CN104359491A - 光源的筛选测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种光源的筛选测试装置，包括：分光器，用于将光源的光信号转换为两路；第一光电探测器，用于将一路光信号转换为电信号；波导调制器，用于将另一路光信号进行调制；第一温度传感器，设置在波导调制器内，并感测波导调制器的温度数据；加热制冷模块，设置在波导调制器内，用于对波导调制器进行加热制冷；第二光电探测器，用于将调制后的光信号转换为电信号；FPGA可编程逻辑控制器，用于控制获得第一光电探测器以及第二光电探测器的电信号；数字处理模块，用于分别获得第一温度传感器的温度数据、第一光电探测器以及第二光电探测器的电信号，控制加热制冷模块的温度，并向波导调制器发送调制信号，并计算光源的平均波长、光功率波动及噪声。

Description

光源的筛选测试装置
技术领域
本发明设计光纤陀螺测试领域，尤其涉及一种光纤陀螺的光源的筛选测试装置。
背景技术
光源在FOG(Fiber-Optic Gyroscope，光纤陀螺)中作为核心光学元件之一，起着非常重要的作用，其是为光纤陀螺提供产生Sagnac效应所需的合适光信号。光纤陀螺所用光源要求其可靠性高、体积小、寿命长，同时还要求光源具有好的空间相干性和弱的时间相关性等。中低精度光纤陀螺中用到的光源主要是超辐射发光二极管(SLD)，该光源内部集成了热电制冷器、热敏电阻、SLD管芯、热沉等器件，因此，SLD的管芯封装、外延层的设计以及工艺、结构设计等都会影响其输出光功率、光谱等性能的稳定性。因此，为了保证光纤陀螺的精度，必须对其光源进行装配前的功能筛选测试。
现有的光源筛选测试主要是利用光源驱动仪，光功率计，光谱分析仪等分立测试仪器，对光源匹配筛选，主要针对常温下、全温下的光源出光功率、平均波长的稳定性进行测试，从而淘汰功率或者波长波动较大，以及极限温度失控光源。
现有的光源筛选测试方式机械并易于操作，但搭建测试系统复杂，需要使用大量仪器辅助，多次插拔光纤，人的因素占较大比例，无法实现自动化的操作，筛选效率较低。并且只对光源进行了常规输出的基本性能测试，对光信号输出可能影响光纤陀螺性能的某些特性指标却没有进行针对性的测试和指标量化，无法满足不同应用背景光纤陀螺对光源的特殊要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种光源的筛选测试装置，用于解决现有的光源筛选测试的测试系统需要临时搭建，搭建负责，缺少专门的测试系统的问题。
本发明一种光源的筛选测试装置，其中，包括：分光器，用于将光源的光信号转换为两路；第一光电探测器，用于将一路该光信号转换为电信号；波导调制器，用于将另一路该光信号进行调制；第一温度传感器，设置在该波导调制器内，并感测该波导调制器的温度数据；加热制冷模块，设置在该波导调制器内，用于对该波导调制器进行加热制冷；第二光电探测器，用于将调制后的该光信号转换为电信号；FPGA可编程逻辑控制器，用于控制获得该第一光电探测器以及该第二光电探测器的电信号；以及数字处理模块，用于分别获得该第一温度传感器的温度数据、该第一光电探测器以及该第二光电探测器的电信号，控制该加热制冷模块的温度，并向该波导调制器发送调制信号，并计算该光源的平均波长、光功率波动及噪声。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，还包括：热敏电阻检测电路，用于感测该光源内部的热敏电阻的温度数据；第二温度传感器，用于感测该光源的温度数据；瞬时电流检测电路，用于检测该光源的热电制冷器的驱动电流；其中该FPGA可编程逻辑控制器将该热敏电阻的温度数据发送给该数字处理模块，该数字处理模块根据该光源的温度数据、该光源内部的热敏电阻的温度数据以及该热电制冷器的驱动电流，计算该热电制冷器的加热/制冷系数。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，该FPGA可编程逻辑控制器以及该数字处理模块分别具有数据缓存模块。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，还包括：通信接口，分别与该数字处理模块以及该计算机连接。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，该加热制冷模块为帕尔贴模块；帕尔贴驱动电路，分别与该数字处理模块和帕尔贴模块连接，用于驱动该帕尔贴模块。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，该信号处理器包括：热电制冷器加热/制冷系数解算模块，用于根据该光源的温度数据、该光源内部的热敏电阻的温度数据以及该热电制冷器的驱动电流，计算该热电制冷器的加热/制冷系数；光功率波动及噪声分析模块，用于计算该光源的光功率波动及噪声；数字信号发生器模块，用于向该波导调制器发送控制信号；温度控制模块，用于控制该加热制冷模块的温度；以及平均波长解算模块，用于计算该光源的平均波长。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，还包括：D/A转换模块，分别连接该数字信号发生器模块以及该波导调制器。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，还包括：第一前置放大滤波电路，连接在该第一光电探测器与该FPGA可编程逻辑控制器之间；以及第二前置放大滤波电路,连接在该第二光电探测器与该FPGA可编程逻辑控制器之间。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，还包括：多个A/D转换器，分别连接在该热敏电阻检测电路、该瞬时电流检测电路、该第二前置放大滤波电路以及该第二前置放大滤波电路之间。
根据本发明的光源的筛选测试装置的一实施例，其中，还包括：该分光器为2x2光纤耦合器。
综上，本发明的光源的筛选测试装置能够进行多种测试和计算，能够解决现有的筛选系统机械复杂、测试项目针对性不强、不能适用于光纤陀螺的某些特殊应用场合的问题。对于提高光源筛选效率，减小人为因素干扰，提高筛选强度，从而提高光纤陀螺性能、推进光纤陀螺工程化进程具有重要意义。
附图说明
图1所示为本发明光源的筛选测试装置的的基本框图；
图2所示为光源的筛选测试装置的具体示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明光源的筛选测试装置包括光路和电路两部分，图1所示为本发明光源的筛选测试装置的的基本框图，光源的筛选测试装置主要包括：光源驱动仪1，SLD光源2，光路部分3，电路部分4以及计算机5。
参考图1，装置的连接关系为：利用光源驱动仪1驱动SLD光源2，控制光源输出光功率的大小。光路部分3直接连接SLD光源管芯输出，将发光管芯输出的光信号调制和处理，最后转换为电信号输出。电路部分4对光电转换后的电信号求解处理，经串口输出解算信号至计算机5。
图2所示为光源的筛选测试装置的具体示意图，参考图2，光路部分3包括：2x2光纤耦合器31、光电探测器32(PIN-FET)、光电探测器33(PIN-FET)、马赫-曾德尔(M-Z)干涉型波导调制器34。其中，2x2光纤耦合器31实现光源输出光的分光，将管芯输出光一分为二，一路可以用于后续电路部分4检测光源输出噪声，另一路可以用于后续电路部分4求取输出光的平均波长。光电探测器32实现光电转换，将输入光转换为电信号，供后续电路对其进行解调处理。马赫-曾德尔型波导调制器34主要实现电光调制，通过改变调制信号的大小来引起相位的变化，光电探测器33实现光电转换后，用于后续电路部分4解算出光程差，以求取信号的平均波长λ。
参考图2，光源的筛选测试装置的电路部分4包括：热敏电阻检测电路43，瞬时电流检测电路44，前置放大滤波电路45，前置放大滤波电路46,多个A/D转换电路，FPGA可编程逻辑控制器41、数字信号处理器49以及D/A转换电路48，帕尔贴驱动电路47以及串口通信电路50。
参考图2，数字信号处理器49包括：数据存储模块51、波导调制器内温度控制模块55、光功率波动及噪声分析模块53、平均波长解算模块56、热电制冷器加热/制冷系数解算模块52以及数字信号发生器模块54。
参考图2，其中，温度传感器42安装在SLD光源2的底部，用于感测SLD光源2的温度数据。热敏电阻检测电路43用于感测SLD光源2内部的热敏电阻的温度数据。瞬时电流检测电路44用于检测SLD光源2的热电制冷器驱动电流。前置放大滤波电路45于对光电探测器32输出的信号进行放大和滤波。前置放大滤波电路46用于对光电探测器33输出的信号进行放大和滤波。数据存储模块51用于对所接收数据的进行存储。温度控制模块55根据温度传感器37的温度数据，由数字信号处理器49完成温度控制算法，进而通过帕尔贴驱动电路47控制帕尔贴模块36的温度，实现干涉仪内部帕尔贴模块36的数字闭环温度控制，而在实际使用中也可以采用其他性能类似帕尔贴模块36的加热制冷模块以及驱动电路进行上述的加热和制冷工作。光功率波动及噪声分析模块53根据光电探测器32的电压输出信号，实现光功率波动范围的测试以及输出噪声分析。平均波长解算模块56根据光电探测器33的电压输出信号，结合数字信号发生器模块54产生的输出电压大小，通过数字信号处理器49完成平均波长的解算测试。热电制冷器加热/制冷系数解算模块52根据SLD光源内部热敏电阻的温度数据、温度传感器42的温度数据以及热电制冷器44驱动电流的大小，解算热电制冷器加热/制冷系数。数字信号发生器模块54实现M-Z型波导调制器34的控制信号的产生与输出。串口通讯电路50用于数字信号处理器49与计算机5进行通信。
参考图2，FPGA可编程逻辑控制器41主要包括数据缓存模块和通信模块(未图示)。数据缓存模块用于实现对高速采集数据和低速通讯数据的缓存，采集的数据包括：温度传感器42的实时温度，光电探测器32转换的光功率输出数据，光电探测器33输出的经波导调制器34调制后的功率输出数据，SLD光源2内部热敏电阻的温度数据，热电制冷器的控制电流大小以及温度传感器37的实时温度。通讯模块用于将缓存模块输出数据传输至数字信号处理器DSP电路49的数据缓存模块51。
参考图2，本发明光源的筛选测试装置能够分别测量光波平均波长、光功率波动及噪声分析以及热电制冷器加热/制冷系统解算。由温度控制模块55、帕尔贴驱动电路47、帕尔贴模块36以及温度传感器37组成温度闭环控制系统，由数字信号发生器模块54、D/A转换电路48、马赫-曾德尔(M-Z)干涉型波导调制器34以及光电探测器33以及前置放大滤波电路46，组成光波控制闭环系统，由光波控制闭环系统以及温度闭环控制系统，共同组成用于进行光波平均波长解算的双闭环系统，由平均波长测试模块56进行平均波长解算。由光电探测器32、前置放大滤波电路45以及光功率波动及噪声分析模块53，组成用于进行光功率波动及噪声分析的系统。由热敏电阻检测电路43、瞬时电流检测电路44、温度传感器42以及热电制冷器加热/制冷系数解算模块52，组成用于进行热电制冷器加热/制冷系数的解算系统。
综上，本发明的光源的筛选测试装置能够进行多种测试和计算，能够解决现有的筛选系统机械复杂、测试项目针对性不强、不能适用于光纤陀螺的某些特殊应用场合的问题。对于提高光源筛选效率，减小人为因素干扰，提高筛选强度，从而提高光纤陀螺性能、推进光纤陀螺工程化进程具有重要意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光源的筛选测试装置，其特征在于，包括：
分光器，用于将光源的光转换为两路光信号；
第一光电探测器，用于将一路该光信号转换为电信号；
波导调制器，用于将另一路该光信号进行调制；
第一温度传感器，设置在该波导调制器内，并感测该波导调制器的温度数据；
加热制冷模块，设置在该波导调制器内，用于对该波导调制器进行加热制冷；
第二光电探测器，用于将调制后的该光信号转换为电信号；
FPGA可编程逻辑控制器，用于控制获得该第一光电探测器以及该第二光电探测器的电信号；以及
数字处理模块，用于分别获得该第一温度传感器的温度数据、该第一光电探测器以及该第二光电探测器的电信号，控制该加热制冷模块的温度，并向该波导调制器发送调制信号，并计算该光源的平均波长、光功率波动及噪声。
2.如权利要求1所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，还包括：
热敏电阻检测电路，用于感测该光源内部的热敏电阻的温度数据；
第二温度传感器，用于感测该光源的温度数据；
瞬时电流检测电路，用于检测该光源的热电制冷器的驱动电流；
其中该FPGA可编程逻辑控制器将该热敏电阻的温度数据发送给该数字处理模块，该数字处理模块根据该光源的温度数据、该光源内部的热敏电阻的温度数据以及该热电制冷器的驱动电流，计算该热电制冷器的加热/制冷系数。
3.如权利要求1所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，该FPGA可编程逻辑控制器以及该数字处理模块分别具有数据缓存模块。
4.如权利要求1所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，还包括：通信接口，分别与该数字处理模块以及该计算机连接。
5.如权利要求1所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，该加热制冷模块为帕尔贴模块；
帕尔贴驱动电路，分别与该数字处理模块和帕尔贴模块连接，用于驱动该帕尔贴模块。
6.如权利要求2所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，该信号处理器包括：
热电制冷器加热/制冷系数解算模块，用于根据该光源的温度数据、该光源内部的热敏电阻的温度数据以及该热电制冷器的驱动电流，计算该热电制冷器的加热/制冷系数；
光功率波动及噪声分析模块，用于计算该光源的光功率波动及噪声；
数字信号发生器模块，用于向该波导调制器发送控制信号；
温度控制模块，用于控制该加热制冷模块的温度；以及
平均波长解算模块，用于计算该光源的平均波长。
7.如权利要求6所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，还包括：D/A转换模块，分别连接该数字信号发生器模块以及该波导调制器。
8.如权利要求2所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，还包括：
第一前置放大滤波电路，连接在该第一光电探测器与该FPGA可编程逻辑控制器之间；以及
第二前置放大滤波电路,连接在该第二光电探测器与该FPGA可编程逻辑控制器之间。
9.如权利要求2所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，还包括：多个A/D转换器，分别连接在该热敏电阻检测电路、该瞬时电流检测电路、该第二前置放大滤波电路以及该第二前置放大滤波电路之间。
10.如权利要求2所述的光源的筛选测试装置，其特征在于，还包括：该分光器为2x2光纤耦合器。
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