CN112484752A - 一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置及方法，涉及偏振光学器件测试的技术领域，解决了当前测试手段无法对组装完成的光纤陀螺敏感环路进行完整途径上高精度测试的问题，以及测试动态范围不足的问题，本发明基于光学低相干反射计，构建了完整的光纤陀螺反射特性测试途径，包括光源模块、干涉仪传感臂模块、干涉仪参考臂模块、探测模块、光纤陀螺测试模块及数据采集处理模块，仅由光路部分、数据探测与采集部分三部分组成，稳定性高，保证光纤陀螺反射特性的测试精度；本发明通过在Y波导电极施加调整幅值和频率的方波，抑制干涉光强噪声，结合掺铒光纤放大器放大反射光强度，提升光纤陀螺测试的测试动态范围与测试灵敏度。

Description

一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及偏振光学器件测试的技术领域，更具体地，涉及一种大动态范围 光纤陀螺反射特性测试装置及方法。

背景技术

光纤陀螺敏感环路是二十世纪七十年代发明的一种基于Sagnac效应的非机 械角速度测量仪。其中，干涉型光纤陀螺敏感环路(Interferometric Fiber Optic Gyro，IFOG)具备成本少、体积小、重量轻、功耗低等特色，并且其启动快、 动态范围大、抗腐蚀与噪声能力强、灵敏度高、工作稳定性好、可靠性高。

干涉型光纤陀螺敏感环路能对物体的角速度、角加速度进行精确的测量，在 航空航天领域、军事领域、传感领域等方向具有重要的地位和庞大的应用价值， 其主要的组成部件包括多功能集成光学器件(俗称“Y波导”)和长距离的光纤环， Y波导芯片消光比大小会对光纤陀螺敏感环路随机游走产生影响，光纤环集总消 光比会对光纤陀螺敏感环路整体零漂产生影响，所以现在国内国外对光纤陀螺敏 感环路的性能优化的重要方法就是对构成光纤陀螺敏感环路的Y波导和光纤环 进行测试，通过优化迭代来寻找最佳工艺。

例如，公开号为CN104374410A公布日为2015年2月25日的中国专利中公 开了一种光子带隙光纤陀螺中光纤环熔接点反射的测量装置及方法，实时测量光 纤陀螺中光纤环熔点的反射，能对光路完整的光子带隙光纤陀螺中的光纤环熔点 反射进行测试，但这种传统方法对光纤陀螺反射特性进行测试时，更多的基于传 统光学低想反射计，具有动态范围不足的缺陷，而且无法对组装完成的光纤陀螺 敏感环路进行完整途径上的高精度测试。

发明内容

为解决现有光纤陀螺敏感环路的测试手段无法对组装完成的光纤陀螺敏感 环路进行完整途径上高精度测试的问题，以及测试动态范围不足的问题，本发明 提出一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置及方法，实现大动态范围的对光 纤陀螺的内部焊点与耦合点的位置与反射率进行高精度测量。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，包括：光源模块、干涉仪传感 臂模块、干涉仪参考臂模块、探测模块、光纤陀螺测试模块及数据采集处理模块， 所述光源模块与干涉仪传感臂模块之间设有第一法兰盘，光源模块通过第一法兰 盘连接干涉仪传感臂模块，向干涉仪传感臂模块提供输入光，干涉仪传感臂模块 的第一传感臂输出端b连接干涉仪参考臂模块，输入光的一部分A输入至干涉 仪参考臂模块作为参考信号，干涉仪传感臂模块的第一传感臂双向端a连接光纤 陀螺测试模块，输入光的另一部分B通过第一传感臂双向端a传输至光纤陀螺测 试模块，在光纤陀螺测试模块内形成反射信号，反射信号通过第一传感臂双向端 a返回干涉仪传感臂模块形成测试信号；测试信号与参考信号发生干涉后形成反 射峰干涉信号；干涉仪传感臂模块的第二传感臂输出端c及干涉仪参考臂模块的 第一参考臂输出端d均与探测模块的输入端e连接，将反射峰干涉信号传输至探 测模块，探测模块对反射峰干涉信号进行解调，得到反射信号对应的反射强度和 反射点位置信息后，传输至数据采集处理模块进行分析处理。

优选地，所述光源模块包括光源驱动电路、SLD光源和隔离器，所述光源 驱动电路通过串口线与SLD光源连接，SLD光源与隔离器相连。

优选地，所述干涉仪传感臂模块包括第一耦合器、第一输出上臂、第一输出 下臂、环形器、第二法兰盘、环形器第一端、环形器第二端、第三法兰盘、环形 器第三端、第四法兰盘、掺铒光纤放大器、第一上准直镜、第二上准直镜、反射 镜、第五法兰盘及第六法兰盘；第一耦合器通过第一法兰盘与SLD光源相连， 环形器第一端和第一输出上臂通过第二法兰盘相连；环形器第二端通过第三法兰 盘与光纤陀螺测试模块相连；环形器第三端和掺铒光纤放大器通过第四法兰盘相 连，掺铒光纤放大器和第一上准直镜通过第五法兰盘相连，第二上准直镜通过第 六法兰盘连接探测模块的输入端e。

优选地，所述干涉仪参考臂模块包括第一下准直镜、第二下准直镜、第七法 兰盘、第八法兰盘及配长光纤，所述第一下准直镜通过第七法兰盘连接第一输出 下臂，第二下准直镜连接配长光纤，配长光纤通过第八法兰盘连接探测模块的输 入端e。

优选地，所述探测模块包括第二耦合器、第二输出上臂、第二输出下臂、第 一探测器、第二探测器、第九法兰盘及第十法兰盘，所述第二耦合器依次通过探 测模块的输入端e、第六法兰盘连接第二上准直镜，所述第二耦合器依次通过探 测模块的输入端e、第八法兰盘连接配长光纤；第二耦合器的第一输出上臂通过 第九法兰盘与第一探测器相连，第二耦合器的第二输出下臂通过第十法兰盘(16) 与第二探测器相连。

优选地，所述光纤陀螺测试模块包括数字示波器、第三耦合器、第十一法兰 盘、输入尾纤、Y波导、Y波导正电极、Y波导负电极、光纤敏感环及信号发生 器，第三耦合器一端分别连接干涉仪传感臂模块及数字示波器，另一端依次通过 第十一法兰盘、输入尾纤与Y波导相连；Y波导与光纤环的两端通过尾纤焊接 相连，信号发生器通过电线分别连接Y波导正电极与Y波导负电极。

优选地，所述数据采集处理模块包括数据采集卡、上位机及连接线组成，数 据采集卡通过电导线与探测模块相连，数据采集卡通过连接线与上位机相连，所 述连接线为串口线。

本发明还提出一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试方法，所述方法基于上 述大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置实现，包括：

S1.搭建大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置；

S2.确定干涉仪参考臂模块(3)与干涉仪传感臂模块(2)、光纤陀螺测试 模块(5)的光纤长度差ΔS，以及光纤陀螺测试模块内光纤陀螺至Y波导的长 度S₁；

S3.确定Y波导反射点所需匹配光纤的长度S₂，截取匹配光纤，将匹配光纤 和光纤陀螺连接；

S4.调试信号发生器发生方波的幅值和频率；

S5.观察光纤陀螺反射峰测试数据的动态范围，测试调整掺铒光纤放大器的 增益倍数，放大信号光强度；

S6.判断光纤陀螺反射峰测试数据的动态范围是否达到最大上限值，若是， 保存反射峰测试数据，否则返回步骤S5，重新调整掺铒光纤放大器的增益倍数；

S7.将光纤陀螺换成一段跳线，跳线端面切平后浸入水中，记录跳线端面反 射的测试结果用于标定；

S8.比对标定结果和光纤陀螺测试结果，计算光纤陀螺内部反射点反射率；

S9.测试结束。

在此，通过掺铒光纤放大器可以放大反射光的强度，可以解决传统低相干反 射计测试光纤陀螺动态范围不足的问题，实现对光纤陀螺反射特性的大动态范围 测试。

优选地，Y波导反射点所需匹配光纤的长度S₂满足：

S₂＝ΔS+S₁

优选地，步骤S4所述调试信号发生器发生方波的幅值和频率的过程包括：

S41.利用信号发生器在Y波导正电极及Y波导负电极上发生方波；

S42.将方波幅度调整为Y波导的半波电压，频率调整为本征频率进行测试；

S43.采用数字示波器观察光纤敏感环返回光信号波形的形状；

S44.判断返回光信号波形是否为直线且幅值满足：|F-0|＜ε，若是，执行步骤 S5；否则，返回步骤S41，调整发生方波的幅值和频率重新进行方波发生，其中， F表示返回光信号的幅值，ε表示足够小的正数。

在此，通过外加信号发生器在Y波导正电极和Y波导负电极上加上方波， 幅值为Y波导的半波电压，频率为本征频率，使光纤陀螺处于零相位状态，抑 制了返回干涉信号光强度噪声。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出了一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置及方法，基于光学 低相干反射计，构建了完整的光纤陀螺反射特性测试途径，所述装置包括光源模 块、干涉仪传感臂模块、干涉仪参考臂模块、探测模块、光纤陀螺测试模块及数 据采集处理模块，即仅由光路部分、数据探测与采集部分三部分组成，稳定性高， 保证光纤陀螺反射特性的测试精度，另外本发明基于大动态范围光纤陀螺反射特 性测试装置提出的方法通过在Y波导电极施加调整幅值和频率的方波，抑制干 涉光强度噪声，并结合掺铒光纤放大器放大反射光强度，可以有效地提升光纤陀 螺测试的测试动态范围与测试灵敏度，实现对光纤陀螺内部任意长度区间的测 量，测试动态范围广。

附图说明

图1为本发明实施例中提出的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置的结构连接图；

图2表示本发明实施例中提出的基于光源模块、干涉仪传感臂模块、干涉仪参考臂模块及探测模块形成的低相干反射光路原理结构图；

图3表示本发明实施例中提出的光纤陀螺测试模块内光纤陀螺的结构图；

图4表示本发明实施例中提出的大动态范围光纤陀螺反射特性测试方法的流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实 际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理 解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置的结构连接图，包括： 光源模块1、干涉仪传感臂模块2、干涉仪参考臂模块3、探测模块4、光纤陀螺 测试模块5及数据采集处理模块6，光源模块1与干涉仪传感臂模块2之间设有 第一法兰盘7，光源模块1通过第一法兰盘7连接干涉仪传感臂模块2，向干涉 仪传感臂模块2提供输入光，干涉仪传感臂模块2的第一传感臂输出端b连接干 涉仪参考臂模块3，输入光的一部分A输入至干涉仪参考臂模块3作为参考信号， 干涉仪传感臂模块2的第一传感臂双向端a连接光纤陀螺测试模块5，输入光的 另一部分B通过第一传感臂双向端a传输至光纤陀螺测试模块5，在光纤陀螺测 试模块5内形成反射信号，反射信号通过第一传感臂双向端a返回干涉仪传感臂 模块2形成测试信号；测试信号与参考信号发生干涉后形成反射峰干涉信号；干 涉仪传感臂模块2的第二传感臂输出端c及干涉仪参考臂模块3的第一参考臂输 出端d均与探测模块4的输入端e连接，将反射峰干涉信号传输至探测模块4， 探测模块4对反射峰干涉信号进行解调，得到反射信号对应的反射强度和反射点 位置信息后，传输至数据采集处理模块6进行分析处理。

在本实施例中，具体的，基于上述光源模块1、干涉仪传感臂模块2、干涉 仪参考臂模块3、探测模块4形成的低相干反射光路原理结构图如图2所示，其 中光源模块1包括光源驱动电路101、SLD光源102和隔离器103，光源驱动电 路101通过串口线与SLD光源102连接，SLD光源102与隔离器103相连。

干涉仪传感臂模块2包括第一耦合器201、第一输出上臂203、第一输出下 臂202、环形器205、第二法兰盘8、环形器第一端204、环形器第二端206、第 三法兰盘9、环形器第三端207、第四法兰盘10、掺铒光纤放大器208、第一上 准直镜210、第二上准直镜211、反射镜209、第五法兰盘11及第六法兰盘12； 第一耦合器201通过第一法兰盘7与SLD光源102相连，环形器第一端204和 第一输出上臂203通过第二法兰盘8相连；环形器第二端206通过第三法兰盘9 与光纤陀螺测试模块5相连；环形器第三端207和掺铒光纤放大器208通过第四 法兰盘10相连，掺铒光纤放大器208和第一上准直镜210通过第五法兰盘11相 连，第二上准直镜211通过第六法兰盘12连接探测模块4的输入端e，SLD光 源102提供输入光通过第一耦合器201后，一部分的输入光经过第一耦合器、第 一输出上臂203进入环形器205中，输出光通过环形器第二端206输出到待测器 件705中，在反射端面703处发生反射，形成反射信号702。

反射信号702通过环形器第三端207输入到干涉仪测试臂中，形成测试信号 704；SLD光源102提供输入光通过第一耦合器201后，另一部分的输入光经过 第一耦合器201、第一输出下臂202进入干涉仪参考臂中作为参考信号705。

参见图3，所干涉仪参考臂模块3包括第一下准直镜301、第二下准直镜302、 第七法兰盘13、第八法兰盘14及配长光纤303，所述第一下准直镜301通过第 七法兰盘13连接第一输出下臂202，第二下准直镜302连接配长光纤303，配长 光纤303通过第八法兰盘14连接探测模块4的输入端e，探测模块4包括第二 耦合器401、第二输出上臂402、第二输出下臂403、第一探测器404、第二探测 器405、第九法兰盘15及第十法兰盘16，第二耦合器401依次通过探测模块4 的输入端e、第六法兰盘12连接第二上准直镜211，第二耦合器401依次通过探 测模块4的输入端e、第八法兰盘14连接配长光纤303；第二耦合器401的第一 输出上臂402通过第九法兰盘15与第一探测器404相连，第二耦合器401的第 二输出下臂403通过第十法兰盘16与第二探测器405相连。

结合图2，具体的，测试信号704输入第一上准直镜210中，经由反射镜209 反射后由第二上准直镜2211接收输入至耦合器连接光纤706中；参考信号705 输入第一下准直镜301中，经由反射镜209反射后由第一下准直镜302接收输入 至耦合器连接光纤707中，通过改变反射镜209的位置，匹配光程使测试信号 704与参考信号705可以发生干涉，通过第二耦合器401后形成反射峰干涉信号 708，反射峰干涉信号708通过第一探测器404、第二探测器405接收，通过对 反射峰干涉信号708进行解调即可获取反射信号704承载的反射强度和反射点位 置等信息。

在本实施例中，所述光纤陀螺测试模块5包括数字示波器501、第三耦合器 502、第十一法兰盘17、输入尾纤503、Y波导504、Y波导正电极505、Y波导 负电极506、光纤敏感环507及信号发生器508，第三耦合器502一端分别连接 干涉仪传感臂模块2及数字示波器501，另一端依次通过第十一法兰盘17、输入 尾纤503与Y波导504相连；Y波导504与光纤环507的两端通过尾纤焊接相 连，信号发生器508通过电线分别连接Y波导正电极505与Y波导负电极506， 数据采集处理模块6包括数据采集卡601、上位机602及连接线603组成，数据采集卡601通过电导线与探测模块4相连，数据采集卡601通过连接线603与上 位机602相连，所述连接线603为串口线。

基于光纤陀螺测试模块5的具体组成，光纤陀螺测试模块5内的光纤陀螺结 构如图3所示，由输入尾纤503、Y波导504、Y波导正电极505、Y波导负电 极506、第一输出尾纤、第二输出尾纤和光纤环502组成。

光纤陀螺内部器件Y波导504的反射点包括Y波导芯片反射，Y波导输入 耦合点720、Y波导正向耦合点721、Y波导反向耦合点722，这些反射点在有 光注入的时候会形成瑞利反射信号。

光纤陀螺内部光纤缺陷点包括Y波导与光纤环焊点723、Y波导与光纤环焊 点724，这些缺陷点在有光注入的时候会形成反射信号；光纤陀螺存在着顺时针 传输的正向传输光725和逆时针传输的反向传输光726，缺陷点的反射信号会和 正向传输光725与反向传输光726一起被低相干反射装置接收，正向传输光725 与反向传输光726之间相干涉形成一定相位差的干涉信号，其幅度远大于反射点 的反射强度，会形成干涉信号得强度光噪声降低低相干反射装置的测试动态范 围。

本发明还提出一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试方法，所述方法基于上 述大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置实现，包括：

S1.搭建大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置；具体的在部件选取上，SLD 光源102选取中心波长为1550nm±20nm，谱宽≥40nm的宽谱光源；隔离器103 选取中心波长为1550nm，回损>55dB的单模光纤隔离器，第一耦合器201选用 分光比为1:99，工作波长为1550nm的单模耦合器，第二耦合器401选用分光比 为50:50，工作波长为1550nm的单模耦合器，环形器202选用工作波长为1550nm 的三口环形器，其工作方式为环形器第一端204注入的光会从环形器第二端206 输出，环形器第二端注入的光会从环形器第三端207输出，第一探测器404和第 二探测器405的工作波长都为1550nm，数据采集卡601选用一般的8bit的A/D 转换电路，上位机602选用通用计算机，操作系统为window系统；第一下准直 镜301、第二下准直镜308、第一上准直镜203、第二上准直镜211和反射镜204 共同组成了光学扫描延迟线，其扫描长度为200mm，扫描速度为20mm/s的光纤 长度，其工作方式为由第一上准直镜203和第一下准直镜301注入的干涉仪上臂 和下臂的输入光通过反射镜204进行光程补偿后输出，输出光由第二上准直镜 211和第二下准直镜308接收；所有的法兰盘均采用FC/APC接口的法兰盘，且 所有的连接光纤均采用单模光纤，使用的电线均采用普通的铜芯聚氯乙烯绝缘电 线。

S2.确定干涉仪参考臂模块(3)与干涉仪传感臂模块(2)、光纤陀螺测试 模块(5)的光纤长度差ΔS，以及光纤陀螺测试模块5内光纤陀螺至Y波导504 的长度S₁；

S3.确定Y波导504反射点所需匹配光纤的长度S₂，截取匹配光纤，将匹配 光纤和光纤陀螺连接，Y波导504反射点所需匹配光纤的长度S₂满足：

S₂＝ΔS+S₁

S4.调试信号发生器508发生方波的幅值和频率；调试信号发生器508发生 方波的幅值和频率的过程包括：

S41.利用信号发生器508在Y波导正电极505及Y波导负电极506上发生 方波；

S42.将方波幅度调整为Y波导504的半波电压，频率调整为本征频率进行测 试；

S43.采用数字示波器501观察光纤敏感环507返回光信号波形的形状；

S44.判断返回光信号波形是否为直线且幅值满足：|F-0|＜ε，若是，执行步骤 S5；否则，返回步骤S41，调整发生方波的幅值和频率重新进行方波发生，其中， F表示返回光信号的幅值，ε表示足够小的正数，此时用ε表示的意义在于表达 幅值无限接近于0；

S5.观察光纤陀螺反射峰测试数据的动态范围，测试调整掺铒光纤放大器的 增益倍数，放大信号光强度；

S6.判断光纤陀螺反射峰测试数据的动态范围是否达到最大上限值，若是， 保存反射峰测试数据，否则返回步骤S5，重新调整掺铒光纤放大器(208)的增 益倍数；

S7.将光纤陀螺换成一段跳线，跳线端面切平后浸入水中，记录跳线端面反 射的测试结果用于标定；在本实施例中，具体的过程为：标定的装置由单模跳线、 容器和纯净水组成，标定时，单模跳线的尾部光纤端面经过切割后，尽量保持端 面平整置入容器中，容器内部装有纯净水，其反射率为2‰左右。端面在纯净水 中会形成端面反射信号，纯净水反射率2‰，对应的反射强度为-27dB，其测试 结果为一个标准值，其可以用于对光纤陀螺的测试结果的标定。

S8.比对标定结果和光纤陀螺测试结果，计算光纤陀螺内部反射点反射率；

S9.测试结束。

Y波导504内存在Y波导正电极505和Y波导负电极506，使用信号发生 器通过在两个电极上施加方波，幅度为Y波导的半波电压，频率为本征频率， 可以将光纤陀螺正向传输光725和反向传输光726之间的相位差调制为半波电 压，相位相差π/2，此时陀螺处于零相位状态，此时现两束光干涉相消，去除正 向传输光725和反向传输光726对低相干装置的影响，提升测试动态范围，再通 过对消除传输光的反射信号进行放大，提升反射信号强度。

基于大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置的总体的光路过程为：首先SLD 光源102注入一束1550nm的宽谱光作为输入光，输入光通过第一耦合器201， 1％的输入光进入干涉仪传感臂模块2，通过环形器第一端204进入待测光纤陀螺 中，待测光纤陀螺内部存在反射点，输入光经过反射后形成反射信号通过环形器 第三端207进入光程补偿模块中，另一束99％输入光进入干涉仪参考臂模块3 注入光程补偿模块中，光程补偿模块将上臂和下臂的输入光之间的光程差利用空 间光路进行补偿，使得上臂反射光和下臂输入光光程一致产生干涉，形成反射干 涉信号，干涉信号通过第二耦合器401后平均地由第一探测器402和第二探测器 403接收并进行信号差分，差分后的干涉信号由数据采集卡601进行采集，由上 位机602进行数据处理，解调干涉信号，获取反射点的位置的反射强度，上述过 程通过对干涉仪形成的光纤陀螺内部反射信号进行解调来获取光纤陀螺内部Y 波导与焊点的反射强度，进行标定即可获得光纤陀螺内部Y波导与焊点反射率。 在测试时，采用信号发生器给光纤陀螺Y波导的电极加上方波，幅值为Y波导 的半波电压，频率为本征频率，可以将干涉信号强度噪声消除，提升测试动态范 围。

测试的基本原理为：

光纤陀螺在注光后形成的干涉光信号的表达式为：

I_out＝I₀·[1+cos(φ_s+φ_b+φ_m)]；

其中，I_out表示干涉光信号；I₀为未加调制的输出光强；φ_s为Sagnac相移； φ_b为偏置相移；φ_m相位漂移。

此外，光纤陀螺存在内部的反射点，假定其中一个反射点的反射率为α，则 反射形成的干涉信号的表达式为

其中，I₁表示反射 形成的干涉信号；I_上表示上臂信号；I_下表示下臂信号；由于直流量不响应，直 接考虑交流量。

由于整个反射特性装置采用的是99:1的耦合器，因此I_上＝0.99·I₀·α, I_下＝0.01·I₀，在软件中识别的干涉信号的幅值进行对数变化。

在通常测试时，装置形成的测试信号的动态范围为：

其中，D₁表示测试信号的动态范围；由于光纤陀螺的反射率很小，此时， 系统的动态范围极大的被作为系统底噪的I_out所限制。

通过采用信号发生器进行方波发生，幅值为半波电压，频率为本征频率，此 时，由于光纤陀螺本身不存在加速度，φ_s＝0，通过调整方波的发生，使得 φ_b+φ_m＝π/2，此时I_out＝I₀，因此测试信号的动态范围变为：

此时，D₂>D₁，动态范围有所增长，然后，通过采用掺铒光纤放大器进行 反射信号的放大，这时的测试信号动态范围变为：

可见，在合适的放大倍数n下，D₃>D₂，此时根据上述理论，使用本装置 及其相应的测试方法，可以获取高动态范围的测试数据。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限 制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非 是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明 的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施 方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进 等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，包括：光源模块(1)、干涉仪传感臂模块(2)、干涉仪参考臂模块(3)、探测模块(4)、光纤陀螺测试模块(5)及数据采集处理模块(6)，所述光源模块(1)与干涉仪传感臂模块(2)之间设有第一法兰盘(7)，光源模块(1)通过第一法兰盘(7)连接干涉仪传感臂模块(2)，向干涉仪传感臂模块(2)提供输入光，干涉仪传感臂模块(2)的第一传感臂输出端b连接干涉仪参考臂模块(3)，输入光的一部分A输入至干涉仪参考臂模块(3)作为参考信号，干涉仪传感臂模块(2)的第一传感臂双向端a连接光纤陀螺测试模块(5)，输入光的另一部分B通过第一传感臂双向端a传输至光纤陀螺测试模块(5)，在光纤陀螺测试模块(5)内形成反射信号，反射信号通过第一传感臂双向端a返回干涉仪传感臂模块(2)形成测试信号；测试信号与参考信号发生干涉后形成反射峰干涉信号；干涉仪传感臂模块(2)的第二传感臂输出端c及干涉仪参考臂模块(3)的第一参考臂输出端d均与探测模块(4)的输入端e连接，将反射峰干涉信号传输至探测模块(4)，探测模块(4)对反射峰干涉信号进行解调，得到反射信号对应的反射强度和反射点位置信息后，传输至数据采集处理模块(6)进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，所述光源模块(1)包括光源驱动电路(101)、SLD光源(102)和隔离器(103)，所述光源驱动电路(101)通过串口线与SLD光源(102)连接，SLD光源(102)与隔离器(103)相连。

3.根据权利要求2所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，所述干涉仪传感臂模块(2)包括第一耦合器(201)、第一输出上臂(203)、第一输出下臂(202)、环形器(205)、第二法兰盘(8)、环形器第一端(204)、环形器第二端(206)、第三法兰盘(9)、环形器第三端(207)、第四法兰盘(10)、掺铒光纤放大器(208)、第一上准直镜(210)、第二上准直镜(211)、反射镜(209)、第五法兰盘(11)及第六法兰盘(12)；第一耦合器(201)通过第一法兰盘(7)与SLD光源(102)相连，环形器第一端(204)和第一输出上臂(203)通过第二法兰盘(8)相连；环形器第二端(206)通过第三法兰盘(9)与光纤陀螺测试模块(5)相连；环形器第三端(207)和掺铒光纤放大器(208)通过第四法兰盘(10)相连，掺铒光纤放大器(208)和第一上准直镜1(210)通过第五法兰盘(11)相连，第二上准直镜(211)通过第六法兰盘(12)连接探测模块(4)的输入端e。

4.根据权利要求3所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，所述干涉仪参考臂模块(3)包括第一下准直镜(301)、第二下准直镜(302)、第七法兰盘(13)、第八法兰盘(14)及配长光纤(303)，所述第一下准直镜(301)通过第七法兰盘(13)连接第一输出下臂(202)，第二下准直镜(302)连接配长光纤(303)，配长光纤(303)通过第八法兰盘(14)连接探测模块(4)的输入端e。

5.根据权利要求4所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，所述探测模块(4)包括第二耦合器(401)、第二输出上臂(402)、第二输出下臂(403)、第一探测器(404)、第二探测器(405)、第九法兰盘(15)及第十法兰盘(16)，所述第二耦合器(401)依次通过探测模块(4)的输入端e、第六法兰盘(12)连接第二上准直镜(211)，所述第二耦合器(401)依次通过探测模块(4)的输入端e、第八法兰盘(14)连接配长光纤(303)；第二耦合器(401)的第一输出上臂(402)通过第九法兰盘(15)与第一探测器(404)相连，第二耦合器(401)的第二输出下臂(403)通过第十法兰盘(16)与第二探测器(405)相连。

6.根据权利要求5所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，所述光纤陀螺测试模块(5)包括数字示波器(501)、第三耦合器(502)、第十一法兰盘(17)、输入尾纤(503)、Y波导(504)、Y波导正电极(505)、Y波导负电极(506)、光纤敏感环(507)及信号发生器(508)，第三耦合器(502)一端分别连接干涉仪传感臂模块(2)及数字示波器(501)，另一端依次通过第十一法兰盘(17)、输入尾纤(503)与Y波导(504)相连；Y波导(504)与光纤环(507)的两端通过尾纤焊接相连，信号发生器(508)通过电线分别连接Y波导正电极(505)与Y波导负电极(506)。

7.根据权利要求6所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置，其特征在于，所述数据采集处理模块(6)包括数据采集卡(601)、上位机(602)及连接线(603)组成，数据采集卡(601)通过电导线与探测模块(4)相连，数据采集卡(601)通过连接线(603)与上位机(602)相连，所述连接线(603)为串口线。

8.一种大动态范围光纤陀螺反射特性测试方法，所述方法基于权利要求6所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置实现，其特征在于，包括：

S1.搭建大动态范围光纤陀螺反射特性测试装置；

S2.确定干涉仪参考臂模块(3)与干涉仪传感臂模块(2)、光纤陀螺测试模块(5)的光纤长度差ΔS，以及光纤陀螺测试模块(5)内光纤陀螺至Y波导(504)的长度S₁；

S3.确定Y波导(504)反射点所需匹配光纤的长度S₂，截取匹配光纤，将匹配光纤和光纤陀螺连接；

S4.调试信号发生器(508)发生方波的幅值和频率；

S5.观察光纤陀螺反射峰测试数据的动态范围，测试调整掺铒光纤放大器的增益倍数，放大信号光强度；

S6.判断光纤陀螺反射峰测试数据的动态范围是否达到最大上限值，若是，保存反射峰测试数据，否则返回步骤S5，重新调整掺铒光纤放大器(208)的增益倍数；

S7.将光纤陀螺换成一段跳线，跳线端面切平后浸入水中，记录跳线端面反射的测试结果用于标定；

S8.比对标定结果和光纤陀螺测试结果，计算光纤陀螺内部反射点反射率；

S9.测试结束。

9.根据权利要求8所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试方法，其特征在于，Y波导(504)反射点所需匹配光纤的长度S₂满足：

S₂＝ΔS+S₁。

10.根据权利要求9所述的大动态范围光纤陀螺反射特性测试方法，其特征在于，步骤S4所述调试信号发生器(508)发生方波的幅值和频率的过程包括：

S41.利用信号发生器(508)在Y波导正电极(505)及Y波导负电极(506)上发生方波；

S42.将方波幅度调整为Y波导(504)的半波电压，频率调整为本征频率进行测试；

S43.采用数字示波器(501)观察光纤陀螺返回光信号波形的形状；

S44.判断返回光信号波形是否为直线且幅值满足：|F-0|＜ε，若是，执行步骤S5；否则，返回步骤S41，调整发生方波的幅值和频率重新进行方波发生，其中，F表示返回光信号的幅值，ε表示足够小的正数。

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