一种光电探测器检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种检测装置及检测方法，尤其涉及一种光电探测器检测装置及检测方法，属于光纤陀螺领域，涉及光纤陀螺光电探测器检测的PC端控制平台。

背景技术：

光电探测器是光纤陀螺的核心组成部件。光电探测器在光纤陀螺中起光信号转换成电信号作用，以及将电信号放大的作用。随着光纤陀螺在民品、军事领域的应用，光电探测器的性能也倍受关注，其工作性能直接影响光纤陀螺的性能及可靠性。而在实际的生产过程中，光电探测器全温检测的手段与技术直接影响着光纤陀螺的生产进度与可靠性。现有检测中是通过高低温试验箱设定对应测试温度，待温度稳定10min后进行测试，利用手动调试光源驱动仪驱动电流的大小，然后给光电探测器加载不同的光功率，给光电探测器供电，用示波器测量光信号所转换成直流电压值。由于在光电探测器全温测试中需要对其进行多个温度点的测试，且对器件保温时间长，测试为手动调试测试，直接制约着检测速度，占用了检测人员的时间。而且，在光纤陀螺生产中，必须对光电探测器进行检测以确保其满足一定的指标，因此低效率的光电探测器检测过程影响了光纤陀螺的生产效率，使得在光纤陀螺生产效率低下。现有检测装置是手动调节光源驱动仪，然后利用示波器记录数据计算得出结论。而且，现有装置中未设置可以分光的耦合器，在测试之前需先记录测试光源在不同驱动电流下的功率大小，然后再接入光电探测器进行测试。

技术实现要素：

为改善现有光电探测器全温测试中检测速度慢、占用了检测人员的时间，使得在光纤陀螺生产效率低下的问题，提出一种光电探测器检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光电探测器检测装置，包括光源驱动模块、光源模块、数据采集模块、光功率测量模块、计算机、温度控制模块、待检测光电探测器、驱动电流控制模块、耦合器；所述待检测光电探测器、数据采集模块、计算机、驱动电流控制模块、光源驱动模块、光源模块、耦合器依次连接；所述耦合器的一端输出与待检测光电探测器连接，耦合器的另一端输出与光功率测量模块连接；所述温度控制模块、光功率测量模块均与计算机连接；所述待检测光电探测器设置于温度控制模块内。

本发明中，通过计算机对驱动电流控制模块进行控制，调节光源驱动模块的驱动电流的大小，从而控制光源模块输出的光功率的大小。当SLD光源输出不同的光功率时，待检测光电探测器会响应不同的直流电压，并且耦合器的出纤另一端与光功率计连接。利用耦合器的分光功能，将SLD光源的输出光分为两束，一路输出光输送于待检测光电探测器，作为待检测光电探测器的输入，另一路输出光输送于光功率计，实现光功率的检测。利用计算机对光功率测量模块测量的光源模块的光功率的数据进行采集。将数据采集模块的输出结果发送给计算机进行进一步处理，得到待检测光电探测器的各项参数。

进一步地，还包括设置于光功率测量模块和计算机之间的第一线缆，所述光功率测量模块设置有GPIB接口，光功率测量模块通过所述第一线缆与计算机连接。光功率计通过GPIB接口和第一线缆与计算机相连，计算机通过上位机软件实现对光功率计状态控制，并接收、处理光功率计的测试结果。

进一步地，还包括设置于温度控制模块和计算机之间的第二线缆，所述温度控制模块设置有GPIB接口，所述温度控制模块通过所述第二线缆与计算机连接。温度控制模块通过GPIB接口和第二线缆与计算机相连，计算机通过上位机软件实现对高低温试验箱工作状态控制。

进一步地，所述数据采集模块设置有通信接口，数据采集模块通过所述通信接口与计算机连接。

进一步地，所述数据采集模块为单片机或DSP。

进一步地，所述光源模块为SLD光源模块。

进一步地，光源模块下面还设置有散热底板。

本发明还提供一种光电探测器检测方法，所述光电探测器检测方法利用权利要求1-7中任一项所述的光电探测器检测装置实现，所述光源驱动模块用于对光源模块进行驱动；所述驱动电流控制模块用于为光源驱动模块提供驱动电流；所述光功率测量模块用于测量光源模块的光源功率；所述温度控制模块用于控制待检测光电探测器所在环境的温度值；所述数据采集模块用于以固定周期N采集所述待检测光电探测器的输出；所述周期N的范围为0.001s≤N≤5s；所述计算机用于采集数据采集模块、光功率测量模块的输出，并对驱动电流控制模块、温度控制模块、光功率测量模块进行控制；所述光电探测器检测方法包括如下步骤：

(1)关闭光源驱动模块，利用计算机采集数据采集模块的输出信号，计算待检测光电探测器的噪声电压、零位电平、零位漂移；

(2)打开光源驱动模块，利用计算机对数据采集模块的输出信号、光功率测量模块的输出信号进行采集，计算待检测光电探测器的响应度；

(3)利用计算机控制驱动电流控制模块，使得待检测光电探测器的输出信号的信噪比为1:1，采集光功率测量模块的输出功率，计算待检测光电探测器的噪声等效功率；

(4)利用计算机控制驱动电流控制模块，使得驱动电流控制模块的输出电流增大，采集待检测光电探测器的噪声电压、饱和电压，计算待检测光电探测器的动态范围；

(5)利用计算机在[T1,T2]的温度范围内以ΔT为变化量调整温度控制模块的温度，ΔT的取值范围为0.1°≤ΔT≤5°，根据上述步骤(1)-(4)计算各个温度点下待检测光电探测器的噪声电压、零位电平、零位漂移、响应度、噪声等效功率、动态范围。

本发明提出的装置和方法实现了光电探测器的自动检测，在实际生产过程中大大减少了人为的操作，节省人力与时间，尤其是大批量的光电探测器进行检测时候，不仅提高了生产效率，而且减少了人为测量所带来的误差。本发明的装置自动化程度高，在光电探测器的检测方面拥有广阔的应用前景。通过设置耦合器，利用耦合器的分光功能，将光源的输出光分为两束，一路输出光输送于待检测光电探测器，作为待检测光电探测器的输入，另一路输出光输送于光功率计，实现光功率的检测，从而便于同步采集待检测光电探测器的输入功率和其输出信号，因此可以实现光电探测器的各个参数的快速测量。本发明所提供的光纤陀螺光电探测器检测装置及检测方法，利用现有的计算机资源，进行数据采集，利用通信原理、自动控制技术，大大的提高了光纤陀螺光电探测器检测效率。

附图说明

图1为本发明的光电探测器检测装置的结构示意图；

图2为本发明的光电探测器检测方法的步骤示意图；

图中，1、光源驱动模块，2、光源模块，3、数据采集模块，4、光功率测量模块，5、计算机，6、温度控制模块，7、待检测光电探测器，8、驱动电流控制模块，9、耦合器。

具体实施方式

下面参照图1、图2对本发明的光电探测器检测装置进行作进一步说明。

图1为本发明的光电探测器检测装置的结构示意图。光电探测器检测装置包括光源驱动模块1、光源模块2、数据采集模块3、光功率测量模块4、计算机5、温度控制模块6、待检测光电探测器7、驱动电流控制模块8、耦合器9，所述驱动电流控制模块8、光源驱动模块1、光源模块2、耦合器9依次连接，所述待检测光电探测器7与数据采集模块3连接，待检测光电探测器7设置于温度控制模块6内，所述耦合器9的一端输出与待检测光电探测器7连接，耦合器9的另一端输出与光功率测量模块4连接，所述驱动电流控制模块8、温度控制模块6、数据采集模块3、光功率测量模块4均与计算机5连接。

本发明的光电探测器检测装置还包括第一线缆、第二线缆，第一线缆设置于光功率测量模块4和计算机5之间，第二线缆设置于温度控制模块6和计算机5之间。所述光功率测量模块4设置有GPIB接口，光功率测量模块4通过所述第一线缆与计算机5连接。所述温度控制模块6设置有GPIB接口，所述温度控制模块6通过所述第二线缆与计算机5连接。所述数据采集模块3设置有通信接口，数据采集模块3通过通信接口与计算机连接。

光源驱动模块1采用全自动SLD光源驱动仪，光源模块2采用SLD光源，数据采集模块3为单片机或DSP，光功率测量模块4采用光功率计，温度控制模块6采用高低温试验箱，驱动电流控制模块8为信号传递装置。工作过程中，计算机5发送命令，驱动电流控制模块8接收到命令，通过光源驱动仪的GPIB控制光源驱动仪，计算机5发送命令，实现驱动电流控制模块8进行对光源驱动仪的控制，从而控制光源光功率的大小。光源模块2下面还设置有散热底板。

(1)驱动电流控制模块

全自动SLD光源驱动仪与驱动电流控制模块8连接，计算机5通过控制驱动电流控制模块8，使得驱动电流控制模块8输出所需驱动电流，从而对SLD光源的光功率进行自动控制，当通过计算机5的调节使得驱动电流控制模块8输出不同的驱动电流时，SLD光源输出不同的光功率。

通过计算机5对驱动电流控制模块8进行控制，调节光源驱动仪的驱动电流的大小，从而控制SLD光源输出的光功率的大小，即加载于待检测光电探测器7输入端上光功率大小变化。

SLD光源驱动仪与SLD光源连接，SLD光源驱动仪可以输出可调的驱动电流。对于不同的驱动电流，光源模块2输出不同的光功率。

(2)SLD光源、SLD光源驱动仪

SLD光源底部涂导热硅脂，安装在散热底板上，全自动SLD光源驱动仪与SLD光源连接，与耦合器9的尾纤连接的待检测光电探测器7安装在高低温试验箱内，数据采集模块3与待检测光电探测器7连接，数据采集模块3与计算机5连接，光功率计的光功率检测端与耦合器9的输出端相连接。

SLD光源驱动仪和SLD光源通过SLD光源驱动线连接。

SLD光源的尾纤与光纤适配器配接，然后将光纤适配器接入选定的光功率测量模块4的通道，形成光源驱动模块1到光源模块2到光功率测量模块4的测试通路。通过设置光纤适配器，可以在测试过程中减少熔接机熔接，减少了熔接步骤，在批量检测中简化了流程。

光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上，光纤连接器也影响了光传输系统的可靠性和各项性能。

(3)耦合器

待检测光电探测器7的尾纤与耦合器9的出纤的一端连接，SLD光源的尾纤与耦合器9的入纤连接，当SLD光源输出不同的光功率时，待检测光电探测器7会响应不同的直流电压，并且耦合器9的出纤另一端与光功率计连接。利用耦合器9的分光功能，将SLD光源的输出光分为两束，一路输出光输送于待检测光电探测器7，作为待检测光电探测器7的输入，另一路输出光输送于光功率计，实现光功率的检测。

(4)光功率计

光功率测量模块4采用光功率计。光功率计用于检测光源功率。光功率计自带GPIB接口，给计算机5配置相应的GPIB卡，并且在计算机5上安装GPIB卡驱动程序。计算机5与光功率计之间通过GPIB接口和第一线缆连接，将计算机5作为GPIB的控制器，光功率计作为受控设备与计算机5之间进行通信，按照合适的命令运行后，计算机5通过GPIB控制光功率计，实现对光功率计测量的光功率数据的实时数据采集、数据解算及光功率计的面板控制，无需检验人员为测试某温度点的光源功率而时刻观察高低温试验箱的温度。

(5)温度控制模块

温度控制模块6采用高低温试验箱。高低温试验箱通过GPIB接口和第二线缆与计算机5相连，计算机5通过上位机软件实现对高低温试验箱工作状态控制。通过设定程序，通过计算机5自动调整高低温试验箱的温度，可以实现在不同温度下测量待检测光电探测器7的输出信号。

(6)数据采集模块3

数据采集模块3对待检测光电探测器7的输出数据进行实时采样，数据采集模块3具有模数转换功能。通过数据采集模块3的信号放大调理、A/D采样等功能，使得待检测光电探测器7的输出电压由模拟量转换为数字量，并将测量结果通过通信接口发送给计算机5。计算机5上设置上位机软件，利用上位机软件对数据进行显示、处理、保存和输出。通信接口可采用RS-422通信接口。

通过上位机软件对光功率计和待检测光电探测器7的输出信号进行采集，将所需要的参数值通过界面实时的显示出来，以实现自动测量。

检测装置供电，计算机5通过上位机软件对全自动SLD光源驱动仪1，光功率计，高低温试验箱按照待检测光电探测器7测试项目要求进行控制，上位机软件对待检测光电探测器7的输出电压、输入光功率进行采集、运算、显示和数据保存。实现待检测光电探测器7的自动检测。

光电探测器的主要参数有灵敏度、噪声电压、响应度、动态范围、零位电平与漂移。

如图2所示，本发明提出的光电探测器检测方法包括如下步骤：

(1)关闭光源驱动模块1，利用计算机5采集数据采集模块3的输出电压，计算待检测光电探测器3的噪声电压、零位电平、零位漂移。

A、待检测光电探测器的噪声电压：光纤陀螺光电转换的过程中，会引入噪声，跨阻电路也会引入噪声。光电探测器的噪声电压是一个综合的噪声电压，通常情况下，检测光电探测器的噪声电压即是检测光电探测器在规定的工作电压下，没有入射光时输出噪声电压的有效值。首先要当光源驱动已关闭时，进行测试采集，采集到的是无光输入时，光电探测器输出的噪声电压误差，在计算过程中，需要减去误差电压。光电探测器在进行光电装换过程中，会引入噪声，跨阻抗电路也会引入噪声，探测器组件的噪声电压综合反映了所有的噪声电压，通过检测光电探测器在规定的工作电压下，没有入射光时的噪声电压的有效值。

B、待检测光电探测器的零位电平：光电探测器在没有入射光输出电压的直流量为光电探测器的零位电平，零位电平反映了光电探测器的暗电流输出以及前置偏置。光电探测器在没有入射光时，输出电压的直流量定义为零位电平，零位电平反映了探测器的暗电流输出及前置放大。光电探测器的零位电平即为没有入射光照射时输出电压的直流量。

C、待检测光电探测器的零位漂移：零位电平随时间缓慢变化称为零位漂移，它反映了光电探测器暗电流的漂移和放大电路的直流电位漂移。零位电平随时间的缓慢变化称为零位漂移。

(2)打开光源驱动模块1，利用计算机5对数据采集模块3的输出电压、光功率测量模块4的输出功率进行采集，计算待检测光电探测器3的响应度。

待检测光电探测器7的响应度的测试是通过调节SLD光源驱动仪的驱动电流的大小，改变光源模块2输出的光功率的大小，而光功率的大小直接影响了光电探测器的转换电压的大小。测试多个不同光功率下的电压值，可以拟合出光功率与电压的关系，然后通过输入光功率与电压的关系，可计算出待检测光电探测器的响应度。

光电探测器的响应度实际上是反映光电探测器组件中光电二极管的灵敏度的指标，定义为光电探测器的输出信号与输入光功率之比。响应度分为电压响应度、电流响应度，表征响应度的指标是比例系数。待检测光电探测器7的电压响应度定义为电流响应度定义为P为输入光功率，Vs为输出电压，Is为输出电流，这个指标是反映了光电探测器的灵敏度，又反映了放大电路的部分特性。响应度(或称灵敏度)描述的是光电探测器的光电转换效率。

(3)利用计算机5控制驱动电流控制模块8，使得待检测光电探测器3的输出信号的信噪比为1:1，采集光功率测量模块4的输出功率，计算噪声等效功率。

光电探测器的噪声等效功率是描述光电探测器的探测能力的参数。噪声等效功率(NEP)定义为即为单位信噪比(信噪比为1:1)时，光电探测器的信号的光功率。

(4)利用计算机5控制驱动电流控制模块8，使得驱动电流控制模块8的输出电流增大，采集噪声电压、饱和电压，计算待检测光电探测器3的动态范围；

光电探测器的动态范围的测量时通过多个点进行测量，一般情况下，探测器有一个无光电压与饱和电压。通过调节SLD光功率的大小，当关闭SLD光源时，所测试到的电压为光电探测器的无光电压，增大SLD光源驱动仪驱动电流控制时，光电探测器偏离线性值时为饱和电压。在信号系统理论中，被定义为最大不失真电平与噪声电平之差。光电探测器中，指的是不失真地探测到光信号的变化范围。

(5)利用计算机5在[T1,T2]的温度范围内以ΔT为变化量调整温度控制模块6的温度，ΔT的取值范围为0.1°≤ΔT≤5°，根据步骤(1)-(4)计算各个温度点下待检测光电探测器3的噪声电压、零位电平、零位漂移、响应度、噪声等效功率、动态范围。

将高低温试验箱的温度进行调整，可以测量各个温度点下待检测光电探测器3的噪声电压、零位电平、零位漂移、响应度、噪声等效功率、动态范围。由此可以将各个温度下待检测光电探测器7的响应度等参数进行比较，得到响应度等参数在不同温度时的变化量。通过分析光电探测器在各个温度下的参数性能，也有助于对处于不同温度条件下的光纤陀螺中的光电探测器的性能分析。

要实现自动采集，需通过编写程序自动发出采集指令采集光功率值，并将功率值自动存储到文本文件内。经实验验证，检测光电探测器时，利用本发明即可实现自动检测，检定员即可离开去做其他工作，提高了工作效率。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。