CN114993352A - 光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统与测试方法，属于光纤陀螺测试技术领域。光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，包括光路准直系统、光路控制系统和上位机；所述光路准直系统用于准直多支宽谱光源输出光信号，该光路准直系统由多个光纤准直器组成；所述光路准直系统前端与多支宽谱光源输出尾纤相连接，后端与光路控制系统的光开关相连接；它可以实现提高测试效率、减低对测试人员数量和测试用高精度光谱等测试资源的需求、降低了对测试人员专业能力的要求、降低了人工评价宽谱光源性能指标带来的数据不准确性。

Description

光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统与测试方法

技术领域

本发明属于光纤陀螺测试技术领域，更具体地说，涉及光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统与测试方法。

背景技术

光纤陀螺是一种无转动部件、全固态的高精度角速率传感器，具有体积小、精度高、全固态、使用寿命长、动态范围大等优点。随着光纤陀螺应用领域的扩展，对光纤陀螺的标度因数性能要求也越来越高，尤其是在高精度旋转调制光纤惯导系统中对光纤陀螺标度因数线性度要求极为苛刻，光纤陀螺的标度因数线性度已经成为制约光纤陀螺在高精度领域应用的重要因素。

宽谱光源具有输出光谱宽、功率大、发散角较小等特点，应用于光纤陀螺能够有效的降低偏振效应、kerr效应以及背向散射和反射带来的非互易性相位误差，提高光纤陀螺精度。同时，宽谱光源平均波长的漂移是影响光纤陀螺标度因素稳定性的主要因素，因此精确测量宽谱光源平均波长等参数指标就显得尤为重要。

目前，为准确测量光纤陀螺用宽谱光源的指标，可采用高精度光谱仪直接采集宽谱光源在高低温激励下的谱型信息，通过对前面采集的谱型信息进行处理进而评价宽谱光源的性能指标。

前述传统的光纤陀螺用宽谱光源的测试方法可准确的评估宽谱光源的指标，但随着采用宽谱光源的高精度光纤陀螺仪进入工程化批量生产与应用阶段，宽谱光源作为光纤陀螺仪核心激励的元件，其研制和生产阶段必然要经过大量的性能指标测试，因而准确快速的宽谱光源测试方法与装置在光纤陀螺的研发与生产中必不可少。采用传统的测试方法可以通过增加测试人员、增加测试用高性能光谱仪等测试资源实现快熟准确的宽谱光源测试。

同时，传统的测试方法应用于批量化的宽谱光源测试过程中，由于测试量大、高低温测试时间长、测试人员数据处理等工作量大且单调重复，也容易导致测试人员工作疏忽而带来的测试结果不准确甚至需要重新测试，降低了测试效率进而影响光纤陀螺生产交付。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统与测试方法，它可以实现提高测试效率、减低对测试人员数量和测试用高精度光谱等测试资源的需求、降低了对测试人员专业能力的要求、降低了人工评价宽谱光源性能指标带来的数据不准确性。

本发明的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，包括光路准直系统、光路控制系统和上位机；

所述光路准直系统用于准直多支宽谱光源输出光信号，该光路准直系统由多个光纤准直器组成；所述光路准直系统前端与多支宽谱光源输出尾纤相连接，后端与光路控制系统的光开关相连接；

所述光路控制系统用于对多支宽谱光源输出光信号进行分时控制与输出，该光路控制系统由高速、高隔离度光开关组成；所述光路控制系统前端与光路准直系统相连接，后端与高精度光谱仪相连接；

所述上位机用于搭载光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析处理软件，通过宽谱光源数据采集和分析处理软件控制高精度光谱仪及高低温箱按照控制程序进行光波采集及温度变化。

作为本发明的进一步改进，所述光路准直系统用于将待测试光源输出的光源功率、谱形信息进行准直；准直后的光束平行度达到最优值，从而降低在系统装配调试过程中，光纤端面相对于准直系统的轴向位置偏差、径向位置偏差和角度位置偏差。

作为本发明的进一步改进，所述光路控制系统用于将经过光路准直系统准直后的光源信息分时耦合输出；N支宽谱光源在上位机软件控制下由光路控制系统分时耦合输出，从而实现N支宽谱光源光谱信息的精确测量且互不影响；光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统中设置测试N支宽谱光源的数量多少是根据高精度光谱仪的采集分析速度及需要计算的宽谱光源性能的准确度确定的，一种满足要求的N的设置为N=4。

作为本发明的进一步改进，光路控制系统，包括4个高速、高隔离度光开关、通信电路及4个高速、高隔离度光开关的独立电源控制子系统；在上位机软件的控制下，光路控制系统通过串口获取上位机提供的当前需要开启的高速、高隔离度光开关的控制信息，进而驱动独立电源控制子系统开启当前选择的光开关并控制其它所有光开关进行关闭操作；以使得独立电源控制子系统及4个高速、高隔离度光开关通过电源耦合和光路隔离保证被测量宽谱光源输入光谱信息的准确性。

作为本发明的进一步改进，所述上位机采用虚拟仪器方法进行设计，所述虚拟仪器方法包括测试宽谱光源光谱信息实时显示、信息存储、待测宽谱光源测试信息设置、光源谱型数据处理及结果报表生成、光路控制子系统自动化控制、光谱仪与高低温箱等外围设备的自动化控制。

本发明的光线陀螺用多路宽谱光源数据测试方法，包括以下步骤：

将4支待测宽谱光源放入高低温箱中，通过FC/APC接头连接光路准直系统，以使所述待测宽谱光源的光源功率、光谱信息输入光路准直系统；通过光路准直系统准直后的光源功率信息、光谱信息进入光路控制系统，在上位机软件的控制下有光路控制系统分时耦合输出，并通过FC/APC接头输入高精度光谱仪；高精度光谱仪通过通用接口总线GPIB转通用串行总线USB数据线将光谱测量信息传入上位机；

给宽谱光源供电并启动上位机测试软件，启动测试后，宽谱光源的光源功率、光谱信息依次通过光路准直系统、光路控制系统、高精度光谱仪，由高精度光谱仪分时处理并输出光谱测量信息给上位机软件，上位机软件接收光谱信息并进行：信息显示、信息存储、数据处理。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明可以同时对多支光纤陀螺用宽谱光源进行性能指标测试，提高提高光纤陀螺测试能力，有效的解决了目前光纤陀螺宽谱光源测试能力滞后影响陀螺生产交付的瓶颈；

本发明实现了宽谱光源谱型信息测量数据的采集、存储、判断、分析与处理自动化，最大限度的减少人工干预，提高宽谱光源测试能力与效率；

本发明完全满足光纤陀螺用宽谱光源测试之要求，利用该测试平台宽谱光源的测试效率得到极大的提高，同时也减少了人力资源及测试设备资源的消耗；

本发明通过将宽谱光源放置于高低温箱，在上位机中光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析处理软件的控制下，通过光路准直系统、光路控制系统将待测试4支宽谱光源输出光谱信息分时引入高精度光谱仪，在上位机软件的控制下高速有效的采集引入的宽谱光源的光谱信息。进而根据前面所采集的光谱信息利用光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析处理软件进行光谱分析，自动的给出宽谱光源在高低温环境下的测试结果，评价宽谱光源的性能指标。对比传统的将1支宽谱光源放置于高低温箱并直接通过高精度光谱仪采集宽谱光源谱型信息的做法，本发明可以实现对4支宽谱光源的准确测试，并自动对数据进行分析处理、给出测试报告，提高测试效率的同时减低对测试人员数量、测试用高精度光谱等测试资源的需求，尤其是引入光纤陀螺用宽谱光源数据采集、分析处理软件，自动的数据采集和分析与处理也降低了对测试人员专业能力的要求，自动的数据处理过程也极大的降低了人工评价宽谱光源性能指标带来的数据不准确性；

针对光纤陀螺用宽谱光源性能指标的快速精密测量，本发明的目的在于提供光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集及测试的方法与装置，通过该方法与装置可以实现对多支宽谱光源性能指标的快速测量，提高宽谱光源的测试能力，解决由于测试能力滞后影响生产交付的瓶颈；该方法相对于传统方法，具有同时测量宽谱光源多，测试过程自动化程度高，测试精确度高等特点。

附图说明

图1为本发明的多路宽谱光源数据采集及测试系统示意图；

图2为本发明的光路控制系统示意图；

图3为本发明的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集和分析处理软件设计方法整体框图。

具体实施方式

具体实施例一：请参阅图1-3的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，包括同时准直多支宽谱光源输出光信号的准直系统、分别对多路宽谱光源输出光信号进行分时控制与输出的光路控制系统，搭载光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析的处理软件并且控制高精度光谱仪及高低温箱的上位机。

上位机在光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析的处理软件的控制时序下完成对高精度光谱仪、光路控制系统的直接或间接的控制；

在本实施例中高低温箱内防止4支待测宽谱光源，高低温箱通过FC/APC接头连接光路准直系统，以使所述待测宽谱光源的光源功率、光谱信息输入光路准直系统；

准直系统可对4支宽谱光源输入光信号进行准直后输出。

光路控制系统，包括4个高速、高隔离度光开关，通信电路及4个高速、高隔离度光开关的独立电源控制子系统。在上位机软件的控制下，光路控制系统通过通信电路获取当前需要开启的高速、高隔离度光开关的控制信息，进而驱动独立电源控制子系统开启当前选择的光开关并控制其它所有光开关进行关闭操作。独立电源子系统及个高速、高隔离度光开关保证了被测量宽谱光源输入光谱信息的准确性。

本实施例中，通过光路准直系统准直后的光源功率信息、光谱信息进入光路控制系统，在上位机软件的控制下有光路控制系统分时耦合输出，并通过FC/APC接头输入高精度光谱仪；高精度光谱仪通过GPIB-USB数据线将光谱测量信息传入上位机。

由于准直光束平行度的好坏直接影响着测试系统输出信号质量，本实施例通过光路准直系统，使准直光束平行度达到最优值，降低在系统装配调试过程中光纤端面相对于准直系统的轴向位置偏差、径向位置偏差和角度位置偏差。

本实施例中，用于分时耦合输出4支宽谱光源光谱信息的光路控制技术，实现了在上位机软件控制下分时耦合输出被选中的宽谱光源的光谱信息，从而实现4支宽谱光源光谱信息的精确测量切互不影响。

光纤陀螺用宽谱光源测试技术上位机软件的设计方法，该软件基于Windows平台，采用虚拟仪器方法进行设计，主要功能包括测试宽谱光源光谱信息实时显示、文件存储、待测宽谱光源测试信息设置、光源谱型数据处理及结果报表生成、光路控制子系统自动化控制、光谱仪与高低温箱等外围设备的自动化控制。

光纤陀螺用多路宽谱光源数据测试方法，测试时步骤如下：

S1:准备4支待测试宽谱光源，将测试宽谱光源放入高低温箱，关闭温箱门，并检查温箱光源尾纤出纤处是否密封。

S2:将4支待测试宽谱光源输出尾纤通过FC/APC接头接入准直系统进行准直。

S3:将光路控制子系统单根输出光纤通过FC/APC接头接入高精度光谱仪输入端口。

S4:检查上位机与光谱仪、光路控制子系统、高低温箱的通讯连接是否连接好。

S5:依次打开待测试宽谱光源的电源，打开多路宽谱光源数据采集及测试系统电源，打开温箱电源。

S6:打开上位机中《光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析处理软件》，在软件中输入温箱控制要求、待测光源编号、测试数据存储位置、测试指标、或输入编号后选择常用测试程序，点击开始，进行测量。

S7:待测试停止后，点击生成测试报表，生成本次测试报表。

S8：依次关闭待测试宽谱光源的电源，打开多路宽谱光源数据采集及测试系统电源，打开温箱电源。

S9:取出测试完成宽谱光源，并对合格宽谱光源进行入库操作。

如图2所示，本发明通过光路控制系统实现对多支待测宽谱光源进行开关选择，使得只有一支待测光源的光谱信息到达高精度光谱仪进行谱型分析。该光路控制子系统实现对独立、高隔离度的多路光开关供电及控制操作，保证送入高精度光谱仪的待测光源光谱信息的独立性，并将控制信息反馈给上位机，如控制或供电异常，上位机给出报警信息并切断该路光开关。

测试开始后，上位机高速采集高精度光谱仪输出的光谱信息，由于光谱信息是测试过程中各宽谱光源的分时信息，需要按照给光路控制系统的控制信息进行相应解包，获得4支宽谱光源的光谱信息。

利用前面4支宽谱光源的光谱信息，上位机中光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析处理软件(图3)开始处理光谱信息并打印测试结果报表，准确评价宽谱光源的性能指标。

对宽谱光源进行高低温性能测试时，上位机软件(图3)控制温箱按照设定温度值进行升降温，上位机软件快速采集高精度光谱分析中各测试光源光谱信息，并保存光谱信息及温度信息，上位机软件自动进行数据处理，并对宽谱光源进行性能评价。

Claims (6)

1.光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，其特征在于：包括光路准直系统、光路控制系统和上位机；

所述光路准直系统用于准直多支宽谱光源输出光信号，该光路准直系统由多个光纤准直器组成；所述光路准直系统前端与多支宽谱光源输出尾纤相连接，后端与光路控制系统的光开关相连接；

所述光路控制系统用于对多支宽谱光源输出光信号进行分时控制与输出，该光路控制系统由高速、高隔离度光开关组成；所述光路控制系统前端与光路准直系统相连接，后端与高精度光谱仪相连接；

所述上位机用于搭载光纤陀螺用宽谱光源数据采集和分析处理软件，

通过宽谱光源数据采集和分析处理软件控制高精度光谱仪进行光波采集，通过宽谱光源数据采集和分析处理软件控制高低温箱按照控制程序进行温度变化。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，其特征在于：所述光路准直系统用于将待测试光源输出的光源功率、谱形信息进行准直；准直后的光束平行度达到最优值，以降低在系统装配调试过程中，光纤端面相对于准直系统的轴向位置偏差、径向位置偏差和角度位置偏差。

3.根据权利要求1所述的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，其特征在于：所述光路控制系统用于将经过光路准直系统准直后的光源信息分时耦合输出；N支宽谱光源在上位机软件控制下由光路控制系统分时耦合输出，以使N支宽谱光源光谱信息的测量精确提升且测量过程互不影响；宽谱光源的设置数量是根据高精度光谱仪的采集分析速度及需要计算的宽谱光源性能的准确度确定的，一种满足要求的N的设置为N=4。

4.根据权利要求1所述的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，其特征在于：光路控制系统，包括4个高速、高隔离度光开关、通信电路及4个高速、高隔离度光开关的独立电源控制子系统；在上位机软件的控制下，光路控制系统通过串口获取上位机提供的当前需要开启的高速、高隔离度光开关的控制信息，进而驱动独立电源控制子系统开启当前选择的光开关并控制其它所有光开关进行关闭操作；以使得独立电源控制子系统及4个高速、高隔离度光开关通过电源耦合和光路隔离保证被测量宽谱光源输入光谱信息的准确性。

5.根据权利要求1所述的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统，其特征在于：所述上位机采用虚拟仪器方法进行设计，所述虚拟仪器方法包括测试宽谱光源光谱信息实时显示、信息存储、待测宽谱光源测试信息设置、光源谱型数据处理及结果报表生成、光路控制子系统自动化控制、光谱仪与高低温箱等外围设备的自动化控制。

6.光线陀螺用多路宽谱光源数据测试方法，其特征在于：应用于根据权利要求1至5任一所述的光纤陀螺用多路宽谱光源数据采集测试系统中，包括以下步骤：

将4支待测宽谱光源放入高低温箱中，通过FC/APC接头连接光路准直系统，以使所述待测宽谱光源的光源功率、光谱信息输入光路准直系统；通过光路准直系统准直后的光源功率信息、光谱信息进入光路控制系统，在上位机软件的控制下有光路控制系统分时耦合输出，并通过FC/APC接头输入高精度光谱仪；高精度光谱仪通过通用接口总线GPIB转通用串行总线USB数据线将光谱测量信息传入上位机；

给宽谱光源供电并启动上位机测试软件，启动测试后，宽谱光源的光源功率、光谱信息依次通过光路准直系统、光路控制系统、高精度光谱仪，由高精度光谱仪分时处理并输出光谱测量信息给上位机软件，上位机软件接收光谱信息并进行：信息显示、信息存储、数据处理。

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