CN113758685A - 一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，所述方法包括如下步骤：每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子；得到待测光源的M年衰减指标η；得到光源衰减因子Δ；若待测光源的功率衰减因子不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。本发明利用电应力、环境应力，向光源施加合理的应力，将其内部潜在的工艺缺陷、材料缺陷加速暴露出来，通过光功率检测发现并排除，从而将度过早期失效期、到达使用寿命期的光源筛选出来。
Description
技术领域
本发明属于惯性技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法及系统。
背景技术
目前，光纤陀螺在空间领域的应用越来越多，鉴于空间应用产品的不可修复特性，所以保证光纤陀螺性能稳定的技术则越来越重要。光纤陀螺中比较关键的器件之一就是超辐射发光二极管(SLD)，属于半导体光源。SLD光源光功率的输出并不是稳定不变的，随着电应力、环境应力等因素影响，输出光功率的数值是有一定变化规律的，如果使用的合理，则可以最大程度的保证光纤陀螺的整体性能。
经地面试验，4个光源子样，常温通电状态下连续工作3年，其光功率衰减范围为18.7％～34.5％。某型号在轨600天，光路光功率衰减幅度与之相当，具体表现为前期衰减速度快，后期变缓。
光纤陀螺用光源的光功率输出曲线，表现为前期快、后期缓。由于光源的早期失效期时间跨度比较长，一般为几年，而且必须为通电状态，筛选成本比较高。目前光源的筛选方法，无论是厂家的出场筛选，还是用户的二次筛选均无法避过光源的光功率快速衰减期。并且用户无法通过短期试验，确定某一特定光源到底处于光功率输出的哪一段寿命期。一旦光源驱动板完成调试，确定了驱动电流，光功率的输出也就确定，如果光源的功率出现短期光功率的快速下降，则对整机的性能有较大影响。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法及系统，利用电应力、环境应力，向光源施加合理的应力，将其内部潜在的工艺缺陷、材料缺陷加速暴露出来，通过光功率检测发现并排除，从而将度过早期失效期、到达使用寿命期的光源筛选出来。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：将待测光源设置于环境试验装置内，多路光源驱动系统与待测光源相连接，待测光源通过光纤端子与光功率测试仪相连接，光功率测试仪与数据处理终端相连接；其中，多路光源驱动系统给待测光源提供驱动电流和温控电流，环境试验装置给待测光源提供热环境条件；步骤二：试验初始时对待测光源进行一次光功率测试，光功率测试仪通过光纤端子采集待测光源的光功率，将待测光源的光功率传输给数据处理终端，数据处理终端将该待测光源的光功率记为第一次光功率
步骤三：重复步骤二，每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子Δnm；步骤四：根据预设的光纤陀螺的要求精度对应的待测光源的光功率值Pm和预设的待测光源的光功率Pa得到待测光源的M年衰减指标η；根据待测光源的M年衰减指标η得到光源衰减因子Δ；步骤五：若待测光源的功率衰减因子Δnm不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法中，在步骤一中，热环境条件为：在温度-25℃时保持3个小时，然后以3-5℃/min的变温速度升至60℃，在60℃保持3个小时。
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法中，在步骤三中，n个光功率为
其中，m＝n-1，m和n均为光功率测试测试次数。
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法中，在步骤三中，待测光源的功率衰减因子Δnm为：
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法中，在步骤四中，待测光源的M年衰减指标η为：
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法中，在步骤四中，光源衰减因子Δ为：
一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统，包括：多路光源驱动系统、环境试验装置、光功率测试仪与数据处理终端；其中，待测光源设置于环境试验装置内，多路光源驱动系统与待测光源相连接，待测光源通过光纤端子与光功率测试仪相连接，光功率测试仪与数据处理终端相连接；其中，多路光源驱动系统给待测光源提供驱动电流和温控电流，环境试验装置给待测光源提供热环境条件。
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统中，热环境条件为：在温度-25℃时保持3个小时，然后以3-5℃/min的变温速度升至60℃，在60℃保持3个小时。
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统中，试验初始时对待测光源进行一次光功率测试，光功率测试仪通过光纤端子采集待测光源的光功率，将待测光源的光功率传输给数据处理终端，数据处理终端将该待测光源的光功率记为第一次光功率
每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子Δnm；根据预设的光纤陀螺的要求精度对应的待测光源的光功率值Pm和预设的待测光源的光功率Pa得到待测光源的M年衰减指标η；根据待测光源的M年衰减指标η得到光源衰减因子Δ；若待测光源的功率衰减因子Δnm不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。
上述光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统中，n个光功率为
其中，m＝n-1，m和n均为光功率测试测试次数；待测光源的功率衰减因子Δnm为：
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明利用电应力、环境应力，向光源施加合理的应力，将其内部潜在的工艺缺陷、材料缺陷加速暴露出来，通过光功率检测发现并排除，从而将度过早期失效期、到达使用寿命期的光源筛选出来，这类光源的光功率比较稳定，短期内不会出现大的功率衰减，比较适合用来作为光纤陀螺的光源。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的光源失效浴盆曲线图；
图2是本发明实施例提供的光功率输出曲线示意图；
图3是本发明实施例提供的光源筛选系统框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例提供了一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将待测光源设置于环境试验装置内，多路光源驱动系统与待测光源相连接，待测光源通过光纤端子与光功率测试仪相连接，光功率测试仪与数据处理终端相连接；其中，多路光源驱动系统给待测光源提供驱动电流和温控电流，环境试验装置给待测光源提供热环境条件；如图3所示。
步骤二：试验初始时对待测光源进行一次光功率测试，光功率测试仪通过光纤端子采集待测光源的光功率，将待测光源的光功率传输给数据处理终端，数据处理终端将该待测光源的光功率记为第一次光功率
步骤三：重复步骤二，每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子Δnm；
步骤四：根据预设的光纤陀螺的要求精度对应的待测光源的光功率值Pm和预设的待测光源的光功率Pa得到待测光源的M年衰减指标η；
根据待测光源的M年衰减指标η得到光源衰减因子Δ；
步骤五：若待测光源的功率衰减因子Δnm不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。
在步骤一中，热环境条件为：在温度-25℃时保持3个小时，然后以3-5℃/min的变温速度升至60℃，在60℃保持3个小时。
在步骤三中，n个光功率为
其中，m＝n-1，m和n均为光功率测试测试次数。
在步骤三中，待测光源的功率衰减因子Δnm为：
在步骤四中，待测光源的M年衰减指标η为：
在步骤四中，光源衰减因子Δ为：
SLD光源芯片从投入使用到报废的整个寿命周期，其可靠性的变化满足“浴盆”曲线的规律，如图1所示。其失效率随使用时间的变化分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期和损耗失效期。
偶然失效期的特点是失效率低而且稳定，这是元器件最好的工作阶段。因为这一阶段使用时间长，所以也叫使用寿命期。在此期间，光源持续工作，进入缓慢衰退期，衰退加速因子包括电流、热(电流产生的焦耳热、环境热量以及光引起的热)，在加速因子的作用下电极金属原子向芯片材料内部扩散，并逐渐形成暗缺陷，随着工作时间的延长暗缺陷逐渐增多引起光功率衰减。
本实施例将度过早期失效期、到达使用寿命期的器件筛选出来，这类光源的光功率比较稳定，短期内不会出现大的功率衰减，比较适合用来作为光纤陀螺的光源。
将一批光源在通电情况下进行跑合，这里可以分为两种情况，常温跑合合温度循环下的跑合。两种方法类似，只是温度循环可以加速光源内部发光材料的衰变，可以缩短筛选时间。
筛选过程中实时监测光功率的变化，筛选区域如图2所示，目的是使光源度过早期光功失效期，或者说是使光源在人为的参与下进入图1中的使用寿命期。
根据目前的试验结果可以看出一般来讲，从厂家购买的光源在3～5年内光功率会有一个大的衰减，我们的方法是：每4个月对光源的所有光功率记录一次记录，试验前记录为
4个月后首次记录定为
第二次记录为
……下标表示记录的次数，上标为光源序号，并计算
Δ32，Δ43，……
筛选策略为：
(1)如果光源出厂时所在的失效率在A、B点，则初期Δnm的值较大，并且随着时间的迁移Δnm的值逐渐减小，当其变化值小于某个我们规定的比例Δ时，我们可以认为此光源已经进入使用寿命期，此时该光源可以进行装机使用；
(2)如果光源出厂时所在的失效率在C点，则初期Δnm的值一直到1年的节点时，一直比较小均满足我们规定的比例Δ时，则说明该光源在出厂时，就已经进入使用寿命期，则此时可以终止筛选，直接选用。
如图3所示为本发明的系统结构示意图，系统中包含多路光源驱动系统、环境试验装置、光功率测试仪器和内含筛选算法的数据处理终端，其中：
所述的多路光源驱动系统用于向待筛选的多个光源提供驱动电流和温控电流，即每一路光源驱动均包含驱动光源发光部件的恒流源，以及控制光源温度的温控电路。
上述系统所述的环境试验装置可以设定为力学、热学、辐照等环境，该系统根据实际需求进行设置，一般情况下，热学应力是最常用的手段。
上述系统所述的光源光功率输出检测设备对光源的光功率进行测试。一般为手持或者台式光功率计。
上述系统所述内含筛选算法的数据处理终端，将定期采集到的光源功率进行统计、存储、计算，最终得出满足要求的光源。
将一批光源在通电情况下进行跑合，这里可以分为两种情况，常温电应力跑合和温度应力循环下的跑合。两种方法的筛选算法类似，只是温度循环可以加速光源内部发光材料的衰变，可以缩短筛选时间。
下面以一只光源的常温筛选过程来说明具体算法的原理。首先将光源1置于筛选系统中，利用多路光源驱动系统给其通电，一般常温的筛选过程为1～3年，试验初始时对光源进行一次光功率测试，将结果记录为
4个月后对光源1的输出光功率进行第一次测试，将结果记录为
以后每隔4个月对光源1进行一次光功测试，分别将结果记录为
则光源的功率衰减因子记录为Δnm：
Δnm该数值为百分比数值，表示了该光源在最近4个月的衰减速度，其中n表示该光源所进行的试验时间跨度，0001表示光源编号。
对于材料稳定、工艺合格的光源来说，Δnm的数值是随着时间逐步变小的，如果出现光源功率衰减因子异常变大的情况，应该将该光源剔除。
对于光源的合格判定按照如下的方法：
例如，某型号要求产品在轨时间为M年，光纤陀螺的精度要求为γ，此时可以根据光纤陀螺光功率和精度对应的公式，计算出该精度对应的光功率值Pm，然后根据目前技术状态下，产品正常设计光功率Pa，然后可以得出光源装机时所得到的M年衰减指标η：
按照我们4个月的检测、记录、核算周期，则可以得出光源衰减因子Δ：
即当满足Δnm≤Δ时，则说明光源的筛选已经满足要求，对于光源光功率衰减越来越慢的余量部分，可以作为光源的设计裕度。
另外，一般光源光功率的测试均会有误差，一般需要多次测量取平均数。
本实施例还提供了一种纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统，包括：多路光源驱动系统、环境试验装置、光功率测试仪与数据处理终端；其中，待测光源设置于环境试验装置内，多路光源驱动系统与待测光源相连接，待测光源通过光纤端子与光功率测试仪相连接，光功率测试仪与数据处理终端相连接；其中，多路光源驱动系统给待测光源提供驱动电流和温控电流，环境试验装置给待测光源提供热环境条件。
试验初始时对待测光源进行一次光功率测试，光功率测试仪通过光纤端子采集待测光源的光功率，将待测光源的光功率传输给数据处理终端，数据处理终端将该待测光源的光功率记为第一次光功率
每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子Δnm；
根据预设的光纤陀螺的要求精度对应的待测光源的光功率值Pm和预设的待测光源的光功率Pa得到待测光源的M年衰减指标η；根据待测光源的M年衰减指标η得到光源衰减因子Δ；
若待测光源的功率衰减因子Δnm不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。
本实施例利用电应力、环境应力，向光源施加合理的应力，将其内部潜在的工艺缺陷、材料缺陷加速暴露出来，通过光功率检测发现并排除，从而将度过早期失效期、到达使用寿命期的光源筛选出来，这类光源的光功率比较稳定，短期内不会出现大的功率衰减，比较适合用来作为光纤陀螺的光源。
本实施例根据光纤陀螺用光源输出光功率的特性，采用电应力、环境应力加速筛选的方法，筛选出度过输出光功率快速下降期、早期失效期的光源。这类光源处在光源失效率浴盆曲线的中间平稳部位，其输出光功率也非常稳定，适合用来生产精度稳定的光纤陀螺产品。首先使用多路光源驱动系统，使批量光源处于正常的工作状态；然后，对光源的输出功率进行定期的检测，记录一般情况下光源光功的输出；最后，对各个光源光功率的衰减情况进行统计计算，筛选出前期衰减快，后期衰减变缓的光源，此时光源的光功率趋于长期稳定，可以装机使用。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将待测光源设置于环境试验装置内，多路光源驱动系统与待测光源相连接，待测光源通过光纤端子与光功率测试仪相连接，光功率测试仪与数据处理终端相连接；其中，多路光源驱动系统给待测光源提供驱动电流和温控电流，环境试验装置给待测光源提供热环境条件；
步骤二：试验初始时对待测光源进行一次光功率测试，光功率测试仪通过光纤端子采集待测光源的光功率，将待测光源的光功率传输给数据处理终端，数据处理终端将该待测光源的光功率记为第一次光功率
步骤三：重复步骤二，每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子Δnm；
步骤四：根据预设的光纤陀螺的要求精度对应的待测光源的光功率值Pm和预设的待测光源的光功率Pa得到待测光源的M年衰减指标η；
根据待测光源的M年衰减指标η得到光源衰减因子Δ；
步骤五：若待测光源的功率衰减因子Δnm不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，其特征在于：在步骤一中，热环境条件为：在温度-25℃时保持3个小时，然后以3-5℃/min的变温速度升至60℃，在60℃保持3个小时。
3.根据权利要求1所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，其特征在于：在步骤三中，n个光功率为
其中，m＝n-1，m和n均为光功率测试测试次数。
4.根据权利要求3所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，其特征在于：在步骤三中，待测光源的功率衰减因子Δnm为：
5.根据权利要求1所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，其特征在于：在步骤四中，待测光源的M年衰减指标η为：
6.根据权利要求1所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选方法，其特征在于：在步骤四中，光源衰减因子Δ为：
7.一种光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统，其特征在于包括：多路光源驱动系统、环境试验装置、光功率测试仪与数据处理终端；其中，
待测光源设置于环境试验装置内，多路光源驱动系统与待测光源相连接，待测光源通过光纤端子与光功率测试仪相连接，光功率测试仪与数据处理终端相连接；其中，多路光源驱动系统给待测光源提供驱动电流和温控电流，环境试验装置给待测光源提供热环境条件。
8.根据权利要求7所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统，其特征在于：热环境条件为：在温度-25℃时保持3个小时，然后以3-5℃/min的变温速度升至60℃，在60℃保持3个小时。
9.根据权利要求7所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统，其特征在于：试验初始时对待测光源进行一次光功率测试，光功率测试仪通过光纤端子采集待测光源的光功率，将待测光源的光功率传输给数据处理终端，数据处理终端将该待测光源的光功率记为第一次光功率
每隔4个月对待测光源进行一次光功率测试，得到n个光功率，根据n个光功率得到待测光源的功率衰减因子Δnm；
根据预设的光纤陀螺的要求精度对应的待测光源的光功率值Pm和预设的待测光源的光功率Pa得到待测光源的M年衰减指标η；根据待测光源的M年衰减指标η得到光源衰减因子Δ；
若待测光源的功率衰减因子Δnm不大于光源衰减因子Δ，则待测光源合格。
10.根据权利要求9所述的光纤陀螺用输出光功率稳定的光源筛选系统，其特征在于：n个光功率为
其中，m＝n-1，m和n均为光功率测试测试次数；
待测光源的功率衰减因子Δnm为：
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