CN110553684A - 一种ase光源测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种ASE光源测试系统，包括为被测光源供电并采集光功率和驱动电流信息的ASE光源测试集成设备及与其连接的测试计算机，所述的ASE光源测试集成设备包括电源模块、控制线路板和多个探测器，电源模块通过控制线路板扩展至多路输出，探测器与被测ASE光源的尾纤相连。本发明能够同时测试8支光源，且每一通道均独立运行，互不干扰，提高了测试能力。并且，在硬件设计中，充分利用微处理器功能，避免了外部ADC等芯片，简化了设计，降低了测试设备研制成本。
Description
技术领域
本发明属于ASE光源技术领域，特别是用于测试ASE光源驱动电流、输出功率以及光谱的多功能测试系统。
背景技术
ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源是基于掺铒增益光纤放大自发辐射的一种宽谱光源，因其输出具有平均波长高稳定、宽光谱、高输出功率等特性，在光纤陀螺、光纤传感器、通讯WDM系统及DWDM系统、光谱测量、低相干光学成像等领域内得到了广泛应用。尤其是在干涉式光纤陀螺中，掺铒光纤光源相比于已广泛应用的SLD光源，其高输出功率可进一步提高陀螺系统的信噪比，宽光谱和小的光谱纹波特性可更大程度地降低瑞利散射、偏振交叉耦合和克尔效应等引起的相干误差，高平均波长温度稳定性可保证光纤陀螺标度因子的线性度和稳定性，使光纤陀螺的灵敏度和精度进一步提高。因此，掺铒光纤光源被认为是实现干涉式高精度光纤陀螺最具发展潜力的宽谱光源。
在高精度光纤陀螺大批量生产中，ASE光源的测试工作非常繁重，需要对光源进行多个温度点的光功率测试、驱动电流测试以及光谱测试。常规方法是采用单路直流稳压电源连接ASE光源供电，光源输出连接到光功率计或光谱仪，通过人工记录各温度点的驱动电流和光功率，通过光谱仪保存光谱数据再拷贝至测试计算机。常规测试过程需要多台直流稳压电源及多台光功率测试设备才能实现多台光源分别独立测试，成本很高，且费时费力。因此，亟需一种高效低成本的ASE光源的测试系统。
发明内容
本发明为解决光纤陀螺用ASE光源测试成本高效率低的问题，设计一种多通道、多功能的集成测试系统。通过该系统可以同时对多支ASE光源独立供电并实时检测每一路ASE光源驱动电流和光功率，可根据需要测试ASE光源光谱信息，在降低设备投入成本的同时，大大提高测试效率和测试能力。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种ASE光源测试系统，包括为被测光源供电并采集光功率和驱动电流信息的ASE光源测试集成设备及与其连接的测试计算机，所述的ASE光源测试集成设备包括电源模块、控制线路板和多个探测器，电源模块通过控制线路板扩展至多路输出，探测器与被测ASE光源的尾纤相连。
而且，所述ASE光源测试系统还包括一台光谱仪，光谱仪连接被测ASE光源，测试计算机通过GPIB接口连接光谱仪，采集光谱数据。
而且，ASE光源测试集成设备通过RS232串口或蓝牙通讯接口连接测试计算机。
而且，所述的控制线路板包括ARM处理器、电流传感器、开关控制及电流采集电路，稳压电源连接开关控制及电流采集电路，开关控制及电流采集电路连接电流传感器，电流传感器通过运算放大器连接ARM处理器，ARM处理器连接开关控制及电流采集电路；稳压电源与开关控制及电流采集电路分别连接电源输出模块，电源输出模块连接被测ASE光源，被测ASE光源连接探测器，探测器通过运算放大器连接ARM处理器，ARM处理器通过RS232或蓝牙连接测试计算机。
而且，连接探测器的运算放大器为AD8672。
而且，连接电流传感器的运算放大器为AD8552。
而且，所述的ARM处理器为STM32F429。
本发明提出了一种多通道ASE光源测试技术，该技术实现了对8支ASE光源的独立供电及开关功能，可以通过软件单独控制每一支被测ASE光源的供电电源开关。该技术实现了对多通道光源光功率的数据采集功能，光源输出端通过法兰与集成于ASE光源测试设备中的光功率探测器组件相连，并通过运算放大器模块对光功率信号进行调理。该技术实现了多通道光源驱动电流的实时采集，通过电流传感器采集各通道被测ASE光源的驱动电流信息。该技术实现了一种基于ARM(STM32F429)自带ADC的16个通道的连续数据采集，采用微处理器自带的ADC进行ASE光源驱动电流和光功率的数据采集。
本发明提出了一种多模式数据通讯技术，该技术实现了ASE集成测试设备与测试计算机之间RS232串口和蓝牙无线通讯同时进行数据传输的通讯方式，同时实现了光谱仪与测试计算之间的GPIB数据通讯方式。通过测试软件扫描硬件配置，查找相应的串口设备、蓝牙设备和GPIB设备是否连接，根据设备在线情况自动进行通讯模式配置。
本发明提出了一种光谱数据图形还原技术，该技术实现了通过曲线拟合及插值的方法还原ASE光源光谱图形，在测试软件中全面复现光谱仪界面中显示内容，并根据需要保存图形文件，丰富测试数据。
本发明的优点和积极效果是：
1、集成直流稳压电源和光功率测试模块，能够同时测试8支光源，且每一通道均独立运行，互不干扰，提高了测试能力。并且，在硬件设计中，充分利用微处理器功能，避免了外部ADC等芯片，简化了设计，降低了测试设备研制成本；
2、可根据ASE光源测试具体工况设置电流保护限制，在测试时如果某一通道光源电流超限，自动关闭该通道电源，保护被测光源；
3、ASE光源集成测试设备与测试计算机间可以通过蓝牙进行无线连接，方便软件进行远程控制和测试，提升测试便捷性；
4、可通过软件自动采集光谱仪输出信息，并可根据需要保存光谱图形至计算机，丰富测试数据的同时，提升测试自动化程度。
基于以上优点，本发明在按照测试要求设置后，可实现大批量、不间断、无人值守的ASE光源性能测试，大大提高测试效率，降低测试成本。
附图说明
图1为ASE光源测试系统组成框图；
图2为ASE光源测试集成设备组成框图；
图3为控制线路板结构框图；
图4为探测器组件功率放大电路图；
图5为驱动电流测试电路图；
图6为控制线路板ARM软件流程图；
图7为测试计算机软件工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种ASE光源测试系统，如图1所示，包括ASE光源测试集成设备、光谱仪和测试计算机。ASE光源测试集成设备为被测光源供电并通过光电探测器采集光功率信息，同时将采集到的被测光源的驱动电流和光功率通过ADC转换为数字量通过RS232串口或蓝牙通讯接口传输至测试计算机。所述测试计算机内安装有ASE光源测试系统软件，该测试软件与ASE光源测试集成设备及光谱仪连接，实现各通道电源开关的自动及远程控制、各通道的光源驱动电流及光功率数据采集并显示。也可将光源输出连接至光谱仪，软件通过GPIB接口自动采集光谱仪光谱数据并还原为光谱图。
所述的ASE光源测试集成设备，如图2所示，包含一台输出电压5V、最大输出电流20A的直流稳压电源模块、一块控制线路板和8支同轴光纤探测器。电源模块通过控制线路板扩展至8路+5V/GND输出，可外接被测光源。探测器组件与被测ASE光源的尾纤相连，采集ASE光源功率信息。
所述的控制线路板如图3所示，包括ARM处理器、运算放大器、电流传感器、开关控制及电流采集电路，稳压电源输出连接开关控制及电流采集电路，开关控制及电流采集电路输出连接电流传感器，电流传感器通过运算放大器连接ARM处理器，ARM处理器连接开关控制及电流采集电路；稳压电源与开关控制及电流采集电路分别连接电源输出模块，电源输出模块输出连接被测ASE光源。被测ASE光源输出连接探测器，探测器通过运算放大器连接ARM处理器，ARM处理器通过RS232或蓝牙连接测试计算机。
采用ARM(STM32F429)作为处理器，实现稳压电源的开关控制、ASE光源光功率及驱动电流信号的采集和信号调理功能。在获取电流信息后对其进行监测，如果大于正常范围超过3秒钟，自动关闭该通道电源。控制线路板实现对外接口配置，通过RS232和蓝牙无线通讯接口，控制板接收来自测试计算机软件的指令，控制ASE光源电源的开关，同时在电源开启的情况下，实时向测试计算机发送光源的电流和功率信息。
图4为探测器组件功率放大电路图，采用双通道、精密、极低噪声、低输入偏置电流的高电压运算放大器AD8672作为探测器组件的信号调理器件，保证了光功率测试的准确性。
图5为驱动电流测试电路图。本发明采用双通道、低失调、低漂移、低偏置的运算放大器AD8552作为驱动电流测试的信号调理器件，无需外部电容，在保证高精度特性的同时降低了研制成本。
图6为控制线路板ARM软件运行流程图，软件开机上电后进行一系列硬件资源配置和初始化，在关键的蓝牙设备通讯配置后，要进行应答测试，收到正确的应答后才完成蓝牙设备初始化。然后程序进入主循环，通过定时器定时查询ADC转换状态，完成ADC转换后，首先判断每一路被测ASE光源驱动电流是否超限，如果超限，关闭该通道电源。接着向测试计算机通过通讯接口发送8个通道的驱动电流和光功率信息。同时程序通过接口接收中断信号获取计算机发送的指令信息，并进行相应的操作。
图7为计算机测试软件工作流程图，软件开机后自动检测连接的通讯接口，进行在线接口的配置。软件采用多线程方式执行任务，分别是事件处理结构线程、ASE光源测试集成设备数据采集及指令发送线程和光谱仪数据采集处理线程。
事件处理线程响应用户对按钮的操作，响应“打开/关闭电源”、“开始/停止采集”、“显示电流/功率”、“切换界面”、“保存数据”等事件。
ASE光源测试集成设备数据采集及指令发送线程向测试设备发送每一个电源通道的开关指令，同时采集ASE光源工作状态，包括每一通道电源的开关状态、驱动电流和光功率信息，并以数字和图形显示于界面上。
光谱仪接口线程按照设定的采样间隔采集光谱仪测得的光源光谱、功率等原始数据信息。经过解析，得到平均波长、总功率、光源谱宽、峰值波长等光源指标，根据需要也可将获取的光谱数据还原成光谱图，保存至文件。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种ASE光源测试系统，其特征在于：包括为被测光源供电并采集光功率信息和驱动电流信息的ASE光源测试集成设备及与其连接的测试计算机，所述的ASE光源测试集成设备包括电源模块、控制线路板和多个探测器，电源模块通过控制线路板扩展至多路输出，探测器与被测ASE光源的尾纤相连。
2.根据权利要求1所述的ASE光源测试系统，其特征在于：所述ASE光源测试系统还包括一台光谱仪，光谱仪连接被测ASE光源，测试计算机通过GPIB接口连接光谱仪，采集光谱仪光谱数据。
3.根据权利要求1或2所述的ASE光源测试系统，其特征在于：ASE光源测试集成设备通过RS232串口或蓝牙通讯接口连接测试计算机。
4.根据权利要求1或2所述的ASE光源测试系统，其特征在于：所述的控制线路板包括ARM处理器、电流传感器、开关控制及电流采集电路，稳压电源连接开关控制及电流采集电路，开关控制及电流采集电路连接电流传感器，电流传感器通过运算放大器连接ARM处理器，ARM处理器连接开关控制及电流采集电路；稳压电源与开关控制及电流采集电路分别连接电源输出模块，电源输出模块连接被测ASE光源，被测ASE光源连接探测器，探测器通过运算放大器连接ARM处理器，ARM处理器通过RS232或蓝牙连接测试计算机。
5.根据权利要求4所述的ASE光源测试系统，其特征在于：连接探测器的运算放大器为AD8672。
6.根据权利要求4所述的ASE光源测试系统，其特征在于：连接电流传感器的运算放大器为AD8552。
7.根据权利要求4所述的ASE光源测试系统，其特征在于：所述的ARM处理器为STM32F429。
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