基于GPIB的多通道光功率计自动校准系统设计

2016-12-05 03:48徐桂城张志辉陈晓峰
光通信技术 2016年5期
关键词:衰减器档位端口

徐桂城,张志辉,陈晓峰

(中国电子科技集团公司 第四十一研究所,山东 青岛266555)

基于GPIB的多通道光功率计自动校准系统设计

徐桂城,张志辉,陈晓峰

(中国电子科技集团公司 第四十一研究所,山东 青岛266555)

多通道光功率计是光纤通信网络中的一种测试仪器,为保证测试的准确性,必须对多通道光功率计进行规范的校准。针对传统人工手动校准效率低、易出错的缺点,利用V S2012开发工具,设计和实现了一种基于G PIB的多通道光功率计自动校准系统。详细介绍了系统硬件组成及连接、系统软件设计、自动校准方法与步骤,并给出了校准结果。

多通道光功率计;自动校准系统;G PIB

0 引言

光功率计是光纤通信中必备的一种测量仪器,随着现代化光纤网络的大规模建设,多通道光功率计在光纤通信与测试中具有越来越广泛的应用。在多通道光功率计的生产和使用过程中,为提高仪器测量的准确度,对多通道光功率计的校准必不可少[1];由于多通道光功率计具有波长多、通道多、测试范围广等特点,导致校准过程繁琐复杂,采用人工手动校准,效率极低且容易出错。因此,本文在VS2012环境下,设计并实现了基于GPIB的多通道光功率计自动校准系统。

1 系统硬件组成及连接

本系统是基于GPIB总线的多通道光功率计自动校准系统,以计算机作为控制中心,通过GPIB线缆与受控仪器进行连接[2]。在本自动校准系统中,需要光源、光衰减器、标准光功率计和光开关等测试仪器。其中,光源、光衰减器、标准光功率计使用Agilent的可插拔式测试模块,主机选用Agilent 8164B,光源模块选用Agilent 81600B,衰减器模块选用Agilent 81570A/ 81571A,标准光功率计模块选用Agilent 81634B,光开关选用16通道单模光开关。系统组成框图如图1所示。

在系统的连接方式上,计算机使用GPIB线缆分别与带有光源、光衰减器和标准光功率计模块的主机跟待校准8通道光功率计进行连接,并通过串口线与光开关进行连接;光源、光衰减器、光开关、标准光功率计和待校准光功率计之间使用光纤跳线进行连接。

图1 系统组成框图

2 系统软件设计

本文基于Windows操作系统平台,采用VS2012开发工具,设计和开发了多通道光功率计自动校准的软件程序,实现了系统多波长、多通道、多档位的自动校准功能。

系统软件通过不同的GPIB地址与Agilent主机和待校准光功率计建立通信,使用不同的GPIB命令控制仪器测试模块和光功率计工作[3,4]。校准系统使用NI公司的GPIB-USB-HS卡,可直接调用NI488.2驱动程序实现对仪器的初始化、命令发送、数据读取和释放仪器等操作。系统软件通过串口发送串口命令控制光开关进行光路切换。

系统软件采用模块化的设计思路,使系统具有较高的独立性、可靠性、可维护性和管理性。在软件功能模块的设计中,有光源、光衰减器、标准光功率计、光开关、待校准光功率计和数据处理6个模块,用来控制相应测试仪器,并进行数据计算处理。系统软件功能组成框图如图2所示。

图2 系统软件功能组成框图

其中:光源模块、光衰减器模块、标准光功率计模块、待校准光功率计模块通过GPIB驱动程序利用各自GPIB控制命令实现对仪器的初始化、命令发送、数据读取等功能;光开关模块通过串口利用串口函数实现光路切换功能;数据处理模块实现对读取数据的数据拟合及校准参数的提取保存等功能。

3 自动校准方法与步骤

多通道光功率计的校准具有多波长、多通道及多档位的特点,需要对每一波长每一通道每一档位进行校准[5]。对一个波长一个通道而言,每个档位的光功率呈线性特点,即可用公式Y=kX+b表示,其中X表示待校准光功率计读取的原始值,Y表示标准光功率,k和b即为校准系数。限于篇幅,下面以波长1550nm对通道1的校准为例,结合图3介绍校准过程。

图3 系统自动校准流程图

设定光源模块和光衰减器模块波长为1550nm,设定光源输出光功率为10dBm。设置光衰减器模块的光功率衰减为0dBm,设定多通道光功率计通道1档位为0档,切换光开关至标准光功率计,读取标准光功率值y0,切换光开关至通道1,读取通道1光功率值x0。设置光衰减器模块的光功率衰减为1dBm,切换光开关至标准光功率计,读取标准光功率值y1,切换光开关至通道1,读取通道1光功率值x1。依次读取标准光功率值Y和通道1光功率值X,直到光衰减器模块的光功率衰减范围覆盖本档位(一般每个档位相差10dB,最后一档为20dB)。利用最小二乘法对标准光功率值Y和通道1光功率值X进行一次多项式拟合Y=kX+b,得到拟合系数k和b,即为0档校准因子,将校准因子导入多通道光功率计中进行记录保存。依次设置档位,继续进行光功率衰减,光功率衰减范围覆盖每个档位,经过计算即可获得所有8个档位的校准因子。通道1校准完成后,同样可对其余7个通道进行校准。依照以上过程,即可同时实现波长为1260nm、1310nm、1490nm、1650nm的所有通道校准。

4 校准结果

为验证本校准系统的性能,对经本校准系统校准的多通道光功率计进行性能测试。常用的评定系统校准性能的指标有端口间测量不确定度[6]和端口间一致性测试。根据产品规范,多通道光功率计端口间测量不确定度指标为在-60~+10dBm时误差不超过±0.2dB,在-80~-60dBm(10~1000pW)时误差不超过±4.5%和±5pW;端口间一致性测试指标是,在标准光功率为-25dBm时每个端口误差不超过±0.05dB。表1、表2为多通道光功率计在波长为1550nm时的端口间测量不确定度结果;表3为多通道光功率计在波长为1550nm时的端口间一致性测试结果。

根据表1、表2和表3的指标,本系统满足多通道光功率计的校准要求。

表1 端口间测量不确定度结果(波长1550nm,光功率-60~+10dBm)

表2 端口间测量不确定度结果(波长1550nm,光功率-80~-60dBm)

5 结束语

本文设计并实现了基于GPIB的多通道光功率计自动校准系统,通过控制各个仪器之间的协调配合测试,校准系统能够快速准确地完成对多通道光功率计的校准。本系统可简化操作方式,大大缩短校准时间,减少工作量,同时节省人力资源,降低因人为干预导致的操作失误。经过实际测试,本系统获得了预期的校准效果,运行稳定,使用方便,达到了多通道光功率计多波长、多通道及多档位的校准要求。

[1]卢燕涛,刘明亮,郁月华,等.基于GPIB接口的模拟示波器自动校准系统设计与实现[J].电子测量技术,2007,30(1):86-88.

[2]姚元,叶苍竹,曹祥鑫,等.基于GPIB技术的光插回损耗自动测试系统[J].光通信技术,2010,34(11):1-3.

[3]王凯,李智,李名兆,等.无线通信自动校准系统设计[J].哈尔滨理工大学学报,2013,18(2):101-104.

[4]季青,武军,朱得华,等.基于GPIB的数字移动通信综合测试仪自动测量系统[J].上海计量测试,2011(4):22-25.

[5]冀青,孙振民,李强.基于GPIB的智能压力仪表自动标定设备的设计与实现[J].仪器仪表用户,2015,22(4):49-49.

[6]武勇生.光功率计测量不确定度评定[J].计测技术,2010,30(1):46-48.

Design of optical multiport power meter automatic calibration system based on GPIB

XU Gui-cheng,ZHANG Zhi-hui,CHEN Xiao-feng
(The 41st Research Institute of CETC,Qingdao Shandong 266555,China)

Optical multiport power meter is widely used in measurements of the optical fiber communication network.To insure the accuracy of measurements,the optical multiport power meter must be corrected according to calibration standard.To overcome the inefficiency and inaccuracy of the traditional manual operation method,an optical multiport power meter automatic calibration system is designed and implemented using Microsoft Visual Studio 2012 programming environment based on GPIB in the paper.It introduces system hardware composition and connection,software design,automatic calibration method and procedure, and shows the results of calibration.

optical multiport power meter,automatic calibration system,GPIB

TN915.62

A

1002-5561(2016)05-0049-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.05.015

2016-01-11。

徐桂城(1987-),男,硕士,助理工程师,主要从事光电测试技术方面的工作。

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