CN111780740B - 一种光纤环模块温度筛选系统及筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤环模块温度筛选系统及筛选方法，旨在解决现有技术中存在的温箱模拟法评价光纤环模块的温度性能，与光纤环模块实际工作的热环境差异较大，使得光纤环模块的温度性能评价不够全面有效的技术问题。本发明包括包括光纤环模块筛选组件、精密温控电路、光纤环模块测试仪、光纤陀螺测试台、工控计算机；可提前评估其在惯性系统中的温度性能，提供光纤环模块是否具备装入惯性导航系统的依据，进而提高光纤环陀螺生产效率及惯性导航系统装配合格率；另一方面，提前剔除温度性能较差的光纤环模块，规避在惯性导航系统中测试不合格反复返修，有效缩短了装配人员返工返修时间。

Description

一种光纤环模块温度筛选系统及筛选方法

技术领域

本发明涉及一种光纤环模块温度筛选系统及筛选方法。

背景技术

光纤陀螺具有抗冲击、灵敏度高、寿命长、动态范围大、启动时间短等优点，已被广泛应用于惯性导航系统中。光纤环模块是构成光纤陀螺的核心部件，其温度性能直接影响光纤陀螺的精度，进而影响其在惯性导航系统中性能的发挥。

在惯性导航系统中，当光纤环模块装配完成后，一般需采用温箱模拟法进行温度性能测试来评价光纤环模块的温度性能，具体有定点温度测试、温度循环测试等。但是惯性导航系统组成多样、结构复杂，导致光纤环模块工作热环境亦较为复杂，具体表现为热传导、热对流或热辐射的单独作用或者组合，采用温箱模拟法评价光纤环模块的温度性能，与光纤环模块实际工作的热环境差异较大，使得光纤环模块的温度性能评价不够全面有效，经常导致测试指标合格而在惯性导航系统中的应用情况不佳的问题，因此需要频繁地对光纤环模块进行返工返修、更换以及拆装，增大了工作量。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的温箱模拟法评价光纤环模块的温度性能，与光纤环模块实际工作的热环境差异较大，使得光纤环模块的温度性能评价不够全面有效，经常导致测试指标合格而在惯性导航系统中的应用情况不佳的技术问题，而提供一种光纤环模块温度筛选系统及筛选方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种光纤环模块温度筛选系统，其特殊之处在于：

包括光纤环模块筛选组件、精密温控电路、光纤环模块测试仪、光纤陀螺测试台、工控计算机；

所述光纤环模块筛选组件包括圆筒状侧板、设置于侧板底部的圆形底板、设置于侧板顶部的隔热上罩，并在侧板、底板和隔热上罩间形成光纤环模块的安装腔；所述侧板上设置有供光纤环模块尾纤穿出的过纤孔；所述安装腔内设有放置于底板上的隔热板和与侧板内壁相贴的隔热垫圈；所述侧板的外壁和底板的下表面上均均匀设置有多个加热片；每个所述加热片(112)一侧对应设有安装于侧板外壁或底板下表面上的铂电阻；所述加热片及铂电阻均通过导线与精密温控电路连接；所述精密温控电路用于控制加热片、采集铂电阻的阻值，并根据该阻值计算实时温度，而后输送至工控计算机；

所述光纤环模块测试仪连接光纤环模块的尾纤，用于提供光纤环模块产生sagnac效应所需的光信号，该光信号沿光纤环模块中光纤环的正、反两个方向传播，并发生干涉产生干涉信号，光纤环模块测试仪再接收干涉信号依次进行光电转换、信号调理、闭环算法、相位调制及角速率解算，并输出角速率数据；

所述光纤陀螺测试台采集角速率数据，并对该角速率数据依次进行解帧、数据平滑，而后通过RS422协议标准输送至工控计算机；

所述工控计算机用于控制精密温控电路以及光纤陀螺测试台工作，并显示所述实时温度及数据平滑后的实时角速率数据，从而反应光纤环模块的零偏及零偏稳定性。

进一步地，所述隔热板采用刚性隔热材料制成。

进一步地，所述隔热板采用环氧酚醛层压玻璃布板制成。

进一步地，所述隔热垫圈采用柔性隔热材料制成。

进一步地，所述隔热垫圈交联聚乙烯泡沫制成。

进一步地，所述底板与侧板为一体式结构，且二者均采用金属材料制成。

进一步地，所述底板与侧板均采用铝制成。

进一步地，所述加热片和铂电阻均通过硅橡胶粘接固定。

基于上述的一种光纤环模块温度筛选系统，本发明还提供了一种光纤环模块温度筛选方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)搭建筛选系统：

搭建如上所述一种光纤环模块温度筛选系统，采用直流稳压电源为精密温控电路供电，并在工控计算机内设置加热片加热的目标温度；

步骤2)安装光纤环模块：

将光纤环模块放置于所述光纤环模块筛选组件的安装腔内，光纤环模块的光纤环出纤位置指向所述侧板外的任意一个加热片，光纤环模块的尾纤穿过过纤孔连接光纤环模块测试仪；

步骤3)加温测试：

工控计算机控制其中一个加热片加热，精密温控电路采集该加热片一侧铂电阻的阻值，并通过该阻值计算实时温度，然后将实时温度输送至工控计算机，到达目标温度时，保持目标温度，并观察该目标温度下光纤环模块的零偏及零偏稳定性是否达到设计指标；

若不能达到，则该被测光纤环模块不合格，测试结束；

若可达到，进行步骤4)；

其中，加温测试时需满足：

若进行加热的加热片位于侧板上，则加温测试时，去掉隔热垫圈；

若进行加热的加热片位于底板上，则加温测试时，去掉隔热板；

步骤4)停止加热，使光纤环模块筛选组件自然冷却恢复至常温；

步骤5)重复步骤3)和步骤4)遍历测试所有加热片，若光纤环模块在所有加热片加温测试时均达到设计指标，则被测光纤环模块合格。

进一步地，在步骤3)之前、步骤2)之后，还包括初步调整步骤：

调整光纤环模块筛选组件的角度，确保光纤环模块的常温静态零偏及零偏稳定性符合其常温设计指标。

本发明的有益效果是：

本发明可提前评估其在惯性系统中的温度性能，提供光纤环模块是否具备装入惯性导航系统的依据，进而提高光纤环陀螺生产效率及惯性导航系统装配合格率；另一方面，提前剔除温度性能较差的光纤环模块，规避在惯性导航系统中测试不合格反复返修，有效缩短了装配人员返工返修时间。光纤环模块温度筛选组件可模拟热传导、热对流或热辐射的单独作用或组合作用的热环境，达到全方面、多角度评价光纤环模块温度性能的目的。

附图说明

图1是本发明一种光纤环模块温度筛选系统的结构示意图；

图2是本发明中精密温控电路及光纤环模块筛选组件的结构示意图；

图3是本发明中光纤环模块筛选组件的剖视图。

附图说明：

1-光纤环模块筛选组件，11-侧板，111-过纤孔，112-加热片，113-铂电阻，12-底板，13-隔热上罩，14-隔热板，15-隔热垫圈，2-精密温控电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种光纤环模块温度筛选系统及筛选方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

本发明一种光纤环模块温度筛选系统，如图1所示，，该系统由直流稳压电源供电，该系统包括光纤环模块筛选组件1、精密温控电路2、光纤环模块测试仪、光纤陀螺测试台、工控计算机；

结合图2、图3所示，光纤环模块筛选组件1包括圆筒状侧板11、设置于侧板11底部的圆形底板12、设置于侧板11顶部的隔热上罩13，并在侧板11、底板12和隔热上罩13间形成光纤环模块的安装腔；底板12与侧板11为一体式结构，整体形成底座，且二者均采用导热性能好的金属材料制成，例如铝；隔热上罩13与底座配合使用，采用隔热性能好的材料，例如环氧酚醛层压玻璃布板。阻止外界温度环境对光纤环模块温度筛选试验的影响。

侧板11上设置有供光纤环模块尾纤穿出的过纤孔111；安装腔内设有放置于底板12上的隔热板14和与侧板11内壁相贴的隔热垫圈15；隔热板14采用刚性隔热材料制成，例如环氧酚醛层压玻璃布板，防止底座通过热传导的方式对光纤环模块进行加热；隔热垫圈15采用柔性隔热材料制成，例如交联聚乙烯泡沫；防止底座通过热辐射和热对流的方式对光纤环模块进行加热。

侧板11的外壁和底板12的下表面均均匀设置有多个大小相同的加热片112；每个加热片112一侧对应设有安装于侧板11外壁或底板12下表面上的铂电阻113；使得铂电阻113和加热片112位置一一对应，加热片112、铂电阻113和精密温控电路2配合使用，实现恒温加热及实时温度的采集。

加热片112和铂电阻113均通过硅橡胶粘接固定于底板12或侧板11上；加热片112及铂电阻113均通过导线与精密温控电路2连接。

精密温控电路2用于控制加热片112、采集铂电阻113的阻值，并根据该阻值计算实时温度，而后输送至工控计算机；精密温控电路由CPU及存储器、温度采集电路、脉冲调宽发生电路和串行接口通信电路等组成。精密温控电路采集铂电阻阻值，通过内部PID控制算法，输出PWM波信号控制加热片按照设定的目标温度加热，实现实时温度的闭环控制。

光纤环模块测试仪连接光纤环模块的尾纤，用于提供光纤环模块产生sagnac效应所需的光信号，该光信号沿光纤环模块中光纤环的正、反两个方向传播，并发生干涉产生干涉信号，光纤环模块测试仪再接收干涉信号依次进行光电转换、信号调理、闭环算法、相位调制及角速率解算，并输出角速率数据。

光纤陀螺测试台采集角速率数据，并对该角速率数据依次进行解帧、数据平滑并通过RS422协议标准输送至工控计算机。

工控计算机用于控制精密温控电路2以及光纤陀螺测试台工作，并显示实时温度及数据平滑后的实时角速率数据，从而反应光纤环模块的零偏及零偏稳定性。

本发明的工作原理：通过精密温控电路结合铂电阻控制加热片温度，进而对底座(即侧板和底板)进行加热，分别在模拟热对流、热辐射和热传导环境下对光纤环模块温度性能进行筛选。具体加热方式如下：

1)去掉隔热垫圈，在底座的底部安装隔热板，光纤环模块放置在隔热板上。对贴覆在侧板外表面的加热片加热，主要通过热辐射和热对流方式实现光纤环模块工作环境的温度场的产生。

2)去掉隔热板，在底座侧壁内侧贴覆隔热垫圈，光纤环模块放置在底座的底板上。对贴在底板下表面的加热片加热，主要通过热传导方式实现光纤环模块工作环境的温度场的产生。

上述的一种光纤环模块温度筛选系统，其工作过程如下：

步骤1)搭建筛选系统：

搭建如上所述一种光纤环模块温度筛选系统，采用直流稳压电源为精密温控电路供电，打开工控计算机中“温度控制软件”，并根据实际情况在工控计算机内设置加热片加热的目标温度；

步骤2)安装光纤环模块：

将光纤环模块放置于所述光纤环模块筛选组件的安装腔内，光纤环模块的光纤环出纤位置指向所述侧板外的任意一个加热片，光纤环模块的尾纤穿过过纤孔连接光纤环模块测试仪；

步骤3)初步调整：

将光纤环模块筛选组件固定于平板上，打开光纤陀螺测试台电源开关，打开工控计算机光纤环模块的性能指标监测软件，调整光纤环模块筛选组件的角度，确保光纤环模块的常温静态零偏及零偏稳定性符合其常温设计指标；即确保精密温控电路和光纤环模块筛选组件的引入不影响光纤环模块精度；整个筛选过程中光纤环模块筛选组件保持位置固定；

步骤4)加温测试：

打开工控计算机中精密温控电路的参数控制软件，控制其中一个加热片加热，精密温控电路采集该加热片一侧铂电阻的阻值，并通过该阻值计算实时温度，然后将实时温度输送至工控计算机，到达目标温度时，保持目标温度，并观察该目标温度下光纤环模块的零偏及零偏稳定性是否达到设计指标；

若不能达到，则该被测光纤环模块不合格，测试结束；

若可达到，进行步骤5)；

其中，加温测试时需满足：

若进行加热的加热片位于侧板上，则加温测试时，去掉隔热垫圈，从而评价热辐射和热对流的热环境下光纤环模块的温度性能；

若进行加热的加热片位于底板上，则加温测试时，去掉隔热板，从而评价热传导的热环境下光纤环模块的温度性能；

该测试时间可根据光纤环模块在惯性导航系统热平衡时间而定；

步骤5)依次关闭光纤陀螺测试台电源、精密温控电路电源、直流稳压电源及精密温控电路，从而停止加热，使光纤环模块筛选组件自然冷却恢复至常温；

步骤6)重复步骤4)和步骤5)遍历测试所有加热片，完成不同加热片通道加温测试工作，若光纤环模块在所有加热片加温测试时均达到设计指标，则被测光纤环模块合格。

Claims (10)

1.一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

包括光纤环模块筛选组件(1)、精密温控电路(2)、光纤环模块测试仪、光纤陀螺测试台、工控计算机；

所述光纤环模块筛选组件(1)包括圆筒状的侧板(11)、设置于侧板(11)底部的圆形的底板(12)、设置于侧板(11)顶部的隔热上罩(13)，并在侧板(11)、底板(12)和隔热上罩(13)间形成光纤环模块的安装腔；所述侧板(11)上设置有供光纤环模块尾纤穿出的过纤孔(111)；所述安装腔内设有放置于底板(12)上的隔热板(14)和与侧板(11)内壁相贴的隔热垫圈(15)；所述侧板(11)的外壁和底板(12)的下表面上均匀设置有多个加热片(112)；每个所述加热片(112)一侧对应设有安装于侧板(11)外壁或底板(12)下表面上的铂电阻(113)；所述加热片(112)及铂电阻(113)均通过导线与精密温控电路(2)连接；所述精密温控电路(2)用于控制加热片(112)、采集铂电阻(113)的阻值，并根据该阻值计算实时温度，而后输送至工控计算机；

所述光纤环模块测试仪连接光纤环模块的尾纤，用于提供光纤环模块产生sagnac效应所需的光信号，该光信号沿光纤环模块中光纤环的正、反两个方向传播，并发生干涉产生干涉信号，光纤环模块测试仪再接收干涉信号依次进行光电转换、信号调理、闭环算法、相位调制及角速率解算，并输出角速率数据；

所述光纤陀螺测试台采集角速率数据，并对该角速率数据依次进行解帧、数据平滑，而后通过RS422协议标准输送至工控计算机；

所述工控计算机用于控制精密温控电路(2)以及光纤陀螺测试台工作，并显示所述实时温度及数据平滑后的实时角速率数据，从而反应光纤环模块的零偏及零偏稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

所述隔热板(14)采用刚性隔热材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

所述隔热板(14)采用环氧酚醛层压玻璃布板制成。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：所述隔热垫圈(15)采用柔性隔热材料制成。

5.根据权利要求4所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

所述隔热垫圈(15)交联聚乙烯泡沫制成。

6.根据权利要求1所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

所述底板(12)与侧板(11)为一体式结构，且二者均采用金属材料制成。

7.根据权利要求6所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

所述底板(12)与侧板(11)均采用铝制成。

8.根据权利要求7所述的一种光纤环模块温度筛选系统，其特征在于：

所述加热片(112)和铂电阻(113)均通过硅橡胶粘接固定。

9.一种光纤环模块温度筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)搭建筛选系统：

搭建如权利要求1至8任一所述一种光纤环模块温度筛选系统，采用直流稳压电源为精密温控电路供电，并在工控计算机内设置加热片加热的目标温度；

步骤2)安装光纤环模块：

将光纤环模块放置于所述光纤环模块筛选组件的安装腔内，光纤环模块的光纤环出纤位置指向所述侧板外的任意一个加热片，光纤环模块的尾纤穿过过纤孔连接光纤环模块测试仪；

步骤3)加温测试：

工控计算机控制其中一个加热片加热，精密温控电路采集该加热片一侧铂电阻的阻值，并通过该阻值计算实时温度，然后将实时温度输送至工控计算机，到达目标温度时，保持目标温度，并观察该目标温度下光纤环模块的零偏及零偏稳定性是否达到设计指标；

若不能达到，则被测光纤环模块不合格，测试结束；

若达到，进行步骤4)；

其中，加温测试时需满足：

若进行加热的加热片位于侧板上，则加温测试时，去掉隔热垫圈；

若进行加热的加热片位于底板上，则加温测试时，去掉隔热板；

步骤4)停止加热，使光纤环模块筛选组件自然冷却恢复至常温；

步骤5)重复步骤3)和步骤4)遍历测试所有加热片，若光纤环模块在所有加热片加温测试时均达到设计指标，则被测光纤环模块合格。

10.根据权利要求9所述的一种光纤环模块温度筛选方法，其特征在于：

在步骤3)之前、步骤2)之后，还包括初步调整步骤：

调整光纤环模块筛选组件的角度，确保光纤环模块的常温静态零偏及零偏稳定性符合其常温设计指标。

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