專利名稱：具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種波長選擇開關。特別是涉及一種可以解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化問題的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法。
背景技術：
隨著波分復用系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人們對其靈活性要求也越來越高。作為智能光網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心設備，可重構光分插復用器(ROADM)現(xiàn)已廣泛用于核心網(wǎng)。而波長選擇開關 (WSS)作為第三代ROADM系統(tǒng)的核心器件，在功能的多樣性和穩(wěn)定性上更勝一籌，正逐步得到廣泛應用。目前主流的波長選擇開關都是通過基于自由空間平臺的透鏡系統(tǒng)和切換衰減單元的組合來實現(xiàn)其功能的。由于切換衰減單元自身的特性，當切換衰減控制單元發(fā)出的控制指令一定，包括切換衰減單元的波長選擇開關本體以不同的狀態(tài)放置或以不同的狀態(tài)運動時，切換衰減單元的狀態(tài)會發(fā)生一定變化，從而導致波長選擇開關插入損耗等相關指標發(fā)生變化。另一方面，由于自由空間平臺的透鏡系統(tǒng)尺寸較大，當波長選擇開關本體以不同的狀態(tài)放置或以不同的狀態(tài)運動時，透鏡系統(tǒng)的結(jié)構也會發(fā)生一定變化，同樣會導致波長選擇開關插入損耗等相關指標變化。因此，如何解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化，是各個波長選擇開關廠商必須關注的問題。針對以上問題，各波長選擇開關生產(chǎn)廠商之間比較通用的解決方案有以下兩個
(I)對自由空間平臺透鏡系統(tǒng)的固定結(jié)構和切換衰減單元進行針對性設計，減小其在波長選擇開關本體放置狀態(tài)或運動狀態(tài)不同時的變化，從而減小插入損耗等指標的變化；(2) 在波長選擇開關本體以不同的狀態(tài)放置或運動時，對其插入損耗等指標進行實時監(jiān)測、并對切換衰減單元進行實時調(diào)整，來減小波長選擇開關在不同放置狀態(tài)或不同運動狀態(tài)下， 插入損耗等指標的變化。這兩種方案，各有其特點，第一種方案不需要設計專門的指標實時監(jiān)控單元和閉環(huán)控制系統(tǒng)，但對自由空間平臺透鏡系統(tǒng)的固定結(jié)構和切換衰減單元的結(jié)構設計和加工工藝要求極高；第二種方案雖然對自由空間平臺透鏡系統(tǒng)的固定結(jié)構和切換衰減單元的結(jié)構設計和加工工藝沒有太高的要求，但是需要在波長選擇開關本體內(nèi)設置指標實時監(jiān)測單元，并對切換衰減單元進行實時的閉環(huán)控制，不但控制邏輯復雜，同時，由于內(nèi)置了指標實時監(jiān)測單元，不僅會增加波長選擇開關本體的體積，同時也會增加其成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種通過內(nèi)設重力加速度傳感器感應波長選擇開關的放置狀態(tài)或運動狀態(tài)，以解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化問題的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法。本發(fā)明所采用的技術方案是一種具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法。具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，包括有本體，設置在本體內(nèi)的光學系統(tǒng)、
3切換衰減單元和與切換衰減單元相連接的切換衰減控制單元，所述的本體內(nèi)還設置有用以感應波長選擇開關本體放置狀態(tài)或運動狀態(tài)的重力加速度傳感器和微處理器，所述的微處理器的信號輸入端連接重力加速度傳感器，信號輸出端連接切換衰減控制單元的信號輸入端，用以處理來自重力加速度傳感器的感應信號，并將處理后的感應信號傳遞至切換衰減控制單元。在波長選擇開關本體內(nèi)，所述的重力加速度傳感器設置有一個或多個，所述的微處理器與重力加速度傳感器相對應的設置有一個或多個。所述的重力加速度傳感器和微處理器設置于本體內(nèi)的任意位置。所述的重力加速度傳感器和微處理器是通過焊接或膠水粘接或機械配合固定的設置在本體內(nèi)。一種用于具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的控制方法，包括如下步驟I)重力加速度傳感器將產(chǎn)生的各方向動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度模擬感應信號輸出給微處理器；2)微處理器接收加速度模擬感應信號，并進行處理；3)微處理器將處理后的信號存儲到數(shù)據(jù)存儲單元4)微處理器的邏輯運算單元讀取數(shù)據(jù)并進行比較，判斷變化量是否超過閾值，是進入下一步驟，否則返回上一步驟；5)微處理器輸出變化后的各方向的加速度數(shù)值到切換衰減控制單元；6)切換衰減控制單元根據(jù)接收到的各方向的加速度數(shù)值，向切換衰減單元發(fā)送相對應的控制指令。步驟2)所述的進行處理包括在微處理器的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元將模擬感應信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。步驟2)所述的進行處理包括在微處理器的數(shù)字濾波單元對數(shù)字信號進行運算處理，獲得各方向的加速度數(shù)值。步驟4)所述的邏輯運算單元讀取數(shù)據(jù)，是讀取數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)最后存儲的一定時間內(nèi)的加速度數(shù)值。所述的運算處理是根據(jù)重力加速度傳感器輸出信號數(shù)值與加速度數(shù)值的對應關系函數(shù)進行運算。針對由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化的問題，本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關彌補了目前已有的兩種解決方案的不足之處，提出了一種結(jié)構簡單、成本低、易實現(xiàn)的解決方案，可以應用于類似波長選擇開關等內(nèi)設切換衰減單元和基于自由空間平臺光學系統(tǒng)的任何光通信器件中，并有效解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的插入損耗等相關指標變化的問題。本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法，具有以下優(yōu)點(1)對波長選擇開關本體內(nèi)基于自由空間平臺光學透鏡系統(tǒng)的固定結(jié)構和切換衰減單元的結(jié)構設計和制作工藝要求較低；(2)內(nèi)設重力加速度傳感器等功能模塊體積小，有利于波長選擇開關的模塊小型化設計制作；(3)控制邏輯簡單，不需要對指標進行實時監(jiān)測、對切換衰減單元進行實時調(diào)整的復雜閉環(huán)邏輯控制，降低了波長選擇開關的控制邏輯復雜程度；(4)成本低，有利于波長選擇開關的批量應用。


圖I是本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的功能示意圖；圖2是本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的功能原理圖；圖3a、圖3b是本發(fā)明的光學系統(tǒng)功能實現(xiàn)示意圖其中，圖3a為俯視圖，圖3b為正視圖；圖4(a)、(b)、(C)分別是光學系統(tǒng)部分光纖陣列準直器各端口示意圖；圖5是本發(fā)明的使用重力加速度傳感器的控制邏輯功能原理圖；圖6是本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關中的微處理器的功能示意圖；圖中10 ::本體12 ::重力加速度傳感器
14 ::微處理器16 ::切換衰減控制單元
18 ::切換衰減單元20 ::感應信號
22 ::處理后的感應信號24 ::控制指令
30 ::光纖陣列準直器32 ::光束放大系統(tǒng)
34 ::分光兀件36 ::準直透鏡系統(tǒng)
141:信號輸入單兀142:模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換奪
143:數(shù)字濾波單元145:數(shù)據(jù)存儲單元
147:邏輯運算單元149:信號輸出單兀
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法做出詳細說明。本發(fā)明提供了一種具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法，以解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化的問題。在所述波長選擇開關的本體內(nèi)設有至少一個重力加速度傳感器和一個微處理器；其中所述重力加速度傳感器設置于波長選擇開關本體內(nèi)部，供感應波長選擇開關的放置狀態(tài)或運動狀態(tài)，以產(chǎn)生相應的感應信號；所述微處理器同樣設置于波長選擇開關本體內(nèi)部，并與所述重力加速度傳感器電連接，用以處理來自重力加速度傳感器的感應信號。波長選擇開關切換衰減控制單元與所述微處理器電連接，接收處理后的感應信號，并控制波長選擇開關切換衰減單元，以解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化的問題。以下結(jié)合實施例和圖3a、圖3b、圖4，對本發(fā)明本體內(nèi)基于自由空間平臺的光學系統(tǒng)部分的功能實現(xiàn)原理做進一步說明。圖3a所示為本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的光學系統(tǒng)部分的俯視圖，由光纖陣列準直器30、光學擴束系統(tǒng)32、分光元件34、準直透鏡系統(tǒng)36及切換衰減單元18依次排列組成。其中，光纖陣列準直器30可以是基于透鏡陣列技術、單準直器拼接技術等一切技術的陣列準直器；光學擴束系統(tǒng)可以是基于凸、凹透鏡系統(tǒng)、棱鏡系統(tǒng)等一切光學結(jié)構的光束放大系統(tǒng)；分光兀件可以是衍射光柵或其他一切可將不同波長光束傳播路徑分開的元件；切換衰減單元可以是基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術、硅基液晶(LCoS)技術、 液晶(LC)技術等一切技術的切換衰減單元。圖3b所示為本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的光學系統(tǒng)部分的正視圖，其中，包含有多個信道波長的光信號通過光纖陣列準直器30的一個端口輸入，該端口為光纖陣列準直器30的輸入端口。輸入的光信號經(jīng)過光束放大系統(tǒng)32后,光斑放大, 入射在分光元件34上，經(jīng)過分光元件34，不同信道波長的光信號沿不同的方向傳播，再經(jīng)準直透鏡系統(tǒng)36準直后，各信道波長的光信號變化為依次排序的平行單信道波長光信號， 最后入射到切換衰減單元18上。切換衰減單元18是由一組陣列的子單元組成,每一個子單元對應一個波長信道的光信號，各波長信道光信號入射到切換衰減單元18上，然后反射再經(jīng)過準直透鏡系統(tǒng)36、分光兀件34和光束放大系統(tǒng)32進入光纖陣列準直器30不同于輸入端口的其他某個端口，此端口為光纖陣列準直器30的輸出端口。光纖陣列準直器30的輸出端口數(shù)目為I至N個。切換衰減單元18各子單元的狀態(tài)不同，決定了返回的各波長信道光信號進入光纖陣列準直器30的位置不同，從而實現(xiàn)任意波長信道光信號到任意輸出端口的開關選擇及衰減功能。當切換衰減控制單元16發(fā)出指令對切換衰減單元18進行控制,改變其各子單元的狀態(tài)時，各波長信道光信號從切換衰減單元18上反射回來的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化， 最終從光纖陣列準直器30不同的輸出端口輸出。如圖3b和圖4(a)所示，當切換衰減單元 18處于某種狀態(tài)時，光信號從第N個端口輸出，當切換衰減單元18狀態(tài)發(fā)生變化，處于另一種狀態(tài)時，光信號從第N-I個端口輸出。以下結(jié)合實施例和圖4，對沒有設置重力加速度傳感器的波長選擇開關，插入損耗等相關指標受到其放置狀態(tài)或運動狀態(tài)的不同而發(fā)生變化的問題做進一步說明。圖4所示，為波長選擇開關光學系統(tǒng)部分光纖陣列準直器各端口示意圖，從上至下，第一個為輸入端口 R，其余為輸出端口 C。光信號從輸入端口 R輸入，波長選擇開關本體 10放置狀態(tài)和運動狀態(tài)固定，切換衰減控制單元16發(fā)出固定指令對切換衰減單元18進行控制，將其設置為某一狀態(tài)，光信號從第N-I個端口完全輸出，插入損耗等相關指標正常， 如圖4(b)所示。若此時波長選擇開關本體10放置狀態(tài)或運動狀態(tài)發(fā)生變化，其包含的光學透鏡系統(tǒng)結(jié)構和切換衰減單元18的狀態(tài)也可能隨之發(fā)生變化，導致光信號不能從第N-I 個端口完全輸出，插入損耗等相關指標發(fā)生變化，如圖4(c)所示。本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，由于本體10內(nèi)設有重力加速度傳感器12，可以感應波長選擇開關本體10的放置狀態(tài)和運動狀態(tài)。所以當波長選擇開關本體10的放置狀態(tài)和運動狀態(tài)發(fā)生變化時，切換衰減控制單元16可以根據(jù)重力加速度傳感器12的感應信號，發(fā)出相對應的指令對切換衰減單元18進行控制。在波長選擇開關本體10的放置狀態(tài)和運動狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，保持光信號返回到光纖陣列準直器30上的位置不變，從而保持插入損耗等相關指標不變，以此來解決波長選擇開關由于放置狀態(tài)或運動狀態(tài)的變化導致插入損耗等相關指標變化的問題。以下結(jié)合實施例和圖I、圖2，對本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構及各功能單元模塊相互連接形式做進一步說明。如圖I、圖2所示，本發(fā)明的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，包括有本體 10，設置在本體10內(nèi)的光學系統(tǒng)、切換衰減單元18、與切換衰減單元18相連接的切換衰減控制單元16、用以感應波長選擇開關本體10放置狀態(tài)和運動狀態(tài)的重力加速度傳感器12 和信號輸入端連接重力加速度傳感器12信號輸出端連接切換衰減控制單元16的微處理器 14，微處理器14所述用以處理來自重力加速度傳感器12的感應信號，并將處理后的感應信號傳遞至切換衰減控制單元16。其中，重力加速度傳感器12為至少可以感應不少于三個方向的動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度，并輸出相應感應信號的基于任何技術的加速度傳感器；微處理器14為至少內(nèi)置有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元142、數(shù)字濾波單元143、數(shù)據(jù)存儲單元145、邏輯運算單元147、信號輸入單兀141、信號輸出單兀149的基于任何技術的微處理器。如所述的微處理器14可以是微控制單元(MCU)、Advanced RISC Machines (ARM)等通用微處理器。本發(fā)明使用的微處理器14的型號為80C51R)20單片機。以上所述的重力加速度傳感器12在波長選擇開關本體10內(nèi)設置有一個或多個， 所述的微處理器14與重力加速度傳感器12相對應的設置有一個或多個。所述的重力加速度傳感器12和微處理器14設置于本體10內(nèi)的任意位置。所述的重力加速度傳感器12和微處理器14是通過焊接或膠水粘接或機械配合固定的設置在本體10內(nèi)。以下結(jié)合實施例和圖2、圖5、圖6，對本發(fā)明的用于具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的方法實現(xiàn)及控制原理做進一步說明。如圖2、圖5、圖6所示，當波長選擇開關本體10以不同的狀態(tài)放置或運動時，根據(jù)放置狀態(tài)或運動狀態(tài)的不同，本體10內(nèi)置的重力加速度傳感器12產(chǎn)生并輸出不同的各方向動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度模擬感應信號20，該模擬感應信號包含至少三個方向的動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度信息。重力加速度傳感器12輸出的模擬感應信號20被傳送至微處理器 14，并被微處理14的信號接收單元141接收。微處理器14的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元142將接收到的模擬感應信號20轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字信號。微處理器14的數(shù)字濾波單元143對數(shù)字信號進行運算處理，獲得波長選擇開關本體10各方向某一時間點的加速度數(shù)值。微處理器14的數(shù)字濾波單元143對數(shù)字信號進行運算處理，是根據(jù)重力加速度傳感器輸出信號數(shù)值與加速度數(shù)值對應的關系函數(shù)進行運算。其函數(shù)由重力加速度傳感器型號決定，不同型號的重力加速度傳感器函數(shù)略有不同。波長選擇開關本體10各方向不同時間點的加速度數(shù)值被依次存儲于微處理器14的數(shù)據(jù)存儲單元145內(nèi)。微處理器14的邏輯運算單元147定時對最后一定時間內(nèi)存儲于數(shù)據(jù)存儲單元145的加速度數(shù)值進行運算比較，判斷其變化量是否超過閾值。如果變化量沒有超過閾值，邏輯運算單元147繼續(xù)定時對更新后的最后一定時間存儲于數(shù)據(jù)存儲單元145的加速度數(shù)值進行運算比較；如果變化量超過閾值，則微處理器14的信號輸出單元149將變化后的各方向加速度數(shù)值發(fā)送到切換衰減控制單元16。切換衰減控制單元16接收到各方向加速度數(shù)值并發(fā)送相對應控制指令 24到切換衰減單元18，對其進行相應控制調(diào)整。從而在波長選擇開關本體10的放置狀態(tài)和運動狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，保持光信號返回到光纖陣列準直器30上的位置不變，以此來解決波長選擇開關由于放置狀態(tài)或運動狀態(tài)的變化導致插入損耗等相關指標變化的問題。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明所公開的內(nèi)容，本發(fā)明確實可以達到預期目的，提供一種具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，以解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的插入損耗等相關指標變化的問題。其具有產(chǎn)業(yè)利用的價值。所述通過內(nèi)設重力加速度傳感器以解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的波長選擇開關插入損耗等相關指標變化的方法，既可應用于波長選擇開關，也可應用于類似波長選擇開關等內(nèi)設切換衰減單元和基于自由空間平臺的任何光通信器件。上述說明及附圖僅是用以說明本發(fā)明的實施例，凡本領域技術人員，在不脫離所附權利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)，仍可在形式上和細節(jié)上對本發(fā)明做出各種變化，其并未脫離本發(fā)明的技術與精神。
權利要求
1.一種具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，包括有本體(10)，設置在本體(10)內(nèi)的光學系統(tǒng)、切換衰減單元(18)和與切換衰減單元(18)相連接的切換衰減控制單元(16)， 其特征在于，所述的本體(10)內(nèi)還設置有用以感應波長選擇開關本體(10)放置狀態(tài)或運動狀態(tài)的重力加速度傳感器(12)和微處理器(14)，所述的微處理器(14)的信號輸入端連接重力加速度傳感器(12)，信號輸出端連接切換衰減控制單元(16)的信號輸入端，用以處理來自重力加速度傳感器(12)的感應信號，并將處理后的感應信號傳遞至切換衰減控制單元(16) ο
2.根據(jù)權利要求I所述的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，其特征在于，在波長選擇開關本體(10)內(nèi)，所述的重力加速度傳感器(12)設置有一個或多個，所述的微處理器(14)與重力加速度傳感器(12)相對應的設置有一個或多個。
3.根據(jù)權利要求I所述的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，其特征在于，所述的重力加速度傳感器(12)和微處理器(14)設置于本體(10)內(nèi)的任意位置。
4.根據(jù)權利要求I所述的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關，其特征在于，所述的重力加速度傳感器(12)和微處理器(14)是通過焊接或膠水粘接或機械配合固定的設置在本體(10)內(nèi)。
5.一種用于權利要求I所述的具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的控制方法，其特征在于，包括如下步驟1)重力加速度傳感器(12)將產(chǎn)生的各方向動態(tài)加速度和靜態(tài)加速度模擬感應信號(20)輸出給微處理器(14)；2)微處理器(14)接收加速度模擬感應信號(20)，并進行處理；3)微處理器(14)將處理后的信號存儲到數(shù)據(jù)存儲單元(145)4)微處理器(14)的邏輯運算單元(147)讀取數(shù)據(jù)并進行比較，判斷變化量是否超過閾值，是進入下一步驟，否則返回上一步驟；5)微處理器(14)輸出變化后的各方向的加速度數(shù)值到切換衰減控制單元(16)；6)切換衰減控制單元(16)根據(jù)接收到的各方向的加速度數(shù)值，向切換衰減單元(18) 發(fā)送相對應的控制指令(24)。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的控制方法，其特征在于，步驟2)所述的進行處理包括在微處理器(14)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元(142)將模擬感應信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
7.根據(jù)權利要求5所述的用于具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的控制方法，其特征在于，步驟2)所述的進行處理包括在微處理器(14)的數(shù)字濾波單元(143)對數(shù)字信號進行運算處理，獲得各方向的加速度數(shù)值。
8.根據(jù)權利要求5所述的用于具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的控制方法，其特征在于，步驟4)所述的邏輯運算單元(147)讀取數(shù)據(jù)，是讀取數(shù)據(jù)存儲單元(145)內(nèi)最后存儲的一定時間內(nèi)的加速度數(shù)值。
9.根據(jù)權利要求7所述的用于具有重力加速度傳感器的波長選擇開關的控制方法，其特征在于，所述的運算處理是根據(jù)重力加速度傳感器(12)輸出信號數(shù)值與加速度數(shù)值的對應關系函數(shù)進行運算。
全文摘要
一種具有重力加速度傳感器的波長選擇開關及控制方法，波長選擇開關有設置在本體內(nèi)的光學系統(tǒng)、切換衰減單元和與切換衰減單元相連接的切換衰減控制單元，重力加速度傳感器和微處理器，微處理器的信號輸入端連接重力加速度傳感器，信號輸出端連接切換衰減控制單元的信號輸入端。方法重力加速度傳感器將信號輸出給微處理器；微處理器對信號進行處理、存儲、比較、判斷，并輸出變化后的各方向的加速度數(shù)值；切換衰減控制單元根據(jù)接收到的數(shù)值控制切換衰減單元。本發(fā)明結(jié)構簡單、成本低、易實現(xiàn)，可應用于類似波長選擇開關等內(nèi)設切換衰減單元和基于自由空間平臺光學系統(tǒng)的任何光通信器件中，并有效解決由于不同放置狀態(tài)或運動狀態(tài)導致的插入損耗等相關指標變化的問題。
文檔編號G02B6/293GK102608709SQ20121008812
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2012年3月29日
發(fā)明者宋麗丹, 張傳彬, 楊柳, 楊睿, 梁飛, 袁志林, 郭路, 陳定康 申請人:武漢光迅科技股份有限公司