一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法与流程

1.本发明涉及光功率测量领域，特别涉及一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法。


背景技术：

2.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。
3.现有技术中，没有考虑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的变化，不适合恶劣环境高速计量等场合。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，对光功率计的测量结果进行温度和湿度补偿，该方法具有实时性，快速响应温湿度对功率计的影响，可应用于恶劣环境计量等场景。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，包括如下步骤：
7.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；
8.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；
9.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。
10.上述方案中，所述步骤1包括如下步骤：
11.步骤1.1、利用标准光功率计测定不同温湿度环境下的光功率值；
12.步骤1.2、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。
13.进一步的技术方案中，所述步骤1.1具体如下：
14.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p
1mn
，其中，p
1mn
为光源在基准环境下输出功率为10dbm，当前时刻
温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％的情况下标准光功率计测得的光功率值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，温度间隔为0.5℃，湿度间隔为1％。
15.进一步的技术方案中，所述步骤1.2具体如下：
16.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p
kmn
＝p
1mn-k+1，p
kmn
为光源输出功率为(11-k)dbm，温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％情况下目标光功率计的光功率标定值，p
1mn
为光源在基准环境下输出功率为10dbm，温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％的情况下标准光功率计测得的光功率值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，k＝1，2，...，91。
17.上述方案中，所述步骤2包括如下步骤：
18.步骤2.1、初始化目标光功率计的光功率预测值；
19.步骤2.2、预测下一时刻光功率值并采集下一时刻的光功率测量值；
20.步骤2.3、根据下一时刻的光功率预测值计算状态增益因子；
21.步骤2.4、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；
22.步骤2.5、根据预测误差值和状态增益因子计算输出光功率值。
23.进一步的技术方案中，所述步骤2.1具体如下：
24.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pv＝hp
kmn
，初始光功率预测值pe＝pv，初始化状态协方差因子ve，其中，h为测量转移因子。
25.进一步的技术方案中，所述步骤2.2具体如下：
26.预测下一时刻的光功率值p
e1
＝g*pe+w，其对应的下一时刻的状态协方差因子v
e1
＝g*ve*g
t
+q，并根据下一时刻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，计算下一时刻的光功率测量值p
v1
＝hp
kmn1
，其中，g为估计状态转移因子，w为外部扰动项，q为外部扰动协方差因子，ve为状态协方差因子，pe为初始光功率预测值，h为测量转移因子，p
kmn1
为光源输出功率为(11-k)dbm，下一时刻温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％情况下目标光功率计的光功率标定值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，k＝1，2，...，91。。
27.进一步的技术方案中，所述步骤2.3具体如下：
28.计算状态增益因子k＝p
e1
*(h*p
e1
*h
t
)-1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子。
29.进一步的技术方案中，所述步骤2.4具体如下：
30.计算预测误差值error＝p
v1-h*p
e1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子，p
v1
为下一时刻的光功率测量值。
31.进一步的技术方案中，所述步骤2.5具体如下：
32.计算输出光功率值po＝p
e1
+k*error，其对应的输出状态协方差因子vo＝(1-k*h)*p
e1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子，k为状态增益因子，error为预测误差值。
33.通过上述技术方案，本发明提供的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法具有如下有益效果：
34.本发明根据不同温湿度条件的光功率标定值对实际测得的光功率值进行补偿，并
采取实时观测和修正的方法，增加光功率计测量的准确度。该方法充分考虑温度和湿度两个因素对功率计测量准确度的影响；同时该方法具有实时性，快速响应温湿度对光功率计的影响，可应用于恶劣环境计量等场景。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
36.图1为本发明实施例所公开的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法流程示意图；
37.图2为本发明实施例步骤2的流程示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
39.本发明提供了一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，如图1所示，包括如下步骤：
40.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；
41.具体包括如下步骤：
42.步骤1.1、利用标准光功率计测定不同温湿度环境下的光功率值，具体如下：
43.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p
1mn
，其中，p
1mn
为光源在基准环境下输出功率为10dbm，温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％的情况下标准光功率计测得的光功率值，m＝1，2，
…
，81；n＝1，2，...，41，温度间隔为0.5℃，湿度间隔为1％。
44.步骤1.2、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，具体如下：
45.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p
kmn
＝p
1mn-k+1，p
kmn
为光源输出功率为(11-k)dbm，当前时刻温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％情况下目标光功率计的光功率标定值，p
1mn
为光源在基准环境下输出功率为10dbm，温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)%的情况下标准光功率计测得的光功率值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，k＝1，2，...，91。
46.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；
47.如图2所示，具体包括如下步骤：
48.步骤2.1、初始化目标光功率计的光功率预测值，具体如下：
49.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pv＝hp
kmn
，初始光功率预测值pe＝pv，初始化状态协方差因子ee，其中，h为测量转移因子,仿真实验中，ve＝0.01，h＝1。
50.步骤2.2、预测下一时刻光功率值并采集下一时刻的光功率测量值，具体如下：
51.预测下一时刻的光功率值p
e1
＝g*pe+w，其对应的下一时刻的状态协方差因子v
e1
＝g*ve*g
t
+q，并根据下一时刻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，计算下一时刻的光功率测量值p
v1
＝hp
kmn1
，其中，g为估计状态转移因子，w为外部扰动项，q为外部扰动协方差因子，ve为状态协方差因子，pe为初始光功率预测值，h为测量转移因子，p
kmn1
为光源输出功率为(11-k)dbm，下一时刻温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％情况下目标光功率计的光功率标定值,仿真实验中，g＝1，w＝0，h＝1，q＝0.01。
52.步骤2.3、根据下一时刻的光功率预测值计算状态增益因子，具体如下：
53.计算状态增益因子k＝p
e1
*(h*p
e1
*h
t
)-1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子,仿真实验中，h＝1。
54.步骤2.4、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，具体如下：
55.计算预测误差值error＝p
v1-h*p
e1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子，p
v1
为下一时刻的光功率测量值,仿真实验中，h＝1。
56.步骤2.5、根据预测误差值和状态增益因子计算输出光功率值，具体如下：
57.计算输出光功率值po＝p
e1
+k*error，其对应的输出状态协方差因子vo＝(1-k*h)*p
e1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子，k为状态增益因子，error为预测误差值。
58.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。
59.具体方法如下：
60.计算输出误差errm＝p
o-p
v1
，若errm《0.02，并且vo《0.5，则pf＝po，否者pf＝pf；转至步骤2，其中，pf为最终的光功率值，po为输出光功率值，vo为输出状态协方差因子。
61.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：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。2.根据权利要求1所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1、利用标准光功率计测定不同温湿度环境下的光功率值；步骤1.2、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。3.根据权利要求2所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤1.1具体如下：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p1mn，其中，p1mn为光源在基准环境下输出功率为10dbm，温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％的情况下标准光功率计测得的光功率值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，温度间隔为0.5℃，湿度间隔为1％。4.根据权利要求2所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤1.2具体如下：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p
kmn
＝p
1mn-k+1，p
kmn
为光源输出功率为(11-k)dbm，当前时刻温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％情况下目标光功率计的光功率标定值，p
1mn
为光源在基准环境下输出功率为10dbm，温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％的情况下标准光功率计测得的光功率值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，k＝1，2，...，91。5.根据权利要求1所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1、初始化目标光功率计的光功率预测值；步骤2.2、预测下一时刻光功率值并采集下一时刻的光功率测量值；步骤2.3、根据下一时刻的光功率预测值计算状态增益因子；步骤2.4、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；步骤2.5、根据预测误差值和状态增益因子计算输出光功率值。6.根据权利要求5所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤2.1具体如下：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p
v
＝hp
kmn
，初始光功率预测值p
e
＝p
v
，初始化状态协方差因子v
e
，其中，h为测量转移因子。7.根据权利要求6所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤2.2具体如下：预测下一时刻的光功率值p
e1
＝g*p
e
+w，其对应的下一时刻的状态协方差因子v
e1
＝g*v
e
*g
t
+q，并根据下一时刻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，计算下一时刻的光功率测量值p
v1
＝hp
kmn1
，其中，g为估计状态转移因子，w为外部扰动项，q为外部扰动协方差因子，v
e
为状态协方差因子，p
e
为初始光功率预测值，h为测量转移因子，p
kmn1
为光源输出功率为(11-k)dbm，下一时刻温度为0.5(m-1)℃，湿度为(20+n-1)％情况下目标光功率计的光功率标定值，m＝1，2，...，81；n＝1，2，...，41，k＝1，2，...，91。8.根据权利要求5所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤2.3具体如下：计算状态增益因子k＝p
e1
*(h*p
e1
*h
t
)-1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子。9.根据权利要求5所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤2.4具体如下：计算预测误差值error＝p
v1-h*p
e1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子，p
v1
为下一时刻的光功率测量值。10.根据权利要求5所述的一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，其特征在于，所述步骤2.5具体如下：计算输出光功率值p
o
＝p
e1
+k*error，其对应的输出状态协方差因子v
o
＝(1-k*h)*p
e1
，其中，p
e1
为下一时刻的光功率预测值，h为测量转移因子，k为状态增益因子，error为预测误差值。

技术总结
本发明公开了一种提高光功率测量准确度的温湿度补偿方法，包括如下步骤：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；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，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；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。本发明所公开的方法可对光功率计的测量结果进行实时温湿度补偿，能应用于恶劣环境计量等场景。量等场景。量等场景。


技术研发人员：张一琪 尹炳琪 徐桂城 孙超 徐玉华
受保护的技术使用者：中电科思仪科技股份有限公司
技术研发日：2022.02.07
技术公布日：2022/5/25