半导体光源模块、多通道半导体光源模块及补偿方法与流程

1.本发明涉及光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种半导体光源模块、多通道半导体光源模块及补偿方法。


背景技术：

2.光纤电流互感器是一种基于磁光法拉第效应的光学传感器，因其具有精度高、响应快、频谱宽、抗电磁干扰能力强、绝缘简单可靠等优点，已在超/特高压直流输电工程和柔性直流工程中实现规模化应用。作为光纤电流互感器的核心器件之一，半导体光源对传感器的性能有至关重要的影响。根据国家电力调度控制中心统计历年运行数据，半导体光源故障占据光纤电流互感器整体故障次数的63％；由于半导体光源失效导致的互感器故障频发，严重制约了传感器大规模推广应用。
3.在目前工程应用的光学电流互感器中，半导体光源常与互感器光路中起偏器、相位调制器与光电探测器等核心光电器件整体封装为采集模块，同步地半导体光源的驱动电路与互感器的信号处理电路常采用一体化设计。因而，当半导体光源出现或其驱动电路出现故障时，均需要整体更换互感器的采集模块，造成互感器维护成本较高，并且在进行更换时需要使用特种光纤熔接机等专用设备进行保偏光纤现场熔接操作，操作难度大且存在可靠性隐患，无法实现光纤电流互感器的便捷运维。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提出了一种半导体光源模块、多通道半导体光源模块及补偿方法，基于更换前后半导体光源中心波长的漂移量对互感器测量误差进行补偿，省去了光纤电流互感器更换光源时的重新标定步骤，实现半导体光源模块的便捷更换提高了半导体光源的可靠性和适用性。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明提供一种半导体光源模块，包括：
7.半导体光源，用于提供光纤电流互感器的光源信号；
8.半导体光源状态监测模块，用于监测半导体光源的状态信号和半导体光源模块的环境信息并输出至半导体光源信号处理芯片；
9.半导体光源驱动模块，用于输出驱动电流至半导体光源；
10.半导体光源信号处理芯片，用于将半导体光源的状态信号并发送至光纤电流互感器采集单元，以及计算并控制半导体光源驱动模块输出驱动电流，以及计算光纤电流互感器测量误差并发送至光纤电流互感器采集单元；
11.和，
12.半导体光源通讯模块，包括半导体光源模块的供电接口，接入光纤电流互感器光路的光源接口和与光纤电流互感器采集单元连接的通信接口；
13.所述半导体光源驱动模块、半导体光源、半导体光源状态监测模块和半导体光源
信号处理芯片依次相连，所述半导体光源信号处理芯片还与半导体光源驱动模块和半导体光源通讯模块相连接，所述半导体光源通讯模块与光纤电流互感器采集单元相连。
14.进一步的，所述半导体光源状态监测模块具体用于，
15.对半导体光源的驱动电流、管芯温度、光功率和中心波长进行监测；
16.以及，对半导体光源模块的温度和湿度进行监测。
17.进一步的，所述半导体光源状态监测模块包括由1只光纤耦合器、2支光电探测器和2支光纤光栅构成的监测电路；
18.所述光纤耦合器为2
×
2的3db耦合器；所述光纤耦合器的第一端口熔接于半导体光源输出尾纤，第二端口连接半导体光源模块的光源接口，第三端口连接光电探测器ⅰ，第四端口通过相互串联的2支光纤光栅连接光电探测器ⅱ。
19.进一步的，所述2支光纤光栅的反射波长不同。
20.进一步的，所述半导体光源状态监测模块还包括半导体光源的驱动电流和管芯温度的采样电路，以及半导体光源模块的温度和湿度的采样电路。
21.进一步的，所述半导体光源通讯模块采用航空插头和光纤连接器。
22.进一步的，所述半导体光源信号处理芯片采用数字信号处理芯片。
23.本发明还提供一种半导体光源模块更换后的补偿方法，包括：
24.将待更换的半导体光源模块接入光纤电流互感器，并基于待更换的半导体光源模块和被更换半导体光源模块的光功率差值，计算待更换半导体光源模块的驱动电流调节量δid；所述半导体光源模块为权利要求1至7任意一项所述的半导体光源模块；
25.以δid id为驱动电流驱动待更换的半导体光源，其中，id为被更换半导体光源模块正常工作状态下的驱动电流；
26.基于驱动电流调节量计算待更换半导体光源模块的中心波长漂移量δλ；
27.基于中心波长漂移量δλ计算由于更换半导体光源模块以及调节驱动电流引起中心波长漂移的光纤电流互感器测量误差补偿系数k1；
28.将更换后半导体光源模块的状态参量q1(p1'，λ'1，k1)发送至光纤电流互感器采集单元，对光纤电流互感器测量误差进行补偿，其中，p1'＝p0，λ'1＝λ1 δλ，p0为被更换半导体光源模块的光功率，λ1为待更换半导体光源模块在出厂标定的驱动电流i1时的中心波长。
29.进一步的，所述计算待更换半导体光源模块的驱动电流调节量，包括：
30.δid＝(p
1-p0)/k
p
；
31.其中，δid为驱动电流调节量，k
p
为待更换半导体光源模块光功率和驱动电流的比例系数，p1为待更换半导体光源模块出厂标定的光功率。
32.进一步的，所述计算待更换半导体光源模块的中心波长漂移量，包括：
33.δλ＝kd·
δid；
34.其中，δλ为中心波长漂移量，kd为待更换半导体光源模块中心波长和驱动电流的比例系数。
35.进一步的，所述测量误差补偿系数计算如下：
[0036][0037]
其中，k1为更换半导体光源模块后产生总的测量误差补偿系数，λ0为被更换半导体
光源模块正常工作状态下的中心波长，k0为被更换半导体光源模块正常工作状态下的测量误差补偿系数。
[0038]
本发明第三方面提供一种多通道半导体光源模块，包括：前述的半导体光源、半导体光源驱动模块、半导体光源状态监测模块和半导体光源信号处理芯片，还包括多功能通讯模块；
[0039]
所述多功能通讯模块与多个光纤电流互感器连接。
[0040]
进一步的，所述多功能通讯模块包括一个供电接口，以及多组光源接口和通信接口；
[0041]
所述供电接口与任意一个光纤电流互感器进行连接，一组光源接口和通信接口连接一个光纤电流互感器。
[0042]
进一步的，还包括多个光纤电流互感器的合并单元，所述多功能通讯模块通过合并单元与多个光纤电流互感器通信。
[0043]
进一步的，所述多通道半导体光源模块与多个光纤电流互感器之间采用并行通信方式。
[0044]
进一步的，所述多通道半导体光源模块与多个光纤电流互感器之间采用串行通信方式。
[0045]
本发明第四方面提供一种多通道半导体光源模块更换后的补偿方法，其特征在于，包括：
[0046]
分别采用前述的方法计算接入的各个光纤电流互感器测量误差补偿系数；
[0047]
采用最小二乘法拟合半导体光源驱动电流和测量误差补偿系数的关系曲线；
[0048]
根据各测量误差补偿系数中最大值和最小值的平均值计算多通道半导体光源的驱动电流，调节控制多通道半导体光源驱动模块。
[0049]
本发明的有益效果为：
[0050]
本发明提出的一种用于光纤电路互感器的半导体光源模块，通过对半导体光源光功率和中心波长的状态监测，反馈调节半导体光源的驱动电流；基于更换前后半导体光源中心波长的漂移量对互感器测量误差进行补偿，省去了光纤电流互感器更换光源时的重新标定步骤，实现半导体光源模块的便捷更换提高了半导体光源的可靠性和适用性，降低了运维成本；并且避免了由于半导体光源光功率衰减、中心波长漂移引起互感器测量误差的问题，提高了互感器的长期运行可靠性，解决电流的稳定、准确、安全测量问题。
附图说明
[0051]
图1为本发明提供的半导体光源模块结构示意图；
[0052]
图2为本发明的半导体光源模块中半导体光源状态监测模块结构示意图；
[0053]
图3为本发明的半导体光源模块中半导体光源信号处理芯片的工作流程图；
[0054]
图4为本发明提供的半导体光源模块更换方法流程示意图；
[0055]
图5为本发明提供的半导体光源模块光功率和中心波长的状态监测光路示意图；
[0056]
图6为本发明中半导体光源光谱和级联光纤光栅反射光谱示意图；
[0057]
图7为本发明提供的采用独立通讯方式的多通道半导体光源模块结构示意图；
[0058]
图8为本发明提供的采用合并通讯方式的多通道半导体光源模块结构示意图；
[0059]
图9为本发明提供的多通道半导体光源模块的半导体光源驱动优化调节控制方法；
[0060]
图10为本发明实施例提供的sld光源模块结构示意图；
[0061]
图11为本发明实施例提供的sld光源的光功率、中心波长与驱动电流之间的关系曲线；
[0062]
图12为图11中驱动电流为80ma～120ma范围内的sld光源光功率和中心波长变化曲线；
[0063]
图13为本发明实施例提供的不同驱动电流下的半导体光源模块的光功率以及光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ的接收光功率；
[0064]
图14为本发明实施例提供的不同驱动电流下的半导体光源模块的光功率与状态监测数据拟合光功率；
[0065]
图15为本发明实施例提供的半导体光源模块的光谱曲线和级联光纤光栅a与光纤光栅b的反射光谱曲线；
[0066]
图16为本发明实施例提供的半导体光源模块的实测中心波长和等效中心波长变化曲线；
[0067]
图17为本发明实施例提供的半导体光源模块的互感器测量误差补偿前后对比结果。
具体实施方式
[0068]
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0069]
本发明提供一种用于光纤电流互感器的可便捷更换半导体光源模块，如图1所示，包括：
[0070]
半导体光源，用于提供光纤电流互感器的光源信号；
[0071]
半导体光源状态监测模块，用于获取半导体光源的状态信号和半导体光源模块的环境信息并发送至半导体光源信号处理芯片；
[0072]
半导体光源驱动模块，用于输出驱动电流至半导体光源；
[0073]
半导体光源信号处理芯片，用于将半导体光源的状态信号通过半导体光源通讯模块发送至光纤电流互感器采集单元；以及，计算并控制调节待更换半导体光源模块的半导体光源驱动模块输出的驱动电流；以及，基于待更换的半导体光源模块的状态监测信号，计算由于更换半导体光源模块引入的互感器测量误差，发送至光纤电流互感器采集单元进行测量误差补偿；
[0074]
半导体光源通讯模块，包括半导体光源模块的供电接口，接入互感器光路的光源接口和与光纤电流互感器采集单元连接的通信接口。
[0075]
其中，半导体光源驱动模块、半导体光源、半导体光源状态监测模块和半导体光源信号处理芯片依次相连，所述半导体光源信号处理芯片还与半导体光源驱动模块和半导体光源通讯模块相连接，所述半导体光源通讯模块与光纤电流互感器采集单元相连。
[0076]
作为一种优选的实施方式，半导体光源状态监测模块如图2所示，用于获取半导体光源的驱动电流、管芯温度、光功率和中心波长信息，以及获取半导体光源模块的温度和湿
度等状态参量，并将获取的信息输出到半导体光源信号处理芯片。
[0077]
作为一种优选的实施方式，半导体光源信号处理芯片如图3所示，获取半导体光源模块更换前、后的状态监测信号，计算由于更换半导体光源模块引入的互感器测量误差，并结合更换后的状态监测信号，基于半导体光源驱动调节模型计算出驱动电流，输出至半导体光源驱动模块。
[0078]
需要说明的是，更换前、后的半导体光源模块的部分状态监测信号通过半导体光源通讯模块传递至光纤电流互感器采集单元。待更换的半导体光源模块的半导体光源信号处理芯片通过读取被更换光源模块保存至光纤电流互感器采集单元的部分状态监测信号，一方面用于调节待更换半导体光源模块的驱动电流等，另一方面在调节完成后用于计算更换引入的测量误差。
[0079]
基于上述提出的半导体光源模块，本发明提出的一种用于光纤电流互感器的半导体光源模块的可便捷更换方法，如图4所示，该方法包括：
[0080]
将待更换的半导体光源模块的供电接口、光源接口和通信接口分别与光纤电流互感器的采集模块对应接口进行连接；
[0081]
半导体光源信号处理芯片通过半导体光源通讯模块从光纤电流互感器采集单元获取被更换半导体光源模块的部分状态参量q0(p0，λ0，k0)，其中p0、λ0和k0分别为被更换半导体光源模块在正常工作状态下的光功率、中心波长和互感器测量误差补偿系数；
[0082]
半导体光源信号处理芯片基于待更换半导体光源模块的光功率与驱动电流调节模型f
p
(id)和被更换半导体光源模块的光功率p0之间的差值，计算待更换半导体光源模块的驱动电流调节量如下：
[0083]
δid＝(p
1-p0)/k
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0084]
公式(1)即为半导体光源驱动调节模型，式中，δid为半导体光源驱动电流调节量，k
p
为半导体光源模块光功率和驱动电流的比例系数，p1为待更换半导体光源模块出厂标定的光功率。
[0085]
半导体光源信号处理芯片基于待更换半导体光源模块的中心波长与驱动电流调节模型fd(id)，计算调节驱动电流时待更换半导体光源模块的中心波长漂移量：
[0086]
δλ＝kd·
δidꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0087]
式中，δλ为待更换半导体光源模块中心波长的漂移量，kd为半导体光源模块中心波长和驱动电流的比例系数。
[0088]
需要说明的是，k
p
和kd值的选取是通过测量待更换半导体光源模块的光功率和中心波长随驱动电流的变化曲线得到的参数。
[0089]
半导体光源模块的输出光功率随驱动电流的变化曲线的模型即为光功率与驱动电流调节模型。
[0090]
半导体光源模块的中心波长随驱动电流的变化曲线的模型即为中心波长与驱动电流调节模型。
[0091]
以δid id为驱动电流驱动待更换半导体光源，其中，id为被更换半导体光源模块正常工作状态下的驱动电流；根据更换半导体光源模块前后的光功率差值(p
1-p0)在调节驱动电流δid后，已更换的半导体光源模块的光功率为p1'＝p0，此时半导体光源模块输出中心波长变为λ1′
＝(λ1 δλ)，λ1为待更换半导体光源模块驱动电流为i1时的中心波长，其中
驱动电流为i1为待更换半导体光源模块出厂标定的驱动电流。
[0092]
计算由于更换半导体光源模块以及调节驱动电流引起中心波长漂移的互感器测量误差补偿系数为：
[0093][0094]
式中k1为更换半导体光源模块后产生总的互感器测量误差补偿系数。
[0095]
半导体光源信号处理芯片将更换后半导体光源模块的部分状态参量q1(p1′
，λ1′
，k1)通过半导体光源通讯模块发送至光纤电流互感器采集单元，对互感器测量误差进行补偿。测量误差补偿的实现方法是将经过计算后的测量误差补偿系数乘以光纤电流互感器的测量输出，为本领域公知常识。
[0096]
完成待更换模块的误差补偿后，光纤电流互感器采集单元存储的原模块的状态监测数据被新的数据覆盖。
[0097]
随着半导体光源模块长期带电运行，半导体光源的光功率出现一定衰减，采用适时恒功率调节控制驱动电流对半导体光源模块进行反馈调节。在此过程中：
[0098]
当半导体光源的光功率未衰减至设定限值时，半导体光源模块中心波长漂移引起互感器测量误差，通过对半导体光源模块中心波长的状态监测，计算中心波长的漂移量δλ
′
，进而根据式(2)实时计算互感器测量误差补偿系数k1，并发送至光纤电流互感器采集单元；
[0099]
当半导体光源的光功率衰减至设定限值时，调节半导体光源的驱动电流δid，使得半导体光源模块的光功率恢复至恒功率值p1′
，然后计算互感器测量误差补偿系数k1，并发送至光纤电流互感器采集单元。
[0100]
本发明中，半导体光源的光功率和中心波长的监测光路如图5所示，包括1只光纤耦合器、2支光电探测器和2支串联的光纤光栅。
[0101]
光纤耦合器熔接于半导体光源输出尾纤，将输出光信号分为两路光信号，其中一路光信号作为半导体光源模块光源光信号接入半导体光源模块的光源接口，另一路光信号作为监测光信号对光功率和中心波长进行状态监测；一个光电探测器ⅰ与光纤耦合器连接，另一个光电探测器ⅱ接于2支串联的光纤光栅尾端。
[0102]
监测光信号依次通过不同反射波长的级联光纤光栅a和b，输出的反射光信号再次通过光纤耦合器进入其中一支光电探测器ⅰ，用于对半导体光源的中心波长进行监测；输出的透射光信号进入光电探测器ⅱ，基于两支光电探测器对半导体光源的光功率进行监测。
[0103]
进一步的，采用级联光纤光栅对半导体光源光功率和中心波长的监测计算方法如下：
[0104]
(1)半导体光源光功率监测计算方法
[0105]
半导体光源光功率pf与光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ的接收光功率p
d1
和p
d2
之间的关系，以及半导体光源模块的等效光功率pi与半导体光源光功率pf之间的关系有：
[0106][0107]
式中，h
12
为光纤耦合器的1端至2端的损耗系数，h
14
为光纤耦合器的1端至4端的损
耗系数，h
43
为光纤耦合器的4端至3端的损耗系数。
[0108]
需要说明的是，对于光纤耦合器的1、2、3、4端并无明确区分，如图5所示，要求1、3端为耦合器在同一侧，2、4端为耦合器另一侧。
[0109]
半导体光源的光功率定义为pf，通过监测光功率pd1和pd2计算得到的模块的光功率为pi，由于pi为计算值不为实测值，所以定义为等效光功率。
[0110]
(2)半导体光源中心波长监测计算方法
[0111]
半导体光源光谱曲线近似为高斯曲线，分别在中心波长λc一侧的任意位置选取两个波长λa和λb，并选取反射波长为λa和λb的级联光纤光栅a和光纤光栅b；半导体光源的光谱曲线、级联光纤光栅a和光纤光栅b的反射光谱曲线如图6所示。
[0112]
当半导体光源中心波长向长波长方向变化时，光谱曲线与中心波长移动方向一致，同时光纤光栅a和光纤光栅b的反射光功率均减小：反之，当中心波长向短波长方向变化时，光纤光栅a和光纤光栅b的反射光功率增大。
[0113]
理想情况下，半导体光源中心波长的漂移量δλc与光纤光栅a和光纤光栅b的反射光功率p
ra
和p
rb
之间的关系有：
[0114][0115]
式中，(δp
ra
δp
rb
)为光纤光栅a和光纤光栅b总的反射光功率变化量，g
0a
和g
0b
分别为半导体光源中心波长漂移量δλc与δp
ra
和δp
rb
的比例系数；其中光电探测器ⅰ的接收光功率的变化量δp
d1
与光纤光栅a和光纤光栅b总的反射光功率(δp
ra
δp
rb
)相关，有
[0116]
δp
d1
＝h
43
·
(δp
ra
δp
rb
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0117]
所以，当半导体光源光功率pf发生波动时，半导体光源模块等效光功率pi随之发生变化，若此时半导体光源模块等效光功率的相对变化率g1＝δpi/pi，因而对光电探测器ⅰ接收光功率的变化量δp
d1
进行修正，进而半导体光源模块中心波长的等效变化量δλ'c可表示为，
[0118]
δλ'c＝(δp
d1-g1p
d1
)/[(g
0a
g
0b
)
·h43
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0119]
基于图5所示光路方案搭建的半导体光源模块，半导体光源的中心波长变化和半导体光源模块的中心波长变化一致，所以可用于描述半导体光源模块的中心波长漂移量。
[0120]
应该理解，半导体光源模块由半导体光源及其光路组成，公式(2)计算的中心波长漂移量为调节光源驱动电流产生的中心波长变化量；公式(5)的中心波长漂移是由于光源长期运行、老化产生；公式(7)的中心波长等效变化量为根据光功率衰减修正后计算得到的实际中心波长漂移，半导体光源模块最终的中心波长为λc δλ’c。
[0121]
本发明另一个实施例提出一种可应用于多个光纤电流互感器的多通道半导体光源模块，如图7和图8所示，包括前面所述的半导体光源模块中的半导体光源、半导体光源驱动模块、半导体光源状态监测模块和半导体光源信号处理芯片，以及一种多功能通讯模块。
[0122]
本实施例中的多功能通讯模块可采用独立通讯接口和合并通讯接口两种方式实现与多个光纤电流互感器的通讯连接。
[0123]
如图7所示，当采用独立通讯方式时，多功能通讯模块包括一个供电接口，和多组光源接口和通信接口。供电接口可与其中任一个光纤电流互感器进行连接，光源接口和通信接口进行独立设置；各通信接口与前述的半导体光源模块的通信协议一致。
[0124]
如图8所示，当采用合并通讯方式时，多功能通讯模块包括一个供电接口，一个光源接口和一个通信接口。多功能通讯模块与多个光纤电流互感器的合并单元进行连接，然后与多个光纤电流互感器间接连接；此时的通信接口采用合并通信方式。
[0125]
基于此，一种多通道半导体光源模块的便捷更换方法，如图9所示，包括：
[0126]
分别计算接入的各个光纤电流互感器测量误差的补偿系数；
[0127]
对多个补偿系数计算标准差，根据最小二乘法拟合半导体光源驱动电流与标准差值的曲线；
[0128]
根据各测量误差补偿系数中的最大值和最小值的平均值计算半导体光源的驱动电流，调节控制半导体光源驱动模块。
[0129]
本实施例中，半导体光源模块与多个光纤电流互感器的通讯方式，采用独立通讯接口连接时为并行通信，采用合并通讯接口连接时为串行通信。
[0130]
本发明的另一个实施例中，半导体光源采用与光纤电流互感器常用半导体光源相同的超辐射发光二极管(superluminiscent diodes，简称sld)，以下简称sld光源。制作的sld光源模块的结构如图10所示。
[0131]
半导体光源驱动模块采用恒流-恒温控制电路设计，通过半导体光源信号处理芯片调节控制半导体光源驱动模块输出驱动电流。
[0132]
半导体光源信号处理芯片采用数字信号处理芯片。
[0133]
半导体光源状态监测模块中除了对sld光源的光功率和中心波长的监测外，对sld光源的驱动电流和管芯温度，以及半导体光源模块的温度和湿度状态参量的监测采用相应的采样电路实现。
[0134]
半导体光源通讯模块采用航空插头和光纤连接器与光纤电流互感器采集单元进行连接，实现半导体光源模块的供电、通信和光信号连接。
[0135]
本实施例中采用的sld光源在驱动电流为100ma时输出光功率为1.405mw，中心波长为1306.9nm，3db谱宽为50.9252nm，波长范围为1281.453nm～1332.3782nm。
[0136]
级联光纤光栅a和光纤光栅b的反射波长分别为1277.5nm和1292.2nm，对应的3db带宽分别为0.3nm和0.4nm。
[0137]
半导体光源模块光功率的监测光路中光纤耦合器为2
×
2的3db耦合器，其中h
12
为0.478，h
14
为0.485，h
43
为0.478。
[0138]
sld光源的光功率、中心波长与驱动电流之间的关系曲线如图11所示；由于sld光源的光功率在实际应用中限制在一个小范围内，以sld光源工作在80ma～120ma范围内为例，如图12所示，可知sld光源光功率和驱动电流的比例系数k
p
为0.0224mw/ma，中心波长和驱动电流的比例系数kd为-0.1655nm/ma。
[0139]
对于sld光源光功率和中心波长状态参量的监测光路按照图5进行连接，半导体光源模块的光功率和中心波长的计算方法如下：
[0140]
1)半导体光源模块的光功率计算
[0141]
对半导体光源模块的光功率以及光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ的接收光功率进行监测，不同驱动电流下的光功率值如图13所示；根据光纤耦合器各支路的损耗系数、光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ的接收光功率，按照式(4)计算得出半导体光源模块的光功率状态监测数据，实测数据和状态监测数据如图14所示。由图14可知，半导体光源模块的实际光功率
与等效光功率近似一致，所以可通过监测光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ的接收光功率实现对半导体光源模块光功率实时监测。
[0142]
2)半导体光源模块的中心波长计算
[0143]
sld光源驱动电流为100ma时半导体光源模块的光谱曲线和级联光纤光栅a与光纤光栅b的反射光谱曲线如图15所示，其中光纤光栅a与光纤光栅b的反射光功率和中心波长变化率的比例系数分别为g
0a
＝0.0002mw/nm和g
0b
＝0.0002mw/nm。
[0144]
以sld光源驱动电流从100ma变化为105ma时为例：驱动电流为100ma时，半导体光源模块的中心波长为1307.5858nm，实际光功率和等效光功率均为0.671mw，光电探测器ⅰ的接收光功率为0.01302mw；驱动电流为105ma时，中心波长为1306.7225nm，半导体光源模块的实际光功率和等效光功率均为0.728mw，光电探测器ⅰ的接收光功率为0.01396mw。
[0145]
代入式(7)可得，此时半导体光源模块等效光功率的相对变化率约为g1＝0.085，光电探测器ⅰ的接收光功率变化量为δp
d1
＝0.00203mw，半导体光源模块中心波长的等效变化量δλc′
为-0.8719nm，实测变化量为-0.8633nm。
[0146]
同理，根据光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ的接收光功率计算半导体光源模块的实测中心波长和等效中心波长如表1所示，对应的变化曲线如图16所示，可知等效中心波长与实测中心波长变化一致。
[0147]
表1
[0148]
驱动电流/ma80859095100105110115120实测中心波长λc/nm1310.89501310.03251309.20971308.37751307.58581306.72251305.88501305.06551304.2400等效中心波长λc'/nm1310.92471310.04701309.23801308.42161307.63291306.76961305.96061305.12201304.2654
[0149]
半导体光源模块的中心波长漂移对光纤电流互感器测量误差的补偿测试方法如下：
[0150]
由文献wang x,wang y,qin y,et al.ratio error of all fiber optical current transformer caused by mean wavelength's fluctuation[j].infrared and laser engineering,2015,44(1).可知，半导体光源中心波长漂移δλc'与光纤电流互感器的测量误差的关系：
[0151]
δk/k＝-2
·
δλ'c/λ'1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0152]
式中，δk/k为光纤电流互感器的测量比值误差(以下简称比差)，k为光纤电流互感器的标度因数，λ1'为半导体光源模块调节后的中心波长。
[0153]
采用式(8)对光纤电流互感器的测试比差进行修正补偿，修正补偿前后的比差数据如图17所示，光纤电流互感器的测量误差由测试比差的-0.526％～0.001％至修正补偿后的-0.08％～0.125％，缩小了测量误差。
[0154]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0155]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0156]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0157]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0158]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。