CN114199407A - 一种光纤陀螺光纤环用温度测试系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺光纤环用温度测试系统及其使用方法，该系统包括设置在温箱内的光纤环测试装置，以及设置在温箱外的光路信号处理装置、电路信号处理装置和数据采集与处理装置；光纤环测试装置包括下盖、胶粘过渡板、上盖、Y波导光学集成器和温度传感器；光路信号处理装置包括光纤耦合器、光源和探测器；电路信号处理装置包括温度传感器供电模块、温度传感器温度信号采集模块、光纤环信号处理模块和数据传输模块；数据采集与处理装置包括数据采集模块、数据存储模块和数据处理模块；该系统兼具满足各类温度环境需要且能体现光纤陀螺壳体本身的热设计对光纤环温度性能影响，且其使用方法简单、易行，且不易损坏光纤环。

Description

一种光纤陀螺光纤环用温度测试系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺光纤环温度测试技术领域，特别涉及一种光纤陀螺光纤环用温度测试系统及其使用方法。

背景技术

光纤陀螺是基于萨格纳克效应原理的光纤角速度传感器，具有无机械活动部件、无预热时间、不敏感加速度、动态范围宽、数字输出、体积小等优点，是目前在惯性导航系统中所使用的主流陀螺仪之一，并已经广泛应用于车辆、船舶、航空飞机和空间飞行器等运载体。

光纤环是光纤陀螺的核心器件，其精度直接决定了光纤陀螺的最终精度。对光纤环的任何干扰都会引起光纤环内正向和反向传输光的非互易性，使光纤陀螺产生偏置漂移而降低光纤陀螺的精度。其中，环境温度对光纤陀螺测量精度的影响最为明显。为了确保光纤陀螺的全温精度，提高光纤陀螺的合格率，在光纤陀螺装配前，对光纤环进行温度试验评价其光纤环的温度指标是光纤环生产中的一项重要环节。

针对光纤陀螺光纤环温度试验，已公开专利CN100538309C提出了一种光纤陀螺中光纤环在线装置化测试装置；已公开专利CN111964659A提出了一种光纤陀螺光纤环温度测试与评价系统。这两个技术方案虽然给光纤陀螺光纤环温度试验提供了方案和标准，然而，二者只局限于光纤陀螺光纤环温度试验的方案，却没有提及用于光纤陀螺光纤环温度试验的装置，导致在实际应用中没有相应装置在实现上述光纤陀螺光纤环温度试验。

因此，用于光纤陀螺光纤环温度试验的装置是光纤陀螺光纤环温度试验的核心部件，根据实际需要，该装置的设计需要满足以下要求：1)该装置不仅作为试验容器让光纤环在温度试验设置的各种温度环境中工作，还需要体现光纤陀螺壳体本身的热设计对温度性能的影响；2)待测试的光纤环在该装置中应便于安装与拆卸，且在安装和拆卸过程不能受到损伤；3)该装置需要考虑光纤环尾纤的平滑走线，以避免测试过程中发生尾纤断裂的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足上述光纤陀螺光纤环温度试验中对装置的各项要求的光纤陀螺光纤环用温度测试系统。

本发明的另一目的是提供一种采用上述光纤陀螺光纤环用温度测试系统实现光纤陀螺光纤环温度测试的使用方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种光纤陀螺光纤环用温度测试系统，包括设置在温箱内的光纤环测试装置，以及设置在温箱外的光路信号处理装置、电路信号处理装置和数据采集与处理装置；

光纤环测试装置包括自下而上依次设置的下盖、胶粘过渡板和上盖，以及Y波导光学集成器和温度传感器；下盖顶端设有开口的筒体，其中心处设有圆形上盖安装槽、周向上形成有一个环形的光纤环安装槽；胶粘过渡板为一块环形板，其内置在光纤环安装槽槽底；上盖由下柱形体、自下柱形体顶面边缘处沿轴向向上延伸形成的环形筒体、和内边缘固定在环形筒体顶端的上环形板构成，使上盖的下柱形体插装在下盖的上盖安装槽内时，其上环形板盖装在光纤环安装槽的顶端开口处，使光纤环安装槽形成一个封闭的环形空间；Y波导光学集成器包括内嵌在上盖上的Y波导光学集成器主体，其上设有用于与被测光纤环的第一尾纤相连接的第一尾纤输入端子、与被测光纤环的第二尾纤相连接的第二尾纤输入端子和一个光学信号输出端子；温度传感器包括内嵌在上盖上的温度传感器主体，其上设有连接有电源地输入电信号线的电源地输入端子、连接有电源输入电信号线的电源输入端子和连接有温度信号输出电信号线的温度信号输出端子；

光路信号处理装置与光学信号输出端子连接，以向Y波导光学集成器输入由光源提供的光信号，并接收经过Y波导光学集成器反馈的被测光纤环内两束相向传输的光的光信号；

电路信号处理装置分别与电源地输入电信号线、电源输入电信号线和温度信号输出电信号线连接，以为温度传感器供电并采集温度信号，同时，电路信号处理装置与光路信号处理装置连接，以采集由光路信号处理装置输出的光信号并转换为电信号；；

数据采集与处理装置与电路信号处理装置连接，以采集、存储并处理输出的光信号和温度信号，得到被测光纤环的温度特性指标。

进一步地，光路信号处理装置包括光纤耦合器、光源和探测器；光纤耦合器一端通过光学信号传输光纤与光纤环测试装置中的光学信号输出端子相连接、另一端通过光学信号传输光纤分别与光源和探测器相连接。

进一步地，电路信号处理装置包括温度传感器供电模块、温度传感器温度信号采集模块、光纤环信号处理模块和数据传输模块；温度传感器供电模块的负极和正极分别与电源地输入电信号线及电源输入电信号线的另一端连接，以为温度传感器供电；温度传感器温度信号采集模块与温度传感器的温度信号输出电信号线连接，以自温度传感器采集温度信号；光纤环信号处理模块与探测器通过光信号输出电信号线相连接，以采集光纤环输出的光信号并转换为电信号；数据传输模块分别通过信号传输线与温度传感器温度信号采集模块和光纤环信号处理模块相连接，以向外输出转换为电信号的光信号和温度信号。

进一步地，数据采集与处理装置包括数据采集模块、数据存储模块和数据处理模块；数据采集模块与数据传输模块通过信号传输线相连接，以接收转换为电信号的光信号和温度信号；数据存储模块与数据采集模块通过信号传输线相连接，以将转换为电信号的光信号和温度信号存储在存储介质上；数据处理模块与数据存储模块通过信号传输线相连接，以处理转换为电信号的光信号和温度信号并得到被测光纤环的温度特性指标。

进一步地，在上盖的上环形板顶面的外边缘处和内边缘处分别设有外环状凸条和内环状凸条，使二者之间形成环形尾纤凹槽，且在外环状凸条上开设有一个与光纤环安装槽连通的尾纤出纤豁口I，在与尾纤出纤豁口I间距最远的内环状凸条上开设有尾纤出纤豁口II，且尾纤出纤豁口II两侧分别开设有与上盖安装槽连通的第一狭长尾纤固定槽和第二狭长尾纤固定槽。

进一步地，在上盖的上盖安装槽槽底对称设有两个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台顶面均沿轴向向下开设有螺纹盲孔，以拧装螺钉作为上盖的提手。

进一步地，环形的光纤环安装槽的尺寸略大于被测光纤环的尺寸；胶粘过渡板的外径略大于被测光纤环的尺寸、内径略小于被测光纤环的尺寸。

进一步地，在下盖的底面上沿周向均布设有三个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台底面沿轴向向上均开设有螺纹盲孔，使光纤环测试装置固定在温箱的安装板上且使下盖与安装板之间留有走线空间；自上盖开设有贯穿上盖和下盖的弧形通孔。

进一步地，上盖、胶粘过渡板和下盖均采用与被测光纤环所在光纤陀螺的壳体材料相同的材料制成。

一种采用上述光纤陀螺光纤环用温度测试系统进行温度测试的使用方法，步骤如下：

S1、组装光纤环测试装置：

将被测光纤环的下平面通过胶水与胶粘过渡板的上平面胶粘并内置于光纤环安装槽内；将胶粘过渡板的下平面通过胶水与开设于下盖的光纤环安装槽的上平面胶粘，实现三者同轴设置并固定为一体；将上盖盖装并固定下盖上；将Y波导光学集成器和温度传感器固定在上盖上；

S2、对Y波导光学集成器的线路进行熔接，包括：

将被测光纤环的第一尾纤通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖的环形尾纤凹槽左侧走纤直至通过尾纤出纤豁口II进入第一狭长尾纤槽入口并固定在第一狭长尾纤槽内，第一尾纤的端部伸入上盖的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器的第一尾纤输入端子连接；

将被测光纤环的第二尾纤通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖的环形尾纤凹槽右侧走纤直至通过尾纤出纤豁口II进入第二狭长尾纤槽入口并固定在第二狭长尾纤槽内，第二尾纤的端部伸入上盖的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器的第二尾纤输入端子连接；

将被测光纤环的第二尾纤通过上盖的尾纤出纤豁口引出；之后，将第二尾纤从开设于下盖的光纤环安装槽引出后沿开设于上盖的环形尾纤凹槽右侧走纤，至开设于上盖左侧的第二狭长尾纤槽入口通过第二狭长尾纤槽固定第二尾纤方向进入上盖圆形凹槽与Y波导光学集成器的第二尾纤输入端子连接；

将光学信号传输光纤的一端熔接于Y波导光学集成器的光学信号输出端子上，将光学信号传输光纤的另一端与光路信号处理装置的光纤耦合器的单尾纤端熔接；

S3、对温度传感器的线路进行焊接：

将电源地输入电信号线与电源地输入端子焊接连接，将电源输入电信号线与电源输入端子焊接连接，将温度信号输出电信号线与温度信号输出端子焊接连接；然后将电源地输入电信号线、电源输入电信号线和温度信号输出电信号线并列穿过上盖圆形凹槽上开设的圆形通孔和下盖的上盖安装槽上开设的弧形通孔到达由下盖三个圆柱凸台支撑形成的空间连接到外界的电路信号处理装置上；

S4、对被测光纤环进行温度测试；

将光纤环测试装置通过螺钉反拧的方式固定在温箱中；将光学信号传输光纤、电源地输入电信号线、电源输入电信号线和温度信号输出电信号线通过开设在温箱上的线孔穿出，将光学信号传输光纤与光纤耦合器熔接，将电源地输入电信号线和电源输入电信号线分别与温度传感器供电模块的负极和正极焊接连接，将温度信号输出电信号线与温度传感器温度信号采集模块焊接连接；然后，按温度试验的温度设置要求调节温箱的温度，并在试验过程中同步采集由被测光纤环反馈的敏感的角速率信号和温度传感器测量的温度信号，以在温度试验后通过分析得到被测光纤环的温度特性；

S5、测试完成后，将光纤环测试装置与光路信号处理装置和电路信号处理装置断开；接着，将光纤环测试装置从温箱取出；之后，将光纤环测试装置中光纤环的两根尾纤和Y波导光学集成器件之间的熔接点断开；然后，取下装置的上盖；接着，将光纤环测试装置浸泡在除胶溶剂中，待固化胶水软化后，拆卸出被测光纤环。

与现有技术相比，该光纤陀螺光纤环用温度测试系统及其使用方法的有益效果包括：

(1)本申请的光纤陀螺光纤环用温度测试系统弥补了本领域光纤陀螺光纤环温度试验装置的空白，且能够很好地模拟被测光纤环在实际光纤陀螺中的温度环境提出了一套兼具满足各类温度环境需要，同时还能体现光纤陀螺壳体本身的热设计对被测光纤环温度性能的影响的温度测试系统；

(2)本申请的光纤陀螺光纤环用温度测试系统中，光纤环测试装置在结构中设计了胶粘过渡板，以提高被测光纤环安装与拆卸的便捷性，在狭小的空间拆卸被测光纤环时工具与胶粘过渡板碰触，避免了工具与被测光纤环的直接碰触，从而避免被测光纤环在拆卸时损坏；同时还在上盖为光纤环尾纤走线设计了尾纤出纤豁口、环形尾纤凹槽和狭长尾纤槽，充分考虑了光纤环尾纤的平滑走线，以避免尾纤断裂；

(3)本申请的光纤陀螺光纤环用温度测试系统结构设计合理，使用方法简单、易行，且不易损坏光纤环，在光纤陀螺光纤环温度试验领域具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置的分体结构示意图；

图2为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置的剖面结构示意图；

图3为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置中Y波导光学集成器的结构示意图；

图4为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置中被测光纤环第一尾纤走线示意图；

图5为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置中被测光纤环第二尾纤走线示意图；

图6为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置中温度传感器的结构示意图；

图7为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置中下盖的结构示意图；

图8为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置中上盖的结构示意图；

图9为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置的使用方法的流程图；

图10为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的光纤环测试装置的机械组装的流程示意图；

图11为本发明的光纤陀螺光纤环用温度测试系统的结构示意图。

其中，1、Y波导光学集成器，101、Y波导光学集成器主体，102、第一尾纤输入端子，103、第二尾纤输入端子，104、光学信号输出端子，2、温度传感器，201、温度传感器主体，202、电源地输入端子，203、电源输入端子，204、温度信号输出端子，3、上盖，4、被测光纤环，5、胶粘过渡板，6、下盖，7、第一尾纤，8、第二尾纤，9、光纤环测试装置，10、温箱，11、光学信号传输光纤，12、光路信号处理装置，1201、光纤耦合器、1202、光源、1203、探测器，13、温度传感器的电源地输入电信号线，14、温度传感器的电源输入电信号线，15、温度传感器的温度信号输出电信号线，16、电路信号处理装置，1601、温度传感器供电模块，1602、温度传感器温度信号采集模块，1603、光纤环信号处理模块，1604、数据输出模块，17、数据采集存储与处理模块，1701、数据采集模块，1702、数据存储模块，1703、数据处理模块。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图11所示，该光纤陀螺光纤环用温度测试系统包括设置在温箱10内的光纤环测试装置9，以及设置在温箱10外的光路信号处理装置12、电路信号处理装置16和数据采集与处理装置17。

如图1所示，光纤环测试装置9包括Y波导光学集成器1、温度传感器2、上盖3、胶粘过渡板5和下盖6；其中，下盖6、胶粘过渡板5和上盖3自下而上依次设置，Y波导光学集成器1和温度传感器2设置在上盖3上。

如图2所示，下盖6为一顶端设有开口的筒体结构，在筒体内部还固定有一个环形隔板，环形隔板与筒体同轴设置，使筒体中心处形成有一个圆形上盖安装槽、周向上形成有一个环形的光纤环安装槽，且该环形的光纤环安装槽的尺寸略大于被测光纤环4的尺寸；

其中，在下盖6的底面上沿周向均布设有三个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台底面上开设有螺纹盲孔，用于将该光纤陀螺光纤环用温度测试系统以螺钉反拧的方式固定在温箱内的安装板上，以便进行温度测试；同时，该三个圆柱形凸台使下盖6底面与安装板之间各信号线的走线空间。

胶粘过渡板5作为提高被测光纤环4安装与拆卸的便捷性的结构，其具体为一块环形板，其内置在光纤环安装槽内；胶粘过渡板5的外径略大于被测光纤环4的尺寸、内径略小于被测光纤环4的尺寸，以实现其在狭小的空间拆卸被测光纤环4时，工具仅与胶粘过渡板5碰触，而不与被测光纤环4直接碰触，从而避免被测光纤环4在拆卸时发生损坏；

使用时，被测光纤环4的下平面通过胶水与胶粘过渡板5的上平面胶粘，继而将胶粘为一体的胶粘过渡板5和被测光纤环4再内置于下盖6的光纤环安装槽内，并将胶粘过渡板5的下平面通过胶水与光纤环安装槽槽底面胶粘，实现将胶粘过渡板5、被测光纤环4和下盖连接固定为一体；另外，胶粘过渡板5与被测光纤环4的整体轴向高度略低于光纤环安装槽的槽深，以避免上盖3碰到被测光纤环4。

上盖3由下柱形体、自下柱形体顶面边缘处沿轴向向上延伸形成的环形筒体、和内边缘固定在环形筒体顶端的上环形板构成，使上盖3的下柱形体插装在下盖6的上盖安装槽内时，其上环形板盖装在光纤环安装槽的顶端开口处，使光纤环安装槽形成一个封闭的环形空间；其中，上盖3和下盖6之间通过自下柱形体顶面均布安装的三个沉头螺钉可拆卸固定为一体，同时使光纤环安装槽形成一个密闭空间；该密闭空间用于模拟被测光纤环4在实际光纤陀螺中的热环境，从而实现该装置不仅作为试验容器让被测光纤环4在温度试验设置的各种温度环境中工作，还能体现光纤陀螺壳体本身的热设计对被测光纤环4的温度性能影响的目的。

优选，为了更好的模拟光纤环在实际光纤陀螺中的温度环境，上盖3和下盖6均采用与实际的光纤陀螺的壳体材料相同的材料制成，即上盖3和下盖6均采用硬铝2A12制成。

作为本申请的一个优选技术方案，在上盖3的上环形板顶面的外边缘处和内边缘处分别设有外环状凸条和内环状凸条，使二者之间形成环形尾纤凹槽，且在外环状凸条上开设有一个与光纤环安装槽连通的尾纤出纤豁口I，在与尾纤出纤豁口I间距最远的内环状凸条上开设有尾纤出纤豁口II，且尾纤出纤豁口II两侧分别开设有与上盖安装槽连通的第一狭长尾纤固定槽和第二狭长尾纤固定槽，用于被测光纤环4的两根尾纤与Y波导光学集成器1连接时的走线和固定。

作为本申请的一个优选技术方案，如图8所示，在上盖3的上盖安装槽槽底对称设有两个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台顶面均沿轴向向下开设有螺纹盲孔，可用于拧上螺钉作为上盖3的提手，以提高装置的安装、拆卸的便捷性、以及尾纤走线的方便性。

Y波导光学集成器1采用武汉长盈通光电技术股份有限公司生产的型号为YBD-13-2-M多功能集成光学器件，其内嵌在开设于在上盖3的下柱形体的顶面中心处的Y波导光学集成器安装槽内；如图3所示，Y波导光学集成器1包括Y波导光学集成器主体101，其上设置有第一尾纤输入端子102、第二尾纤输入端子103和光学信号输出端子104；具体地，

Y波导光学集成器主体101上开设有两个螺钉光孔，使两个平头螺钉通过Y波导光学集成器1螺钉光孔与开设在上盖3的螺纹孔螺纹连接，将Y波导光学集成器1固定于上盖3上；

第一尾纤输入端子102与被测光纤环4的第一尾纤7相连接，第二尾纤输入端子103与被测光纤环4的第二尾纤8相连接；使用时，如图4所示，将被测光纤环5的第一尾纤8通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖3的环形尾纤凹槽左侧走纤，直至自上盖3的尾纤出纤豁口II进入第一狭长尾纤槽入口并固定在第一狭长尾纤槽内，第一尾纤8的端部伸入上盖3的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器1的第一尾纤输入端子102连接；接着，如图5所示，将被测光纤环5的第二尾纤9通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖3的环形尾纤凹槽右侧走纤直至自上盖3的尾纤出纤豁口II进入第二狭长尾纤槽入口并固定在第二狭长尾纤槽内，第二尾纤9的端部伸入上盖3的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器1的第二尾纤输入端子103连接；光学信号输出端子104上连接有光学信号传输光纤11，一方面用于外界光源的光输入，另一方面用于光纤环内两束相向的光在Y波导中产生的干涉光的输出。

温度传感器2采用型号为DS18B20的温度传感器，其内嵌在开设于上盖3的下柱形体顶面上的温度传感器安装槽内，并通过胶水将温度传感器2的下平面与温度传感器安装槽槽底面胶粘，以连接为一体；

如图6所示，温度传感器2包括温度传感器主体201，其上设置有电源地输入端子202、电源+5V输入端子203和温度信号输出端子204；具体地，电源地输入端子202上连接有电源地输入电信号线13，电源+5V输入端子203上连接有电源+5V输入电信号线14，温度信号输出端子204上连接有温度信号输出电信号线15；如图7所示，该三根电信号线分别穿过自上盖3的上盖安装槽顶面开设并贯通至下盖6底面的弧形通孔，进而通过走线空间输出到外界的电路信号处理装置16上。

光路信号处理装置12包括光纤耦合器1201、光源1202和探测器1203；具体地，光纤耦合器1201一端通过光学信号传输光纤11与光纤环测试装置9中的光学信号输出端子104相连接、另一端通过光学信号传输光纤分别与光源1202和探测器1203相连接；

具体过程为：光源1202为光纤环测试装置9中的被测光纤环4提供光源；光纤耦合器1201用于光传输和分光，其一端具有单尾纤，其通过光学信号传输光纤11与Y波导光学集成器1的光学信号输出端子104连接；光纤耦合器1201的另一端具有双尾纤，其中一根尾纤与光源1202连接，用于将光源1202提供的光经由Y波导光学集成器1传输给被测光纤环4，另一根尾纤与探测器1203的一端连接，用于将经由Y波导光学集成器1传出来的光纤环相向传输的两束光形成的干涉光信号传送给探测器1203；探测器1203的另一端与电路信号处理装置16连接，探测器1203将由Y波导光学集成器1反馈的被测光纤环4内两束相向传输的光形成的干涉光信号转化为电信号并传输给电路信号处理装置16。

电路信号处理装置16包括温度传感器供电模块1601、温度传感器温度信号采集模块1602、光纤环信号处理模块1603和数据传输模块1604；具体地，

温度传感器供电模块1601的负极和正极分别与电源地输入电信号线13及电源+5V输入电信号线14的另一端焊接连接，用于为温度传感器2供电；

温度传感器温度信号采集模块1602与温度传感器2的温度信号输出电信号线15焊接连接，用于采集温度传感器2探测的温度信号；

光纤环信号处理模块1603与探测器1203通过光信号输出电信号线相连接，用于采集Y波导光学集成器1反馈的被测光纤环4内两束相向传输的光形成的干涉光信号；

数据传输模块1604分别通过信号传输线与温度传感器温度信号采集模块1602和光纤环信号处理模块1603相连接，用于收集温度传感器温度信号和光纤环信号，以传输至数据采集与处理装置17。

数据采集与处理装置17包括数据采集模块1701、数据存储模块1702和数据处理模块1703；具体地，数据采集模块1701与数据传输模块1604通过信号传输线相连接，用于接收温度传感器温度信号和光纤环信号；数据存储模块1702用于将数据采集模块1701采集的数据存储在存储介质上；数据处理模块1703用于对温度传感器温度信号和光纤环信号进行分析，以得到被测光纤环4的温度特性指标。

在本实施例中，温度传感器温度信号具体为实时测量的温箱10内的环境温度，光纤环信号具体为被测光纤环4敏感的角速率信号；通过对二者的数据结果进行分析，可以获得被测光纤环4的温度特性，进而对光纤环的温度指标进行有效评价。

如图9和图10所示，采用上述光纤陀螺光纤环用温度测试系统实现温度测试的具体使用方法，步骤如下：

S1、完成光纤环测试装置9的机械组装；

将被测光纤环4的下平面通过胶水与胶粘过渡板5的上平面胶粘；将胶粘为一体的胶粘过渡板5和被测光纤环4放置在开设于下盖6的光纤环安装槽内，将胶粘过渡板5的下平面通过胶水与开设于下盖6的光纤环安装槽的上平面胶粘；

将上盖3放置在开设于下盖6的上盖安装槽上并用三个沉头螺钉通过上盖3的三个沉头光孔与下盖6的螺纹孔螺纹连接将上盖3固定于下盖6上；

将温度传感器2放置在开设于上盖3的温度传感器安装槽内并通过胶水将温度传感器2下平面与开设于上盖3的温度传感器安装槽上平面胶粘；

将Y波导光学集成器1放置在开设于上盖3的Y波导光学集成器件安装槽上并用两个平头螺钉通过Y波导光学集成器1螺钉光孔和上盖3的螺纹孔螺纹连接将Y波导光学集成器1固定于上盖3上；

S2、完成装置中光纤的熔接：

对被测光纤环4的第一尾纤7进行熔接；具体地，如图4所示，将被测光纤环5的第一尾纤8通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖3的环形尾纤凹槽左侧走纤直至通过尾纤出纤豁口II进入第一狭长尾纤槽入口并固定在第一狭长尾纤槽内，第一尾纤8的端部伸入上盖3的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器1的第一尾纤输入端子102连接；

对被测光纤环4的第二尾纤8进行熔接；具体地，如图5所示，将被测光纤环5的第二尾纤9通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖3的环形尾纤凹槽右侧走纤直至通过尾纤出纤豁口II进入第二狭长尾纤槽入口并固定在第二狭长尾纤槽内，第二尾纤9的端部伸入上盖3的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器1的第二尾纤输入端子103连接；

对光学信号传输光纤11进行熔接；具体地，将光学信号传输光纤11熔接于Y波导光学集成器1的光学信号输出端子104上，最后将光学信号传输光纤11引到外界的光路信号处理装置12上；

S3、完成装置中温度传感器电信号线的焊接；

首先，将电源地输入电信号线13焊接在温度传感器2的电源地输入端子202上，将电源+5V输入电信号线14焊接在温度传感器2的电源+5V输入端子203上，将温度信号输出电信号线15焊接在温度传感器2的温度信号输出端子204上；然后，将从电源地输入端子202，电源+5V输入端子203和温度信号输出端子204引出的电源地输入电信号线13，电源+5V输入电信号线14和温度信号输出电信号线15共三根电信号线穿过上盖3圆形凹槽上开设的圆形通孔和下盖6的上盖安装槽上开设的弧形通孔到达由下盖6三个圆柱凸台支撑形成的空间连接到外界的电路信号处理装置16上。

S4、如图11所示，将装置放置于测试系统中进行测试；

首先，将组装好的用于光纤陀螺光纤环的光纤环测试装置9通过螺钉反拧的方式固定在温箱10中；将光纤环测试装置9的光学信号传输光纤11与光路信号处理装置12的光纤耦合器1201熔接；然后，将光纤环测试装置9的温度传感器2的电源地输入电信号线13及电源+5V输入电信号线14与电路信号处理装置16的温度传感器供电模块1601焊接，同时将光纤环测试装置9的温度传感器2的温度信号输出电信号线15与温度传感器温度信号采集模块1602焊接；接着按温度试验的温度设置要求控制温箱10进行温度试验，同时在试验过程中用数据采集存储与处理装置17的数据采集模块1701采集由电路信号处理装置16的数据输出模块1604输出的被测光纤环4敏感的角速率信号和温度传感器2测量的温度信号，采集的数据被存储于数据采集存储与处理装置17的数据存储模块1702；最后，在温度试验后，用数据采集存储与处理装置17的数据处理模块1703对被测光纤环4敏感的角速率信号和温度传感器2测量的温度信号进行数据分析处理得到被测光纤环4的温度特性；

S5、测试完成后，将光纤环测试装置9的光学信号传输光纤11与光路信号处理装置12断开，并将温度传感器2的三根电信号线与电路信号处理装置16断开；接着，将光纤环测试装置9从温箱10取出；之后，将光纤环测试装置9中光纤环的两根尾纤和Y波导光学集成器件1之间的熔接点断开；然后，取下装置9的上盖3；接着，将只剩下胶粘着的被测光纤环4、胶粘过渡板5和下盖6的光纤环测试装置9浸泡在除胶溶剂中，待固化胶水软化后，拆卸被测光纤环4。

Claims (10)

1.一种光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，包括设置在温箱(10)内的光纤环测试装置(9)，以及设置在温箱(10)外的光路信号处理装置(12)、电路信号处理装置(16)和数据采集与处理装置(17)；

光纤环测试装置(9)包括自下而上依次设置的下盖(6)、胶粘过渡板(5)和上盖(3)，以及Y波导光学集成器(1)和温度传感器(2)；下盖(6)顶端设有开口的筒体，其中心处设有圆形上盖安装槽、周向上形成有一个环形的光纤环安装槽；胶粘过渡板(5)为一块环形板，其内置在光纤环安装槽槽底；上盖(3)由下柱形体、自下柱形体顶面边缘处沿轴向向上延伸形成的环形筒体、和内边缘固定在环形筒体顶端的上环形板构成，使上盖(3)的下柱形体插装在下盖(6)的上盖安装槽内时，其上环形板盖装在光纤环安装槽的顶端开口处，使光纤环安装槽形成一个封闭的环形空间；Y波导光学集成器(1)包括内嵌在上盖(3)上的Y波导光学集成器主体(101)，其上设有用于与被测光纤环(4)的第一尾纤(7)相连接的第一尾纤输入端子(102)、与被测光纤环(4)的第二尾纤(8)相连接的第二尾纤输入端子(103)和一个光学信号输出端子(104)；温度传感器(2)包括内嵌在上盖(3)上的温度传感器主体(201)，其上设有连接有电源地输入电信号线(13)的电源地输入端子(202)、连接有电源+5V输入电信号线(14)的电源输入端子(203)和连接有温度信号输出电信号线(15)的温度信号输出端子(204)；

光路信号处理装置(12)与光学信号输出端子(104)连接，以向Y波导光学集成器(1)输入由光源(1202)提供的光源信号，并接收经过Y波导光学集成器(1)反馈的被测光纤环(4)内相向传输的两束光的光信号；

电路信号处理装置(16)分别与电源地输入电信号线(13)、电源输入电信号线(14)和温度信号输出电信号线(15)连接，以为温度传感器(2)供电并采集温度信号，同时，电路信号处理装置(16)与光路信号处理装置(12)连接，以采集由光路信号处理装置(12)输出的光信号并转换为电信号；；

数据采集与处理装置(17)与电路信号处理装置(16)连接，以采集、存储并处理输出的光信号和温度信号，得到被测光纤环(4)的温度特性指标。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，光路信号处理装置(12)包括光纤耦合器(1201)、光源(1202)和探测器(1203)；光纤耦合器(1201)一端通过光学信号传输光纤(11)与光纤环测试装置(9)中的光学信号输出端子(104)相连接、另一端通过光学信号传输光纤分别与光源(1202)和探测器(1203)相连接。

3.根据权利要求2所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，电路信号处理装置(16)包括温度传感器供电模块(1601)、温度传感器温度信号采集模块(1602)、光纤环信号处理模块(1603)和数据传输模块(1604)；温度传感器供电模块(1601)的负极和正极分别与电源地输入电信号线(13)及电源输入电信号线(14)的另一端连接，以为温度传感器(2)供电；温度传感器温度信号采集模块(1602)与温度传感器(2)的温度信号输出电信号线(15)连接，以自温度传感器(2)采集温度信号；光纤环信号处理模块(1603)与探测器(1203)通过光信号输出电信号线相连接，以采集光纤环输出的光信号并转换为电信号；数据传输模块(1604)分别通过信号传输线与温度传感器温度信号采集模块(1602)和光纤环信号处理模块(1603)相连接，以向外输出转换为电信号的光信号和温度信号。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，数据采集与处理装置(17)包括数据采集模块(1701)、数据存储模块(1702)和数据处理模块(1703)；数据采集模块(1701)与数据传输模块(1604)通过信号传输线相连接，以接收转换为电信号的光信号和温度信号；数据存储模块(1702)与数据采集模块(1701)通过信号传输线相连接，以将转换为电信号的光信号和温度信号存储在存储介质上；数据处理模块(1703)与数据存储模块(1702)通过信号传输线相连接，以处理转换为电信号的光信号和温度信号并得到被测光纤环(4)的温度特性指标。

5.根据权利要求4所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，在上盖(3)的上环形板顶面的外边缘处和内边缘处分别设有外环状凸条和内环状凸条，使二者之间形成环形尾纤凹槽，且在外环状凸条上开设有一个与光纤环安装槽连通的尾纤出纤豁口I，在与尾纤出纤豁口I间距最远的内环状凸条上开设有尾纤出纤豁口II，且尾纤出纤豁口II两侧分别开设有与上盖安装槽连通的第一狭长尾纤固定槽和第二狭长尾纤固定槽。

6.根据权利要求1所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，在上盖(3)的上盖安装槽槽底对称设有两个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台顶面均沿轴向向下开设有螺纹盲孔，以拧装螺钉作为上盖(3)的提手。

7.根据权利要求1所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，环形的光纤环安装槽的尺寸略大于被测光纤环(4)的尺寸；胶粘过渡板(5)的外径略大于被测光纤环(4)的尺寸、内径略小于被测光纤环(4)的尺寸。

8.根据权利要求1所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，在下盖(6)的底面上沿周向均布设有三个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台底面沿轴向向上均开设有螺纹盲孔，使光纤环测试装置(9)固定在温箱的安装板上且使下盖(6)与安装板之间留有走线空间；自上盖(3)开设有贯穿上盖(3)和下盖(6)的弧形通孔。

9.根据权利要求1所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统，其特征在于，上盖(3)、胶粘过渡板(5)和下盖(6)均采用与被测光纤环(4)所在光纤陀螺的壳体材料相同的材料制成。

10.一种采用如权利要求5中任一项所述的光纤陀螺光纤环用温度测试系统进行温度测试的使用方法，其特征在于，步骤如下：

S1、组装光纤环测试装置(9)：

将被测光纤环(4)的下平面通过胶水与胶粘过渡板(5)的上平面胶粘并内置于光纤环安装槽内；将胶粘过渡板(5)的下平面通过胶水与开设于下盖(6)的光纤环安装槽的上平面胶粘，实现三者同轴设置并固定为一体；将上盖(3)盖装并固定下盖(6)上；将Y波导光学集成器(1)和温度传感器(2)固定在上盖(3)上；

S2、对Y波导光学集成器的线路进行熔接，包括：

将被测光纤环(5)的第一尾纤(8)通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖(3)的环形尾纤凹槽左侧走纤直至通过尾纤出纤豁口II进入第一狭长尾纤槽入口并固定在第一狭长尾纤槽内，第一尾纤(8)的端部伸入上盖(3)的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器(1)的第一尾纤输入端子(102)连接；

将被测光纤环(5)的第二尾纤(9)通过尾纤出纤豁口I引出，而后沿开设于上盖(3)的环形尾纤凹槽右侧走纤直至通过尾纤出纤豁口II进入第二狭长尾纤槽入口并固定在第二狭长尾纤槽内，第二尾纤(9)的端部伸入上盖(3)的圆形凹槽内并与Y波导光学集成器(1)的第二尾纤输入端子(103)连接；

将光学信号传输光纤(11)的一端熔接于Y波导光学集成器(1)的光学信号输出端子(104)上，将光学信号传输光纤(11)的另一端与光路信号处理装置(12)的光纤耦合器(1201)的单尾纤端熔接；

S3、对温度传感器的线路进行焊接：

将电源地输入电信号线(13)与电源地输入端子(202)焊接连接，将电源输入电信号线(14)与电源输入端子(203)焊接连接，将温度信号输出电信号线(15)与温度信号输出端子(204)焊接连接；然后将电源地输入电信号线(13)、电源输入电信号线(14)和温度信号输出电信号线(15)并列穿过上盖(3)圆形凹槽上开设的圆形通孔和下盖(6)的上盖安装槽上开设的弧形通孔到达由下盖(6)三个圆柱凸台支撑形成的空间连接到外界的电路信号处理装置(16)上；

S4、对被测光纤环进行温度测试；

将光纤环测试装置(9)通过螺钉反拧的方式固定在温箱(10)中；将光学信号传输光纤(11)、电源地输入电信号线(13)、电源输入电信号线(14)和温度信号输出电信号线(15)通过开设在温箱(10)上的线孔穿出，将光学信号传输光纤(11)与光纤耦合器(1201)熔接，将电源地输入电信号线(13)和电源输入电信号线(14)分别与温度传感器供电模块(1601)的负极和正极焊接连接，将温度信号输出电信号线(15)与温度传感器温度信号采集模块(1602)焊接连接；然后，按温度试验的温度设置要求调节温箱(10)的温度，并在试验过程中同步采集由被测光纤环(4)反馈的敏感的角速率信号和温度传感器(2)测量的温度信号，以在温度试验后通过分析得到被测光纤环(4)的温度特性；

S5、测试完成后，将光纤环测试装置(9)与光路信号处理装置(12)和电路信号处理装置(16)断开；接着，将光纤环测试装置(9)从温箱(10)取出；之后，将光纤环测试装置(9)中光纤环的两根尾纤和Y波导光学集成器件(1)之间的熔接点断开；然后，取下装置(9)的上盖(3)；接着，将只剩下胶粘着的被测光纤环(4)、胶粘过渡板(5)和下盖(6)的光纤环测试装置(9)浸泡在除胶溶剂中，待固化胶水软化后，拆卸出被测光纤环。

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