基于GPIB的多通道光功率計自動校準系統設計

徐桂城，張志輝，陳曉峰

（中國電子科技集團公司 第四十一研究所，山東 青島266555）

基于GPIB的多通道光功率計自動校準系統設計

徐桂城，張志輝，陳曉峰

（中國電子科技集團公司 第四十一研究所，山東 青島266555）

多通道光功率計是光纖通信網絡中的一種測試儀器，為保證測試的準確性，必須對多通道光功率計進行規范的校準。針對傳統人工手動校準效率低、易出錯的缺點，利用V S2012開發工具，設計和實現了一種基于G PIB的多通道光功率計自動校準系統。詳細介紹了系統硬件組成及連接、系統軟件設計、自動校準方法與步驟，并給出了校準結果。

多通道光功率計；自動校準系統；G PIB

0　引言

光功率計是光纖通信中必備的一種測量儀器，隨著現代化光纖網絡的大規模建設，多通道光功率計在光纖通信與測試中具有越來越廣泛的應用。在多通道光功率計的生產和使用過程中，為提高儀器測量的準確度，對多通道光功率計的校準必不可少[1]；由于多通道光功率計具有波長多、通道多、測試范圍廣等特點，導致校準過程繁瑣復雜，采用人工手動校準，效率極低且容易出錯。因此，本文在VS2012環境下，設計并實現了基于GPIB的多通道光功率計自動校準系統。

1　系統硬件組成及連接

本系統是基于GPIB總線的多通道光功率計自動校準系統，以計算機作為控制中心，通過GPIB線纜與受控儀器進行連接[2]。在本自動校準系統中，需要光源、光衰減器、標準光功率計和光開關等測試儀器。其中，光源、光衰減器、標準光功率計使用Agilent的可插拔式測試模塊，主機選用Agilent 8164B，光源模塊選用Agilent 81600B，衰減器模塊選用Agilent 81570A/ 81571A，標準光功率計模塊選用Agilent 81634B，光開關選用16通道單模光開關。系統組成框圖如圖1所示。

在系統的連接方式上，計算機使用GPIB線纜分別與帶有光源、光衰減器和標準光功率計模塊的主機跟待校準8通道光功率計進行連接，并通過串口線與光開關進行連接；光源、光衰減器、光開關、標準光功率計和待校準光功率計之間使用光纖跳線進行連接。

圖1　系統組成框圖

2　系統軟件設計

本文基于Windows操作系統平臺，采用VS2012開發工具，設計和開發了多通道光功率計自動校準的軟件程序，實現了系統多波長、多通道、多檔位的自動校準功能。

系統軟件通過不同的GPIB地址與Agilent主機和待校準光功率計建立通信，使用不同的GPIB命令控制儀器測試模塊和光功率計工作[3，4]。校準系統使用NI公司的GPIB-USB-HS卡，可直接調用NI488.2驅動程序實現對儀器的初始化、命令發送、數據讀取和釋放儀器等操作。系統軟件通過串口發送串口命令控制光開關進行光路切換。

系統軟件采用模塊化的設計思路，使系統具有較高的獨立性、可靠性、可維護性和管理性。在軟件功能模塊的設計中，有光源、光衰減器、標準光功率計、光開關、待校準光功率計和數據處理6個模塊，用來控制相應測試儀器，并進行數據計算處理。系統軟件功能組成框圖如圖2所示。

圖2　系統軟件功能組成框圖

其中：光源模塊、光衰減器模塊、標準光功率計模塊、待校準光功率計模塊通過GPIB驅動程序利用各自GPIB控制命令實現對儀器的初始化、命令發送、數據讀取等功能；光開關模塊通過串口利用串口函數實現光路切換功能；數據處理模塊實現對讀取數據的數據擬合及校準參數的提取保存等功能。

3　自動校準方法與步驟

多通道光功率計的校準具有多波長、多通道及多檔位的特點，需要對每一波長每一通道每一檔位進行校準[5]。對一個波長一個通道而言，每個檔位的光功率呈線性特點，即可用公式Y=kX+b表示，其中X表示待校準光功率計讀取的原始值，Y表示標準光功率，k和b即為校準系數。限于篇幅，下面以波長1550nm對通道1的校準為例，結合圖3介紹校準過程。

圖3　系統自動校準流程圖

設定光源模塊和光衰減器模塊波長為1550nm，設定光源輸出光功率為10dBm。設置光衰減器模塊的光功率衰減為0dBm，設定多通道光功率計通道1檔位為0檔，切換光開關至標準光功率計，讀取標準光功率值y0，切換光開關至通道1，讀取通道1光功率值x0。設置光衰減器模塊的光功率衰減為1dBm，切換光開關至標準光功率計，讀取標準光功率值y1，切換光開關至通道1，讀取通道1光功率值x1。依次讀取標準光功率值Y和通道1光功率值X，直到光衰減器模塊的光功率衰減范圍覆蓋本檔位（一般每個檔位相差10dB，最后一檔為20dB）。利用最小二乘法對標準光功率值Y和通道1光功率值X進行一次多項式擬合Y=kX+b，得到擬合系數k和b，即為0檔校準因子，將校準因子導入多通道光功率計中進行記錄保存。依次設置檔位，繼續進行光功率衰減，光功率衰減范圍覆蓋每個檔位，經過計算即可獲得所有8個檔位的校準因子。通道1校準完成后，同樣可對其余7個通道進行校準。依照以上過程，即可同時實現波長為1260nm、1310nm、1490nm、1650nm的所有通道校準。

4　校準結果

為驗證本校準系統的性能，對經本校準系統校準的多通道光功率計進行性能測試。常用的評定系統校準性能的指標有端口間測量不確定度[6]和端口間一致性測試。根據產品規范，多通道光功率計端口間測量不確定度指標為在-60～+10dBm時誤差不超過±0.2dB，在-80～-60dBm(10～1000pW)時誤差不超過±4.5%和±5pW；端口間一致性測試指標是，在標準光功率為-25dBm時每個端口誤差不超過±0.05dB。表1、表2為多通道光功率計在波長為1550nm時的端口間測量不確定度結果；表3為多通道光功率計在波長為1550nm時的端口間一致性測試結果。

根據表1、表2和表3的指標，本系統滿足多通道光功率計的校準要求。

表1　端口間測量不確定度結果（波長1550nm，光功率-60～+10dBm）

表2　端口間測量不確定度結果（波長1550nm，光功率-80～-60dBm）

5　結束語

本文設計并實現了基于GPIB的多通道光功率計自動校準系統，通過控制各個儀器之間的協調配合測試，校準系統能夠快速準確地完成對多通道光功率計的校準。本系統可簡化操作方式，大大縮短校準時間，減少工作量，同時節省人力資源，降低因人為干預導致的操作失誤。經過實際測試，本系統獲得了預期的校準效果，運行穩定，使用方便，達到了多通道光功率計多波長、多通道及多檔位的校準要求。

[1]盧燕濤，劉明亮，郁月華，等.基于GPIB接口的模擬示波器自動校準系統設計與實現[J].電子測量技術，2007，30(1)：86-88.

[2]姚元，葉蒼竹，曹祥鑫，等.基于GPIB技術的光插回損耗自動測試系統[J].光通信技術，2010，34（11）：1-3.

[3]王凱，李智，李名兆，等.無線通信自動校準系統設計[J].哈爾濱理工大學學報，2013，18(2)：101-104.

[4]季青，武軍，朱得華，等.基于GPIB的數字移動通信綜合測試儀自動測量系統[J].上海計量測試，2011（4）：22-25.

[5]冀青，孫振民，李強.基于GPIB的智能壓力儀表自動標定設備的設計與實現[J].儀器儀表用戶，2015，22(4)：49-49.

[6]武勇生.光功率計測量不確定度評定[J].計測技術，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，碩士，助理工程師，主要從事光電測試技術方面的工作。