CN113238134A - 一种光纤电流传感器用sld光源组件的筛选测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，包括：带电老化试验装置、温度老化试验装置、光学参数测试装置和上位机筛选测试系统；上位机筛选测试系统分别与带电老化试验装置、温度老化试验装置和光学参数测试装置连接通讯，以控制所述带电老化试验装置、温度老化试验装置和光学参数测试装置对1个或多个待筛选的SLD光源组件进行带电老化试验、热应力老化试验和光学参数测试试验中任选一个或多个组合试验，并依据试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。本发明方法简单，适用于工业生产中批量的老化筛选、可靠性预测和寿命试验。

Description

一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统及方法
技术领域
本发明属于半导体光源的性能检测技术领域，具体涉及一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，还涉及一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试方法。
背景技术
超辐射发光二极管(Superluminescent Diode，简称SLD)是一种半导体光源，将超辐射发光二极管与热稳定装置和/或输出光功率的监控装置和尾纤/缆等组成的光源组件称之为SLD光源组件。SLD光源组件是光纤电流传感器的核心器件之一，具有宽输出光谱、窄光束发散角和短相干长度的特点，从而可以在光纤电流传感器中获得较高信噪比的干涉信号。
在光纤电流传感器中，SLD光源组件的输出光功率、光谱参数（包括平均波长和-3dB光谱宽度）是影响光纤电流传感器性能的关键因素。经过相关的理论分析和试验验证，研究结果表明SLD光源组件的输出光功率参数影响了传感器的信噪比，平均波长和-3dB光谱宽度的稳定性影响了传感器测量准确度。
然而在工程应用中，随着光纤电流传感器的长时间的连续工作运行，复杂的现场环境使得SLD光源组件的可靠性度降低，光源光功率出现持续衰减，波长、偏振度等主要技术参数也同时出现漂移，严重影响了传感器的稳定性和可靠性性能。因而有必要对市场上现有的SLD光源组件进行充分地筛选测试，剔除掉经过出厂检验后仍存在缺陷的SLD光源组件，提升SLD光源组件的可靠性。
目前，SLD光源组件的老化试验可通过对SLD光源组件施加热应力、电应力或二者同时施加。其中，由于电应力方式即带电老化试验对SLD光源组件的驱动系统和电参数监测系统要求较高，属于一种实验室的老化方案，还未实现产业化、批量化筛选检测。因而，目前多采用温度老化试验方案，仅对SLD光源组件的光功率参数进行了筛选检测，忽略了光谱参数（包括平均波长和-3dB光谱宽度）的测试。此外，由于多个SLD光源组件的光功率和光谱参数需要进行测试，而且光功率计和光谱分析仪的价格高昂，严重制约了一次筛选过程中SLD光源的筛选数量，筛选效率低。
面对光纤电流传感器的高可靠性应用要求和批量化快速筛选测试需求，需要发明一种用于光纤电流传感器的SLD光源组件的筛选测试系统，包括相应的测试装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，对SLD光源组件进行带电老化试验、热应力老化试验和光学参数测试试验中任选一个或多个组合试验，并依据试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案。
第一方面，本发明提供了一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，包括：带电老化试验装置、温度老化试验装置、光学参数测试装置和上位机筛选测试系统；
所述带电老化试验装置，用于对SLD光源组件加载驱动电流和温控电流进行带电老化试验，并同时监测驱动电流、温控电流和管芯温度数据；
所述温度老化试验装置，用于对SLD光源组件进行热应力老化试验；
所述光学参数测试装置，用于对SLD光源组件进行光学参数测试试验，同时监测输出光功率、平均波长和光谱宽度参数数据；
所述上位机筛选测试系统分别与带电老化试验装置、温度老化试验装置和光学参数测试装置连接通讯，用于控制带电老化试验装置、温度老化试验装置和光学参数测试装置对待筛选的SLD光源组件进行任一或者组合试验，并采集试验过程中的监测数据以判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
可选的，所述带电老化试验装置包括多通道SLD光源驱动电路，SLD光源电参数监测电路和SLD光源老化试验工装，进行带电老化试验时，将SLD光源组件固定在SLD光源老化试验工装上，控制多通道SLD光源驱动电路对SLD光源组件加载驱动电流或温控电流，并同时启动SLD光源电参数监测电路对SLD光源组件的驱动电流、温控电流和管芯温度进行实时监测。
可选的，所述温度老化试验装置为高温试验箱、低温试验箱或高低温试验箱。
可选的，所述光学参数测试装置包括多通道光开关，光纤耦合器，光功率计和光谱分析仪，进行光学参数测试过程时，控制多通道光开关器件将多个SLD光源组件的输出光信号进行选通输出，再经过光纤耦合器将待测SLD光源组件的输出光信号，分别传输给光功率计和光谱分析仪以对SLD光源组件的输出光功率、平均波长和光谱参数进行监测。
可选的，所述光学参数测试装置还包括消光比测试仪，用于监测SLD光源组件的消光比参数。
可选的，所述装置能够对多个待筛选的SLD光源组件同时进行试验。
第二方面，基于上述的筛选测试系统，本发明还提供了一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试方法，包括以下过程：
对待筛选的SLD光源组件进行带电老化试验、热应力老化试验和光学参数测试试验中任一个或多个组合试验，并采集试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
可选的，还包括：对待筛选的SLD光源组件进行老炼试验，并采集试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
可选的，还包括，对待筛选的SLD光源组件进行温循老化试验，并采集试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
可选的，所述待筛选的SLD光源组件为多个，所述多个待筛选的SLD光源组件同时进行试验。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供了SLD光源组件的批量化筛选测试系统，对SLD光源组件进行带电老化试验、热应力老化试验和光学参数测试试验中任选一个或多个组合试验，并依据试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准，适用于工业生产中批量的老化筛选、可靠性预测和寿命试验。
附图说明
图1为SLD光源组件的筛选测试系统装置示意图；
图2为SLD光源组件的筛选测试系统方案图；
图3为SLD光源组件的带电老化试验装置示意图；
图4为SLD光源组件的带电老化试验工作流程示意图；
图5为SLD光源组件的光学参数测试装置；
图6为上位机筛选测试系统工作流程示意图；
图7为多通道SLD光源组件高/低温储存老化试验方案；
图8为多通道SLD光源组件高温+电流老炼试验方案；
图9为多通道SLD光源组件温循老化试验方案；
图10为多通道SLD光源组件光学参数测试装置方案一；
图11为多通道SLD光源组件光学参数测试装置方案二。
图1中附图标记：
1、SLD光源组件；
2、带电老化试验装置；2-1、多通道SLD光源驱动电路；2-2、SLD光源电参数监测电路；2-3、SLD光源老化试验工装；
3、温度老化试验装置；
4、光学参数测试装置；4-1、多通道光开关，4-2、光纤耦合器，4-3、光4-4、功率计和光谱分析仪；
5、上位机筛选测试系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，结构如图1所示。包括带电老化试验装置2、温度老化试验装置3、光学参数测试装置4和上位机筛选测试系统5；
如图2所示，筛选测试系统的工作流程为：在上位机筛选测试系统5控制下，将1个或者多个待筛选的SLD光源组件1放置在带电老化试验装置2中进行带电老化，并同时通过控制温度老化试验装置3对1个或者多个待筛选的SLD光源组件1进行高温老化，控制带电老化试验装置2和光学参数测试装置4对1个或者多个SLD光源组件1的电参数进行实时监测和输出光功率参数和光谱参数等光学参数进行周期性测量，依据筛选（测量）过程中的实时监测数据和周期性测量结果判断是否符合SLD光源筛选标准，依据判断结果选择继续老化或者结束筛选。
筛选的结果有两个：1）筛选出合格的SLD光源组件；2）依据SLD光源筛选标准，直接剔除或者是经过几次的老化后再剔除的不合格SLD光源组件。此外，进行继续老化的SLD光源组件是不满足SLD光源组件筛选标准，但还未达到直接剔除要求（比如不合格次数）。
带电老化试验装置2的结构参见图3所示，带电老化试验装置2包括多通道SLD光源驱动电路2-1，SLD光源电参数监测电路2-2和SLD光源老化试验工装2-3，具体带电老化试验装置2进行带电老化试验过程如图4所示，将待进行带电老化试验的一个或多个SLD光源组件1固定在SLD光源老化试验工装2-3上，通过上位机筛选测试系统5控制多通道SLD光源驱动电路2-1对SLD光源组件1加载驱动电流，并同时启动SLD光源电参数监测电路2-2对SLD光源组件1的驱动电流、温控电流（温控电流启动的时候）和管芯温度进行实时监测。在进行带电老化试验过程中，需要通过上位机筛选测试系统5控制关闭SLD光源组件1的温控电流；当进行测量SLD光源组件的光学参数时，控制打开并加载温控电流，使SLD光源组件1的管芯工作在恒温环境。
温度老化试验装置3，用于对SLD光源组件1进行热应力老化试验，温度老化试验装置3可采用现有技术中的高温试验箱、低温试验箱和高低温试验箱，可根据热应力老化试验方案选择合适的高温试验箱或低温试验箱设备。
光学参数测试装置4的结构参见图5所示，光学参数测试装置4包括多通道光开关4-1，光纤耦合器4-2，光功率计4-3和光谱分析仪4-4。利用光学参数测试装置4进行光学参数测试试验过程为：通过上位机筛选测试系统5控制多通道光开关器件4-1将1个或多个SLD光源组件1的输出光信号进行选通输出，再经过光纤耦合器4-2，将待测SLD光源组件的输出光信号同时传输给光功率计4-3和光谱分析仪4-4，并对SLD光源组件1的输出光功率、平均波长和光谱参数进行数据分析，从而实现对多个SLD光源组件1的光学参数测试。
上位机筛选测试系统5的工作流程参见图6所示，通过与带电老化试验装置2、温度老化试验装置3和光学参数测试装置4的通讯，既实现了对SLD光源组件1的带电老化和温度老化试验，可实时监测SLD光源组件1的驱动电流、温控电流和管芯温度，也实现了对老化过程中SLD光源组件1的输出光功率和平均波长与-3dB光谱宽度的周期性测量。此外，通过对光学参数测试装置4中多通道光开关4-1的调节，可实现对多个SLD光源组件1的光学参数测量。
实施例2：多通道SLD光源组件高/低温储存老化试验
SLD光源组件的高/低温储存老化试验是将SLD光源组件放置在高温或低温环境中储存一段时间，因而需要选择本发明中的温度老化试验装置3，可设定为高温试验箱或低温试验箱。由于不需要进行带电老化试验，因此在进行高/低温储存老化试验时，可控制关闭带电老化试验装置2的驱动电流和温控电流，并对SLD光源组件的管芯温度进行实时监测。多通道SLD光源组件高/低温储存老化试验方案如图7所示。
在多通道SLD光源组件高/低温储存老化试验中，对多个SLD光源组件的输出光功率，光谱参数进行测试时，采用图5中的光学参数测试装置4完成测试，输出光功率测试采用光功率计4-3，光谱参数测试采用光谱分析仪4-4。
当是多通道SLD光源组件试验时，参见图10所示，方案一是多个SLD光源组件分别连接多通道光开关4-1，然后通过光功率计4-3、光谱分析仪4-4和消光比测试仪来测试输出光的参数，其中消光比测试仪测量消光比参数。参见图11所示，方案二是多个SLD光源组件分两组，每组分别通过多通道光开关4-1连接光纤耦合器，然后通过光功率计4-3、光谱分析仪4-4和消光比测试仪来测试输出光的参数。
实施例3：多通道SLD光源组件老炼试验（即高温环境+加载电流双重老化试验）
SLD光源组件的老炼试验与筛选测试试验类似，即在高温环境中放置，对SLD光源组件同时加载最大驱动电流进行双重应力老化，两者之间的差别在于根据试验方案需要，相应地调整SLD光源组件的光学参数测试试验，多通道SLD光源组件老炼试验方案如图8所示。
在对多个SLD光源组件的输出光功率，光谱参数或者消光比参数进行测试时，可参考图5、图10或图11中的光学参数测试装置完成测试。
实施例4：多通道SLD光源组件温循老化试验
SLD光源组件的温循老化试验需要调整本发明中的温度老化试验装置3，更改为高低温试验箱。通过上位机筛选测试系统5调节温循老化试验条件，包括温循范围，高温和低温的恒温时间，以及温变速率。
在进行温循老化试验时，可对SLD光源组件的管芯温度进行实时监测。根据温循老化试验条件需要，控制开关带电老化试验装置2的驱动电流和温控电流，采用图5、图10或图11中的光学参数测试装置对多个SLD光源组件的输出光功率、光谱参数或者消光比参数进行测试。多通道SLD光源组件的温循老化试验方案如图9所示。
本发明对SLD光源组件进行带电老化试验、热应力老化试验和光学参数测试试验中任选一个或多个组合试验，并依据试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准，适用于工业生产中批量的老化筛选、可靠性预测和寿命试验。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，其特征是，包括：带电老化试验装置、温度老化试验装置、光学参数测试装置和上位机筛选测试系统；
所述带电老化试验装置，用于对SLD光源组件加载驱动电流和温控电流进行带电老化试验，并同时监测驱动电流、温控电流和管芯温度数据；
所述温度老化试验装置，用于对SLD光源组件进行热应力老化试验；
所述光学参数测试装置，用于对SLD光源组件进行光学参数测试试验，同时监测输出光功率、平均波长和光谱宽度参数数据；
所述上位机筛选测试系统分别与带电老化试验装置、温度老化试验装置和光学参数测试装置连接通讯，用于控制带电老化试验装置、温度老化试验装置和光学参数测试装置对待筛选的SLD光源组件进行任一或者组合试验，并采集试验过程中的监测数据以判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
2.根据权利要求1所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，其特征是，所述带电老化试验装置包括多通道SLD光源驱动电路，SLD光源电参数监测电路和SLD光源老化试验工装，进行带电老化试验时，将SLD光源组件固定在SLD光源老化试验工装上，控制多通道SLD光源驱动电路对SLD光源组件加载驱动电流或温控电流，并同时启动SLD光源电参数监测电路对SLD光源组件的驱动电流、温控电流和管芯温度进行实时监测。
3.根据权利要求1所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，其特征是，所述温度老化试验装置为高温试验箱、低温试验箱或高低温试验箱。
4.根据权利要求1所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，其特征是，所述光学参数测试装置包括多通道光开关，光纤耦合器，光功率计和光谱分析仪，进行光学参数测试过程时，控制多通道光开关器件将多个SLD光源组件的输出光信号进行选通输出，再经过光纤耦合器将待测SLD光源组件的输出光信号，分别传输给光功率计和光谱分析仪以对SLD光源组件的输出光功率、平均波长和光谱参数进行监测。
5.根据权利要求5所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，其特征是，所述光学参数测试装置还包括消光比测试仪，用于监测SLD光源组件的消光比参数。
6.根据权利要求1所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试系统，其特征是，所述待筛选的SLD光源组件为多个，所述装置能够对多个待筛选的SLD光源组件同时进行试验。
7.基于权利要求1-6任一项所述筛选测试系统的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试方法，其特征是，包括以下过程：
对待筛选的SLD光源组件进行带电老化试验、热应力老化试验和光学参数测试试验中任一个或多个组合试验，并采集试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
8.根据权利要求7所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试方法，其特征是，还包括：对待筛选的SLD光源组件进行老炼试验，并采集试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
9.根据权利要求7所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试方法，其特征是，还包括，对待筛选的SLD光源组件进行温循老化试验，并采集试验过程中的监测数据判断SLD光源组件是否符合SLD光源筛选标准。
10.根据权利要求7-9任一项所述的一种光纤电流传感器用SLD光源组件的筛选测试方法，其特征是，所述待筛选的SLD光源组件为多个，所述多个待筛选的SLD光源组件同时进行试验。
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