一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法

一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法

张一琪，刘志明，尹炳琪，张爱国，徐桂城

中电科思仪科技股份有限公司，山东 青岛 266555

摘要

当前光功率计的种类日渐繁多，测量条件复杂，但光功率的测量准确度会受到测量环境的影响，本文提出了一种光功率温湿度补偿方法。首先介绍了该温湿度补偿方法所依托的硬件平台，然后介绍了该温湿度补偿方法的详细步骤，最后进行对比测试，结果表明，本文提出的温湿度补偿方法可以针对功率测试环境温湿度变化，有效地对光功率值进行补偿，使得光功率计可以在恶劣的环境下进行准确测量。

关键词：温湿度补偿；温湿度传感器；功率计准确度

1 引言

光功率计作为光波测量中的重要组成部分，其测量准确度会对测量结果产生巨大的影响，现发现温湿度会影响光功率计的测量准确度，且不同的温湿度对测量准确度的影响程度不同，温湿度同时作用于光功率计时，光功率的测量趋势和只考虑温度或湿度其中一种条件作用于光功率计的情况不同。若直接使用采集到的功率值作为最终测量值，光功率计不能及时响应温湿度的变化，影响测量速度，不适用于高速测量等场合[1]。

本文提出了一种光功率计测量准确度的温湿度补偿方法，解决了温度和湿度两个因素同时对功率计测量准确度影响，且测量功率值不能快速响应温湿度变化的问题。

2 温湿度补偿方法

图1 温湿度补偿方法的流程图

通过监测光功率探测电路中温湿度传感器的数值，并使用本文阐述的方法可达到温湿度补偿的目的。

温湿度补偿方法流程图如图1所示。具体步骤如下：

步骤1，利用标准光功率计的测量数据标定目标光功率计在不同温湿度条件下、光源不同输出功率情况下的功率值，得到光功率标定值；

步骤2，根据光功率标定值采集下一时刻的光功率测量值，并预测下一时刻的光功率值，得到下一时刻的光功率预测值，根据下一时刻的光功率测量值和下一时刻的光功率预测值计算输出光功率值和对应的输出状态协方差因子；

步骤3，根据输出光功率值和光功率测量值计算输出误差，当输出误差小于设定阈值一，并且输出状态协方差因子小于设定阈值二时，结束迭代，输出最终的光功率值，否则回到步骤2。

在步骤1中，需要利用标准光功率计测定不同温湿度环境下的光功率值，在温度为0℃，湿度为20％的基准环境下，调节1550nm光源的输出光功率值为10dBm，然后在温度为0～40℃，湿度为20～60％内不同温湿度条件下，用标准光功率计测量该对应条件下的光功率值，温度间隔为0.5℃，湿度间隔为1％；调节光源的输出光功率值，根据标准光功率计测得的不同温湿度环境下的光功率值，标定目标光功率计在不同温湿度环境下对应不同输出功率的光功率值，得到光功率标定值，调节光源的输出光功率值为-80～10dBm，调节间隔为1dB，标定对应该输出功率下的目标光功率计的光功率值。

在步骤2中，首先初始化目标光功率计的光功率预测值，根据当前温湿度和目标光功率计采集到的电信号，查找相应的光功率标定值，计算当前时刻的光功率测量值，初始光功率预测值，初始化状态协方差因子，其中，为测量转移因子；预测下一时刻光功率值并采集下一时刻的光功率测量值，预测下一时刻的光功率值，其对应的下一时刻的状态协方差因子，并根据下一时刻温湿度和目标光功率计采集到的电信号[2]，查找相应的光功率标定值，计算下一时刻的光功率测量值；根据下一时刻的光功率预测值计算状态增益因子[3]，计算状态增益因子；根据下一时刻的光功率测量值和下一时刻的光功率预测值计算预测误差值，计算预测误差值；最后根据预测误差值和状态增益因子计算输出光功率值，计算输出光功率值，其对应的输出状态协方差因子。

3 对比测试结果

图2 温湿度补偿方法的测试链路图

温湿度补偿方法的测试链路如图2所示。1550nm激光源经过光衰减器、光开关后，分别接到标准功率计、待测光功率计1、待测光功率2，其中待测光功率计1和待测光功率计2放置在环境试验箱中，环境试验箱可以控制箱内的温湿度，待测光功率1不采用温湿度补偿方法，而待测光功率计2采用温湿度补偿方法。

测试时，打开激光源，调节激光源的输出光功率，将光开关切换到标准光功率计并读取功率值，调节环境实验箱的温湿度，分别将光开关切换到待测光功率计1和待测光功率计2，并读取相应的功率值，然后对比三个光功率计测得的光功率值。

表1是在不同光源输出功率、环境实验箱温湿度的情况下，三个光功率计测得的光功率值。

表1 功率对比测试结果

综合对比，当光源的输出光功率较高时，光功率计测得的功率值受温湿度的影响较小，当光源的输出光功率较低时，光功率计测得的功率值很容易受环境温湿度的影响，由实验结果可以得出，本文提出的温湿度补偿方法可以使得光功率计更准确地测试各种温湿度情况下的功率值。

4 总结

本文提出了一种功率计的温湿度补偿方法，并通过实验证明该方法可以针对功率测试环境温湿度变化，有效地对光功率值进行补偿，使得光功率计可以在恶劣的环境下进行准确测量。

参考文献

[1] 徐波. 一种通用光功率计的实现原理[J].电子质量,2006,(5):3-6.

[2] 姚志红,宋寿鹏,胡晓婷.基于STM32的光功率计的设计[J].电子测量技术,2015(11):126-130.

[3] 孙超.一种高灵敏度近红外光纤光功率计的设计[J].红外,2018,(4),22-26.