）；

22、步驟7、將實(shí)際光功率值作為當(dāng)前光功率值，迭代執(zhí)行步驟2，直至達(dá)到第二迭代結(jié)束條件。

23、通過上述步驟，可以自動(dòng)反饋光衰減器的衰減效果，并基于實(shí)際光功率值，迭代調(diào)整光衰減器，直至滿足使用要求。

24、在一種可行的實(shí)施方式中，所述步驟7中的第二迭代結(jié)束條件為需求光功率值等于當(dāng)前光功率值。

25、第二方面，基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本技術(shù)還提供了一種數(shù)字可調(diào)光衰減器的控制系統(tǒng)，包括控制模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：

26、所述控制模塊，用于接收外部輸入的需求光功率值；計(jì)算需求光功率值與當(dāng)前光功率值的衰減值；基于所述衰減值，計(jì)算可調(diào)光衰減器電機(jī)的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角；基于所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角，計(jì)算脈寬調(diào)制（pwm）信號(hào)的占空比及頻率，具體公式可以為：

27、占空比=（電機(jī)控制精度/旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角）ⅹ100%；

28、頻率=電機(jī)最高轉(zhuǎn)速ⅹ單個(gè)步進(jìn)的脈沖數(shù)；

29、將脈寬調(diào)制信號(hào)輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

30、接收電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角，將旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角與實(shí)際旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較并進(jìn)行迭代補(bǔ)償；

31、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，基于脈寬調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)可調(diào)光衰減器電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；反饋電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角至所述控制模塊。

32、在一種可行的實(shí)施方式中，所述控制系統(tǒng)還包括位置反饋模塊，用于采集電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角，反饋至所述控制模塊，以進(jìn)一步提升實(shí)際旋轉(zhuǎn)角的檢測精度。

33、在一種可行的實(shí)施方式中，所述控制系統(tǒng)還包括光功率反饋模塊，用于采集光路輸出端的光功率信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；再通過歐姆定律，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)反饋至所述控制模塊，具體公式可以為：

34、電流信號(hào)=光功率信號(hào)ⅹ光電轉(zhuǎn)換效率；

35、電壓信號(hào)=電流信號(hào)ⅹ預(yù)設(shè)電阻阻值；

36、所述控制模塊還根據(jù)所述電壓信號(hào)，計(jì)算得到實(shí)際光功率值并與需求光功率值進(jìn)行比較后，迭代補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角，具體公式可以為：

37、實(shí)際光功率值=電壓信號(hào)/（光電轉(zhuǎn)換效率ⅹ預(yù)設(shè)電阻阻值）。

38、這樣形成了光功率閉環(huán)反饋，可以補(bǔ)償可調(diào)光衰減器的機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞等環(huán)節(jié)對光功率造成的誤差，提升了光衰減器的整體衰減精度。

39、第三方面，基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本技術(shù)還提供了一種數(shù)字可調(diào)光衰減器的控制裝置，包括供電管理電路、主控電路、通信接口電路及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：

40、所述供電管理電路用于分別為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、主控電路及通信接口電路供電；

41、所述主控電路包括單片機(jī)（例如stm32），分別與供電管理電路、通信接口電路及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電連接，用于通過程控方式：將脈寬調(diào)制信號(hào)輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路并采集后者的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)；與通信接口電路實(shí)現(xiàn)信息交互；

42、所述通信接口電路用于通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與外部進(jìn)行交互；

43、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，用于：通過脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比控制步進(jìn)電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)角度；對步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

44、通過上述結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)的工作過程如下：通過通信接口電路接收外部傳遞的需求光功率值；通過主控電路計(jì)算需求光功率值與當(dāng)前光功率值的衰減值；基于所述衰減值，計(jì)算可調(diào)光衰減器電機(jī)的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角；基于所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角，計(jì)算脈寬調(diào)制（pwm）信號(hào)的占空比及頻率，并將脈寬調(diào)制信號(hào)輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)可調(diào)光衰減器的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并反饋步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)至所述單片機(jī)，所述工作狀態(tài)包括電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角。

45、在一種可行的實(shí)施方式中，所述供電管理電路包括兩個(gè)線性穩(wěn)壓電源芯片（ldo），分別將+12v電源轉(zhuǎn)換成+5v電源及+3.3v電源：所述+5v電源用于為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路供電；所述+3.3v電源用于為主控電路及通信接口電路供電；這樣可以滿足常規(guī)電源配置需求。

46、在一種可行的實(shí)施方式中，所述通信接口電路包括rs232通信電路和/或can通信電路：

47、所述rs232通信電路，用于通過rs232標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與上位機(jī)（例如電腦）實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)控制；

48、所述can通信電路，用于通過can標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與上級(jí)設(shè)備或同級(jí)設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)使用；

49、當(dāng)然還可以根據(jù)實(shí)際需求，采用本領(lǐng)域公知的其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口通信電路。

50、在一種可行的實(shí)施方式中，所述控制裝置還包括霍爾傳感器，所述霍爾傳感器通過聯(lián)軸器等機(jī)械結(jié)構(gòu)與所述步進(jìn)電機(jī)主軸連接，以便確保擋光元件、步進(jìn)電機(jī)主軸及霍爾傳感器的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述霍爾傳感器與所述單片機(jī)電連接，用于采集并反饋步進(jìn)電機(jī)主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制且進(jìn)一步提升控制精度；所述霍爾傳感器連接所述+3.3v電源。

51、在一種可行的實(shí)施方式中，所述控制裝置還包括光功率反饋電路，所述光功率反饋電路設(shè)置于該可調(diào)光衰減器的光路輸出端，并分別與+3.3v電源及主控電路電連接，用于采集光路輸出端的光功率信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；再通過歐姆定律，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)反饋至所述單片機(jī)；所述單片機(jī)還根據(jù)所述電壓信號(hào)，計(jì)算得到實(shí)際光功率值并與需求光功率值進(jìn)行比較后，迭代補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)步進(jìn)角；這樣形成了光功率閉環(huán)反饋，可以補(bǔ)償可調(diào)光衰減器的機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞等環(huán)節(jié)對光功率造成的誤差，提升了光衰減器的整體衰減精度。

52、在一種可行的實(shí)施方式中，所述控制裝置的裝配原則包括：高頻電纜與低頻電纜不能出現(xiàn)在同一條線束內(nèi)；電源線與信號(hào)線分離；輸入信號(hào)線與輸出信號(hào)線分離；信號(hào)線遠(yuǎn)離大功率裝置；這樣可以減少電磁干擾及耦合問題。

53、采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

54、本發(fā)明提供的一種數(shù)字可調(diào)光衰減器的控制方法、系統(tǒng)及裝置，通過脈寬調(diào)制的方式對可調(diào)光衰減器電機(jī)進(jìn)行數(shù)字化控制；還可以通過在電機(jī)主軸設(shè)置霍爾傳感器，有利于內(nèi)部閉環(huán)反饋，提升控制精度；還可以通過在光路輸出端設(shè)置光電檢測傳感器，實(shí)現(xiàn)了外部閉環(huán)反饋，進(jìn)一步提升控制精度；本方案具有體積小、集成性好、響應(yīng)速度快及分辨率高的特點(diǎn)。