CN113675706A - 一种光纤激光器健康监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤激光器健康监测方法，包括光纤激光器数据采集方法和光纤激光器运转模型建立，并通过采集数据、运转模型与实际光纤激光器工作状态的对比，来判断光纤激光器故障原因。本发明采集分析处理具有高度线性相关性的测量数据，可以反映测量变量的主要变化，大量数据可以反映出监测过程中的噪声和干扰。数据依据时间采样，可以反映出不同参量之间的相关性，共同判断故障的原因。通过时间序列中潜在信息，来估算过程的统计规律性，简单易行，便于掌握。本发明可以对光纤激光器温度、湿度、电流、电压等物理量是否故障进行全面监测，并且可以实现全自动化激光器监测并判断光纤激光器故障发生的原因。

Description

一种光纤激光器健康监测方法

技术领域

本发明属于激光器实时健康监测系统技术领域，具体涉及光纤激光器、水冷机、控制模块等结构的实时健康监测系统及方法。

背景技术

利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器，给光波技术领域带来了革命性的变化。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级粒子数反转。因此，适当加入正反馈回路构成谐振腔，便可形成激光振荡。光纤激光器是一种高效的波长转换器，即由泵浦激光波长转换为所掺稀土离子的激射波长。正因为光纤激光器的激射波长由基质材料的稀土掺杂剂所决定、不受泵浦波长的控制，所以可以利用与稀土离子吸收光谱相对应的廉价短波长、高功率半导体激光器泵浦，获得光纤通信低损耗窗口的1.3μm和1.5μm以及2～3μm中红外波长的激光输出。

激光器使用时间过长，平时使用过程中操作不当，或者使用环境恶劣，都会导致激光器出现一些故障，影响正常的工作。目前大部分光纤激光器的可维护性较低，当一台光纤激光器中不出光或者器件损坏，很难立即判断故障的原因，需要将激光器拆卸并逐条器件检查。这种检查和维修方式大大加大了维护成本。

关于光纤激光器故障监测方面，也有专利文件报道，例如：CN111928941A公开了一种光纤激光器光路故障监测装置及监测方法，所述监测装置主要由光传感模块、电源模块和主控芯片组成。主控芯片内置光监测判断程序，其中光传感模块的主体为一个绝缘密封盒，盒中包含有感光材料，此感光材料具有曝光前电导率极低，曝光后电导率瞬时升高的特点。电源模块为光传感模块施加电信号，并同时将光传感模块的两根电极之间的电平信号传输给主控芯片，主控芯片通过读取的该电平判断光传感模块的状态，进而判断光路是否发生异常。该方法的不足之处在于，仅能通过读取的该电平判断光传感模块的状态，进而判断光路是否发生异常，不能判断光路异常的具体原因，以及仅能监测无光故障，不能监测光功率降低、升高异常状况，不能监测温度、湿度等物理量异常状况。CN111164404A公开了故障监测装置、激光器加工系统以及故障监测方法，故障监测装置具备：出射加工激光的加工激光器光源；出射监测激光的监测激光器光源；将所述监测激光分割成第1部分光以及第2部分光的分光器；测定所述监测激光的所述第1部分光的强度的第1受光器；传送所述监测激光的所述第2部分光以及所述加工激光的光纤；测定由所述光纤传送的所述第2部分光的强度的第2受光器；和基于由所述第1受光器以及所述第2受光器测定的所述第1部分光以及所述第2部分光的强度的相对比来判定所述光纤是否存在不良状况的判定部。该方法的不足之处在于，仅能对光纤断裂情况进行监测，无法对光纤激光器电路、温度、湿度是否正常进行监测。CN105890874A公开了一种光纤激光器的故障监测方法，其中，所述光纤激光器包括：种子激光源、与所述种子激光源的输出尾纤纤芯熔接的可见光激光器，以及其它光路器件；所述方法包括：当接收到所述光纤激光器的故障信号时，监测所述种子激光源是否异常；开启所述可见光激光器；监测所述其它光路器件的两端、以及所述光纤激光器的各段光纤是否有可见光；根据监测结果，判断所述其它光路器件以及所述各段光纤是否异常。该方法的不足之处在于，必须通过可见光激光器发光，测定各段光纤是否有可见光，根据监测结果，来判断各段光纤是否异常。这使得该方法仅能监测光纤故障，无法监测电路、温度、湿度等故障，且仅能监测一处光纤故障，如果光纤多处出现故障，该方法无法确定所有故障的位置。

CN110289905A公开了一种利用FP激光器精准监测TWDM-PON故障的装置及方法，涉及光纤通信网络故障监测技术，TWDM-PON二级光网络系统包括光端机OLTⅠ、馈线光纤Ⅱ、第一级1分n路的阵列波导光栅Ⅲ、一级支路Ⅳ、第二级1分n路的阵列波导光栅Ⅴ、二级支路Ⅵ和光网络单元Ⅶ，二级光网络监测系统主要包括OLTⅠ侧的监测部分和光网络单元Ⅶ侧的监测部分，OLTⅠ侧的监测部分包括控制端FP半导体激光器、控制端耦合器、控制端光耦合装置、控制端光电探测器、综合信号采集处理装置及光耦合装置；光网络单元Ⅶ侧的监测部分与光端机OLTⅠ侧的监测部分结构相似。该方法的不足之处在于，仅能监测光纤通信网络故障，无法对光纤激光器电源、光路等故障进行监测，无法对温度、湿度等物理量是否正常进行监测。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是现有技术仅能对光纤激光器的光纤断裂故障进行监测，无法对光纤激光器温度、湿度、电流、电压等物理量是否故障进行监测，并且无法实现全自动化激光器监测，只能通过人工来判断光纤激光器故障发生的原因，本发明提供一种光纤激光器健康监测方法，该方法包括光纤激光器数据采集和光纤激光器运转模型建立，通过采集数据、运转模型与实际光纤激光器工作状态的对比，来判断光纤激光器故障原因。

本发明的技术方案如下：

一种光纤激光器健康监测方法，包括步骤如下：

(1)制作数据实测数据集：

确定光纤激光器所有可能的故障状态及可监测物理量，对实物系统设置不同的工作模式进行数据采集，并根据不同工作模式生成一一对应标签向量，制作数据实测数据集；

(2)制作数据数字仿真模型：

根据采集的光纤激光器数据实测数据集，确定光纤激光器在正常工作模式和不同故障工作模式下各监测物理量的关系，对各监测物理量的时序数据进行修正，建立修正后的数据数字仿真模型；

(3)当光纤激光器运行时，采集实时物理量数据，将实时物理量数据带入已经建立的数据数字仿真模型中，利用数学指标进行度量，获得实时物理量数据与数据数字仿真模型的匹配程度；当实时物理量数据与健康模型匹配程度最高，判定光纤激光器运行正常；当实时物理量数据与故障模型匹配程度最高，判定光纤激光器运行异常，产生异常数据的器件发生故障。

根据本发明，制作数据实测数据集的过程，是从光纤激光产生的原理和物理模型出发，研究其可能出现的异常工作状态及反映其变化的相应物理量，确定光纤激光器所有可能的故障状态及可监测物理量，并研究导致各类故障状态独立产生的机理；

研究光纤激光器在正常工作状态与各类故障状态下，各物理量的时序监测数据分布与不同工作模式之间的定量定性关系；分析表征光纤激光器不同工作状态的各物理监测量采集对硬件资源要求，如对激光器硬件的需求、传感器精度需求等；对实物系统设置不同的工作模式进行数据采集，并根据不同工作模式生成一一对应标签向量。

根据本发明，制作数据数字仿真模型的过程，是根据采集的光纤激光健康数据实测数据集，分析光纤激光器在正常工作模式和不同故障工作模式下各监测物理量的内部物理规律。对各物理量的时序数据进行数学拟合和误差分析，对模型进行修正，保证要求的精度、误差范围等指标。

根据本发明，优选的，制作数据实测数据集过程，包括：

(i)确定表征光纤激光器不同工作状态的各物理监测量采集对硬件资源的要求；

(ii)在不同位置放置不同的传感器，作为各物理监测量采集装置；

(iii)针对每个传感器，搭建适配采集电路，并配置适配采集程序；

(iv)采集数据实测数据集，并根据实测数据集确定不同工作模式下各物理量的内部关系。

根据本发明，优选的，制作数据数字仿真模型过程，包括：

(i)根据激光器可能出现的异常工作状态及反映其变化的相应物理量，确定光纤激光器所有可能的故障状态及可监测物理量，并确定各类故障状态产生的机理；

(ii)根据产生的机理，配置每个物理量的健康与故障模型程序；

(iii)生成健康与故障仿真数据，并根据不同的工作模式生成一一对应的健康与故障标签向量。

根据本发明，优选的，步骤(1)中故障状态包括：激光器内部温度异常、输出功率异常、电路故障等。

可监测物理量包括：环境温度、环境湿度、泵浦源温度、驱动电流、驱动电压、振荡器功率、冷却水流量等。

优选的，环境温度、环境湿度采集由环境参数采集模块、微处理器模块、控制输出模块和电源模块组成；环境参数采集模块，用于通过一个或一个以上的传感器采集当前环境温度或湿度，以生成一个或一个以上的采集物理量；微处理器模块，用于对一个或一个以上的采集物理量行分析，以判断传感器是否出现异常，并生成相应的控制指令；控制输出模块，与微处理器模块相连，用于根据微处理器模块的控制指令产生驱动信号；电源模块，用于为环境参数采集模块、控制输出模块和微处理器模块供电。驱动电流、驱动电压采集过程是通过串联电阻转换为电流信号、并联电阻转换为电压信号的方式进行测量，并通过运放将采集的微小电压、电流信号转换为微处理器能够处理的电压信号范围。振荡器功率采集过程是通过分光镜、功率计进行采集，功率计返回功率数据至上位机，通过上位机记录与分析。冷却水流量通过流量计采集。

根据本发明，优选的，步骤(2)中光纤激光器在正常工作模式和不同故障工作模式下各监测物理量存在一定的关系。例如：当光纤激光器泵浦源发生故障时，泵浦源温度降低、泵浦源驱动电流和驱动电压降低，光纤激光器振荡器和放大器功率降低。当光纤激光器光纤发生断裂时，振荡器和放大器功率降低，同时造成光纤激光器内部温度升高。

根据本发明，优选的，步骤(2)中对各监测物理量的时序数据进行修正的方法为直线拟合、多项式拟合或指数拟合。

根据本发明，优选的，步骤(3)中数学指标为标准差、精度或代价曲线。

根据本发明，优选的，对于数据实测数据集的制作，符合如下任一项和多项的要求：

(a)针对监控物理量，分别收集记录每个物理量在激光器健康和故障状态下的时序数据；

(b)每一条时序数据包含激光器正常工作及故障模式状态下，该物理量的完整时序数据变化情况；

(c)每一条实测时序数据记录具有一定长度，且指明其代表的物理量；

(d)针对所有采集的时序数据组，应配有指示激光器是否正常工作的标签向量，从而判断各时刻记录的物理数据是否正常。

根据本发明，优选的，对于实测数据集中的数据，其技术指标符合如下任一项和多项的要求：

(a)各实测物理量的传感器测量精度优于最小量程的3％；

(b)单条物理量的实测连续时序数据包含激光器健康工作状态、由健康进入故障状态和故障状态的完整过程，且健康数据个数与故障数据个数的比例不小于3:1；

(c)单个物理量的独立记录数据大于5000条；

(d)每条实测数据的记录时长大于30分钟，采样率大于等于10Hz，且有效长度大于10000；

(e)每条实测数据配有相同长度的健康及故障标签向量，与每一记录时刻的数据一一对应。

根据本发明，优选的，对于数据数字仿真模型的制作，符合如下任一项和多项的要求：

(a)监控物理量的数字仿真模型，具备参数设置界面和数据展示存储功能，且仿真数据与实测数据误差小于5％；

(b)针对物理量的数字仿真模型应具有工作模式选择和工作时长选择功能，通过参数选择生成各物理量在健康或故障状态下指定时长的仿真时序数据；

(c)数字仿真模型在生成各物理量仿真数据时应同时生成对应的标签向量，指示判断当前时刻生成数据是否正常。

根据本发明，优选的，对于数字仿真模型生成的数据，技术指标符合如下任一项和多项的要求：

(a)数字仿真模型可生成各物理量在健康和故障状态下的仿真数据及对应标签向量；

(b)每个物理量的仿真数据长度可在1～L范围内设定，且L值大于10000；

(c)同一仿真物理量在相同工作模式、不同初始化条件下生成的仿真数据在相同长度下均方误差大于3％；

(d)同一物理量的仿真生成数据与对应实测数据在相同长度下的均方误差小于5％；

(e)数字仿真模型生成的同一条仿真数据需要包含相应物理量在健康状态和故障状态的完整仿真过程，且仿真健康数据个数与仿真故障数据比例可设置。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采集分析处理具有高度线性相关性的测量数据，可以反映测量变量的主要变化，大量数据可以反映出监测过程中的噪声和干扰。数据依据时间采样，可以反映出不同参量之间的相关性，来共同判断故障的原因。通过时间序列中潜在信息，来估算过程的统计规律性，简单易行，便于掌握。

2、本发明的方法可以对光纤激光器温度、湿度、电流、电压等物理量是否故障进行全面监测，并且可以实现全自动化激光器监测并判断光纤激光器故障发生的原因。

附图说明

图1是本发明光纤激光器健康监测方法的流程图。

图2是本发明实施例1中光纤激光器的温度数据采集流程图。

图3是本发明实施例1中光纤激光器的温度数据采集装置图。

图4是本发明实施例3中光纤激光器光功率采样光路装置图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例中所用到的模块或装置均为常规部件。

如图1所示，本发明通过采集激光器健康、故障下的数据，构建数据模型，从而判断光纤激光器是否出现故障。

实施例1

首先对光纤激光器进行泵浦源温度实测数据集的采集。泵浦源温度采集由几个模块组成：泵浦温度参数采集模块，用于通过一个或一个以上的传感器采集当前泵浦源温度以生成一个或一个以上的采集温度。微处理器模块，与温度参数采集模块相连，用于对一个或一个以上的采集温度进行分析，并生成相应的控制指令。控制输出模块，与微处理器模块相连，用于根据微处理器模块的控制指令产生驱动信号。电源模块，用于为温度参数采集模块、控制输出模块和微处理器模块供电。

温度采集流程参照附图2，测量激光器温度需要精度合适的温度传感器。采用的温度传感器是数字式传感器，直接输出数字信息，且采用单总线数据传输协议。传感器将数据返回软件程序，软件程序包括发送温度转换命令，读取温度，温度数据处理等功能。

温度采集装置参见附图3。首先将温度传感器安装在泵浦源表面，温度传感器与泵浦源表面之间填充导热硅脂，保证传感器与泵浦源器件温度相同。泵浦源则固定在水冷板顶部，与水冷板之间紧压一块TEC。TEC与温度传感器共同连接温度控制模块，温度控制模块能够读取温度传感器的温度数据，同时可以通过温度控制模块中的PID算法对TEC工作的功率进行控制，进而对泵浦源温度进行控制。

首先采集泵浦源温度正常工作状态下，温度传感器返回的数据。采集条数为5000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。更换泵浦源为已知故障的泵浦源，再次采集温度传感器返回的数据，采集条数为2000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。

将采集到的数据进行分类，健康状况下采集到的数据标上“正常”标签，故障状况下采集到的数据标上“故障”标签。分别对正常数据与故障数据进行多个模型的拟合，例如直线拟合，多项式拟合，指数拟合等等。对比多种模型，并找到健康数据与故障数据拟合程度最高的模型。

评估拟合模型，利用数学指标，比如标准差、精度、代价曲线等等进行定量度量模型是否满足要求。并微调模型，使拟合程度最大化，主要调整模型的参数，再验证调整的结果。

实际工作时，当光纤激光器运行时，采集泵浦源的温度数据。将温度数据带入已经建立的模型中，利用标准差等进行度量，获得数据与模型的匹配程度。与健康模型匹配程度最高时可认为光纤激光器泵浦源温度正常，与故障模型匹配程度最高时可认为光纤激光器泵浦源温度异常，泵浦源发生故障。

实施例2

光纤激光器泵浦源依靠载流子直接注入而工作，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接影响。浪涌冲击、静电击穿、正向过流等因素都容易损坏激光器。泵浦源的驱动电流是一个纹波小，毛刺少的恒稳电流，同时需要考虑泵浦源的工作安全性。

驱动电流的采集：电流采集电路采用串联电阻转换为电压的方式进行测量，经50mΩ的电阻采集电路中的电压，并通过运放将采集的微小电压信号转换为微处理器能够处理的电压信号范围。采用运算放大器，其能在具有大于500V的正高共模电压情况下，精确放大差分输入电压。采集到的电压除以电阻值，即为光纤激光器的电流值。

采集条数为5000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。更换电路为已知故障的电路，再次返回电流数据，采集条数为2000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。

将采集到的数据进行分类，健康状况下采集到的数据标上“正常”标签，故障状况下采集到的数据标上“故障”标签。分别对正常数据与故障数据进行多个模型的拟合，例如直线拟合，多项式拟合，指数拟合等等。对比多种模型，并找到健康数据与故障数据拟合程度最高的模型。

评估拟合模型，利用数学指标，比如标准差、精度、代价曲线等等进行定量度量模型是否满足要求。并微调模型，使拟合程度最大化，主要调整模型的参数，再验证调整的结果。

实际工作时，当光纤激光器运行时，采集电流数据。将电流数据带入已经建立的模型中，利用标准差等进行度量，获得数据与模型的匹配程度。与健康模型匹配程度最高时可认为光纤激光器电路正常，与故障模型匹配程度最高时可认为光纤激光器电路异常，电路发生故障。

实施例3

光纤激光器的振荡器是根据输入的激光输出指令值或电流指令值、控制对光纤的激励、得到期望的激光输出。振荡器的输出功率是振荡器最主要的参量，严重影响着激光器的工作状态。

振荡器输出功率的采集：根据光纤激光系统结构，所涉及的激光输出功率实时监控装置的采样光路主要由主光路采样镜、光衰减器组成，采样光路如附图4所示。

为了实现对激光功率的实时监控又不影响工作所使用的输出激光，采用在输出光主光路上加入一个与输出光成45°夹角的高透射率的分光镜，利用该采样镜的微小反射光进行对输出激光的采样。

由于分光镜在功率测试系统中用作激光功率采样镜，因此分光镜的透过率是一个很重要的参数。要求分光镜对所测量的激光波长具有稳定的高透过率。本实施例选用透过率为99.5％的分光镜作为采样镜。

当激光功率密度太高时，容易达到探测器的测量上限，更高功率的激光会对探测器造成损伤，因此在取样光路上应该加入衰减器对入射光进行衰减。

激光功率通过探测器采集，探测器数据传回上位机，通过上位机显示与存储。采集条数为5000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。更换成已知故障的振荡器，再次返回功率数据，采集条数为2000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。

将采集到的数据进行分类，健康状况下采集到的数据标上“正常”标签，故障状况下采集到的数据标上“故障”标签。分别对正常数据与故障数据进行多个模型的拟合，例如直线拟合，多项式拟合，指数拟合等等。对比多种模型，并找到健康数据与故障数据拟合程度最高的模型。

评估拟合模型，利用数学指标，比如标准差、精度、代价曲线等等进行定量度量模型是否满足要求。并微调模型，使拟合程度最大化，主要调整模型的参数，再验证调整的结果。

实际工作时，当光纤激光器运行时，采集振荡器功率数据。将数据带入已经建立的模型中，利用标准差等进行度量，获得数据与模型的匹配程度。与健康模型匹配程度最高时可认为光纤激光器振荡器正常，与故障模型匹配程度最高时可认为光纤激光器振荡器异常，发生故障。

实施例4

冷却水水流量的大小，对于光纤激光器制冷、水冷机运转的状况等具有重要的意义，因此需要通过采集装置对其进行实时监测。

水流量的采集：从成本和现实考虑，选择涡轮式传感器作为水流量传感器。流量传感器的电压传送至单片机，通过单片机处理并返回水流量数据。

涡轮式传感器的叶轮叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定。叶片转速和流速成正比，因此能够监测出具体的流量。叶片的转速监控通过霍尔传感器来实现。所选用的霍尔器件供电电压为5V，并且内置有施密特触发器，使得监控干扰较少，可以直接将输出连接至单片机的引脚。

单片机将传感器数据转换为水流量数据并采集。采集条数为5000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。更换成已知故障的水冷机，再次返回功率数据，采集条数为2000条，采样频率为10Hz，每一条的采集时长为30分钟。

将采集到的数据进行分类，健康状况下采集到的数据标上“正常”标签，故障状况下采集到的数据标上“故障”标签。分别对正常数据与故障数据进行多个模型的拟合，例如直线拟合，多项式拟合，指数拟合等等。对比多种模型，并找到健康数据与故障数据拟合程度最高的模型。

评估拟合模型，利用数学指标，比如标准差、精度、代价曲线等等进行定量度量模型是否满足要求。并微调模型，使拟合程度最大化，主要调整模型的参数，再验证调整的结果。

实际工作时，当光纤激光器运行时，采集水流量数据。将数据带入已经建立的模型中，利用标准差等进行度量，获得数据与模型的匹配程度。与健康模型匹配程度最高时可认为水冷机工作正常，与故障模型匹配程度最高时可认为水冷机工作异常，发生故障。

Claims (10)

1.一种光纤激光器健康监测方法，包括步骤如下：

(1)制作数据实测数据集：

确定光纤激光器所有可能的故障状态及可监测物理量，对实物系统设置不同的工作模式进行数据采集，并根据不同工作模式生成一一对应标签向量，制作数据实测数据集；

(2)制作数据数字仿真模型：

根据采集的光纤激光器数据实测数据集，确定光纤激光器在正常工作模式和不同故障工作模式下各监测物理量的关系，对各监测物理量的时序数据进行修正，建立修正后的数据数字仿真模型；

(3)当光纤激光器运行时，采集实时物理量数据，将实时物理量数据带入已经建立的数据数字仿真模型中，利用数学指标进行度量，获得实时物理量数据与数据数字仿真模型的匹配程度；当实时物理量数据与健康模型匹配程度最高，判定光纤激光器运行正常；当实时物理量数据与故障模型匹配程度最高，判定光纤激光器运行异常，产生异常数据的器件发生故障。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(1)中制作数据实测数据集过程，包括：

(i)确定表征光纤激光器不同工作状态的各物理监测量采集对硬件资源的要求；

(ii)在不同位置放置不同的传感器，作为各物理监测量采集装置；

(iii)针对每个传感器，搭建适配采集电路，并配置适配采集程序；

(iv)采集数据实测数据集，并根据实测数据集确定不同工作模式下各物理量的内部关系。

3.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(1)中故障状态包括：激光器内部温度异常、输出功率异常或电路故障。

4.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(1)中可监测物理量包括：环境温度、环境湿度、泵浦源温度、驱动电流、驱动电压、振荡器功率和冷却水流量。

5.根据权利要求4所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(1)中数据采集过程采用硬件与相应算法相结合；

优选的，环境温度、环境湿度采集由环境参数采集模块、微处理器模块、控制输出模块和电源模块组成；环境参数采集模块，用于通过一个或一个以上的传感器采集当前环境温度或湿度，以生成一个或一个以上的采集物理量；微处理器模块，用于对一个或一个以上的采集物理量行分析，以判断传感器是否出现异常，并生成相应的控制指令；控制输出模块，与微处理器模块相连，用于根据微处理器模块的控制指令产生驱动信号；电源模块，用于为环境参数采集模块、控制输出模块和微处理器模块供电；驱动电流、驱动电压采集过程是通过串联电阻转换为电流信号、并联电阻转换为电压信号的方式进行测量，并通过运放将采集的微小电压、电流信号转换为微处理器能够处理的电压信号范围；振荡器功率采集过程是通过分光镜、功率计进行采集，功率计返回功率数据至上位机，通过上位机记录与分析；冷却水流量通过流量计采集。

6.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(2)中制作数据数字仿真模型过程，包括：

(i)根据激光器可能出现的异常工作状态及反映其变化的相应物理量，确定光纤激光器所有可能的故障状态及可监测物理量，并确定各类故障状态产生的机理；

(ii)根据产生的机理，配置每个物理量的健康与故障模型程序；

(iii)生成健康与故障仿真数据，并根据不同的工作模式生成一一对应的健康与故障标签向量。

7.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(2)中对各监测物理量的时序数据进行修正的方法为直线拟合、多项式拟合或指数拟合；

优选的，步骤(3)中数学指标为标准差、精度或代价曲线。

8.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(1)中对于数据实测数据集的制作，符合如下任一项和多项的要求：

(a)针对监控物理量，分别收集记录每个物理量在激光器健康和故障状态下的时序数据；

(b)每一条时序数据包含激光器正常工作及故障模式状态下，该物理量的完整时序数据变化情况；

(c)每一条实测时序数据记录具有一定长度，且指明其代表的物理量；

(d)针对所有采集的时序数据组，应配有指示激光器是否正常工作的标签向量，从而判断各时刻记录的物理数据是否正常。

9.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(1)中对于实测数据集中的数据，其技术指标符合如下任一项和多项的要求：

(a)各实测物理量的传感器测量精度优于最小量程的3％；

(b)单条物理量的实测连续时序数据包含激光器健康工作状态、由健康进入故障状态和故障状态的完整过程，且健康数据个数与故障数据个数的比例不小于3:1；

(c)单个物理量的独立记录数据大于5000条；

(d)每条实测数据的记录时长大于30分钟，采样率大于等于10Hz，且有效长度大于10000；

(e)每条实测数据配有相同长度的健康及故障标签向量，与每一记录时刻的数据一一对应。

10.根据权利要求1所述的光纤激光器健康监测方法，其特征在于，步骤(2)中对于数据数字仿真模型的制作，符合如下任一项和多项的要求：

(a)监控物理量的数字仿真模型，具备参数设置界面和数据展示存储功能，且仿真数据与实测数据误差小于5％；

(b)针对物理量的数字仿真模型应具有工作模式选择和工作时长选择功能，通过参数选择生成各物理量在健康或故障状态下指定时长的仿真时序数据；

(c)数字仿真模型在生成各物理量仿真数据时应同时生成对应的标签向量，指示判断当前时刻生成数据是否正常；

优选的，对于数字仿真模型生成的数据，技术指标符合如下任一项和多项的要求：

(a)数字仿真模型可生成各物理量在健康和故障状态下的仿真数据及对应标签向量；

(b)每个物理量的仿真数据长度可在1～L范围内设定，且L值大于10000；

(c)同一仿真物理量在相同工作模式、不同初始化条件下生成的仿真数据在相同长度下均方误差大于3％；

(d)同一物理量的仿真生成数据与对应实测数据在相同长度下的均方误差小于5％；

(e)数字仿真模型生成的同一条仿真数据需要包含相应物理量在健康状态和故障状态的完整仿真过程，且仿真健康数据个数与仿真故障数据比例可设置。

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