摻鉺光纖光源測試自動化技術研究

楊長望 柳建春 衣玲學

摻鉺光纖光源測試自動化技術研究

楊長望 柳建春 衣玲學

（北京航天時代光電科技有限公司，北京 100094）

通過分析摻鉺光纖光源生產過程中的測試流程，找到了制約摻鉺光纖光源產能提升的瓶頸。提出了設備控制自動化、數據采集自動化和數據處理及報告生成自動化總體技術方案。在硬件方面引入了分光同步測試技術和分時復用測試技術，簡化了測試操作的過程，在軟件方面引入了Visual Basic和Office相結合的技術，簡化了數據處理和報告編寫的過程。通過采用設備自動控制、數據自動處理技術，實現了從測試數據采集到測試數據處理直至測試報告生成全流程自動化，提升了測試效率。

摻鉺光纖光源；測試；自動化；數據處理

1 引言

摻鉺光纖光源（簡稱鉺源）具有輸出光功率大、光譜寬、波長穩定性好、偏振相關性低等特點[1]，可用于高精度光纖陀螺儀。隨著高精度光纖陀螺儀在飛船、衛星、火箭上的應用，多個型號進入定型批產階段，隨之配套的鉺源也走向批量化生產。

光源影響光纖陀螺性能的主要參數有輸出光功率、光譜寬度、平均波長等[2]。而輸出光功率穩定性和平均波長穩定性是鉺源設計的難點，在生產過程中，需要篩選測試每只鉺源的溫度性能，測試其在高低溫范圍內輸出光功率變化和平均波長變化。

在變溫條件下，測試光功率變化和平均波長變化難度大、過程復雜、耗時長，成為嚴重制約整個鉺源生產能力提升的瓶頸，產能壓力非常大。經過分析，測試流程主要有以下兩點問題：操作儀器復雜，多為手動操作，且每個溫度點重復操作；數據處理為手動方式，耗費時間長。

針對上述問題，該研究通過對設備的自動控制、數據自動采集和數據自動處理等技術，實現了從測試數據采集到數據處理直至測試報告生成全流程自動化，提升了測試效率。

2 測試流程分析

2.1 鉺源指標測試

鉺源裝配完成后，需要通過溫度性能測試（包括光功率變化和平均波長變化），然后再通過常溫性能測試（包括輸出光功率、平均波長、光譜寬度、消光比等）。

溫度性能測試包括輸出光功率采集、平均波長采集和原始數據處理三部分。在變溫過程中以一定時間間隔記錄數據，為了保證測試數據準確，在變溫過程中需保持光路固定，光功率和平均波長需要單獨兩次溫度循環測試，溫箱完成一個循環大約需2h，加上處理數據的時間，溫度性能測試占總測試時間的90%。

2.2 溫度性能測試過程

鉺源溫度性能測試包括光功率變化測試和波長變化測試。

將被測鉺源放置在溫箱內，鉺源輸出端光纖引出溫箱外連接光功率計，設置光功率計自動采集模式，開啟溫箱，保持鉺源輸出端光纖固定，在整個變溫過程中自動連續采集輸出光功率。

保持鉺源在溫箱內不動，再將鉺源輸出端光纖連接到光譜分析儀，再次開啟溫箱，依次將每只鉺源輸出端光纖插入光譜分析儀，測試并記錄其平均波長，周而復始，直至整個溫循結束。

變溫過程中波長變化測試極其繁瑣，操作工人需要輪流插拔光纖進光譜分析儀，整個過程需要注意力高度集中不能停頓。操作光譜分析儀對操作工人要求極其嚴格，且容易出現操作或數據記錄錯誤，且輪流插拔光纖，將增加測試誤差。

2.3 原始數據處理

光功率計自動采集到每個通道的輸出光功率值，只需將數據導入到Excel模板，即可快速計算出變化率并繪制曲線。

對于波長變化率計算，需要手動將測試數據錄入到Excel模板，然后計算其變化率并繪制曲線。此部分工作比較耗費時間，同時，錄入數據容易出錯。

最后將處理后的數據結果，編制成測試報告。

3 自動化技術方案

考慮到人力成本和引入的測試誤差，提出采用自動化技術原理，將計算機軟件代替人工手動操作。由上述分析可知，實現鉺源自動化測試主要從三個方面入手，即設備控制自動化技術、數據采集自動化技術和數據處理及報告生成自動化技術。

3.1 設備控制自動化技術

圖1 測試設備連接示意圖

為實現鉺源測試自動化技術，首先需要測試設備的硬件支持。為了壓縮測試時間，減少溫循次數，提出光功率和波長同步測試技術，即在同一個溫循下，可測試光功率變化和波長變化，測試原理見圖1所示，待測鉺源經過1×2分路器后，分成等比例的兩束光，其中一束輸入到光功率計，另一束經過光開關后，分時切換后輸入到光譜分析儀。

3.1.1 分光同步測試技術

1×2分路器將鉺源輸出的光分成等比例兩束，由于1×2分路器置于溫箱外恒溫環境，其分光穩定性高，引入的測試誤差小。1×2分路器將待測鉺源光信號分成兩束，分別用于測試光功率變化和波長變化，實現了鉺源光功率和波長分光同步測試技術，使得在同一個溫循下，可同時測試光功率變化和波長變化，減少了一個溫度循環，提高鉺源溫度性能測試效率。

3.1.2 分時復用測試技術

1×光開關可分時切換光信號，通過外部軟件控制，某一時刻可選通其中指定的某一通道，將光信號輸入到光譜分析儀測試波長。1×光開關同樣置于溫箱外恒溫環境，其光切換穩定性高，引入的測試誤差小。1×光開關實現了波長分時復用測試技術，使得在一個溫循過程中一臺光譜分析儀可測試個通道光波長信號，減少了測試硬件成本。

3.2 數據采集自動化技術

整個自動化系統還有其他設備，包括溫箱、多通道光功率計、光譜分析儀和激光器驅動儀，均具有通訊控制接口，可連接計算機進行遠程控制和數據采集，是組成整個自動化控制技術方案的必要條件[3]。

圖2 測試系統工作流程圖

除1×2分路器外，所有設備均接入計算機，在測試軟件的控制下，實現全程自動化控制及數據采集功能，如圖2所示。

a. 初始化后啟動儀器，軟件將執行選定通道操作，根據預設的待測通道數，輪流循環選定，直至整個溫循過程結束，溫箱停止；

b. 根據所選定的通道，計算機輸出控制指令，光開關切換到相應的通道上，此時光譜分析儀連接到該通道的鉺源上，計算機向光譜分析儀發送指令，執行掃描測試操作；

c. 待光譜分析儀掃描測試完成后，計算機發送指令到溫箱、光功率計和光譜分析儀，讀取溫度、相應通道上的光功率值和波長值，并存儲成具有通道和序號標識的數據包；

d. 采集完一個通道的數據后，軟件將判別溫箱是否停機，如果停機，則處理數據，生成報告，結束測試，如果未停機，則返回到選定通道操作，繼續測試。

3.3 數據處理及報告生成自動化技術

本方案中的測試軟件使用Visual Basic開發，可以很好地與Office辦公軟件交互[4]，先調用Excel模塊統計和分析數據，生成圖表曲線，再調用Word模塊可自動生成報告[5]。

測試數據以逗號分隔值文件“.csv”存儲，每一條記錄由“溫度”、“波長”和“光功率”組成，以行的形式記錄，當整個測試完成后，將形成一個數據表格，見表1。

表1 測試數據表（部分）

測試完成后，軟件將自動調用外部Excel模塊打開數據文件，分別自動選取“溫度-波長”和“溫度-功率”系列數據，自動拷貝到預先做好的Excel計算模板中，并將自動繪制曲線，計算最大值、最小值和變化率，再自動從Excel模板中將曲線和計算結果拷貝到Word報告中，如圖3、圖4所示，整個過程軟件自動操作，無需人為干預。

圖3 Word報告中溫度-波長曲線及結果

圖4 Word報告中溫度-功率曲線及結果

使用Visual Basic和Office辦公軟件相結合技術，可簡化數據處理過程。測試軟件界面如圖5所示。

圖5 測試軟件界面

4 結束語

該技術方案已經成功應用于本公司鉺源批產測試中，有效地降低了鉺源測試復雜程度和人為因素的干擾，大幅提升了自動化程度，測試效率提升了70%以上，同時也減小了測試誤差。

通過對設備自動控制、數據自動采集以及使用Visual Basic和Office辦公軟件相結合技術，有效地解決了鉺源測試過程中操作和數據處理復雜、人員依懶性強和耗時長等制約批量生產的瓶頸問題。

1 王巍. 干涉型光纖傳感用光電子器件技術[M]. 北京：科學出版社，2012

2 王巍. 干涉型光纖陀螺儀技術[M]. 北京：中國宇航出版社，2010

3 李江全. Visual Basic數據采集與串口通信測控應用實踐[M]. 北京：人民郵電出版社，2010

4 明日科技. Visual Basic從入門到精通（第4版）[M]. 北京：清華大學出版社，2017

5 靳瑞霞. Excel VBA基礎與應用[M]. 北京：電子工業出版社，2017

Research on ASE Test Automation Technology

Yang Changwang Liu Jianchun Yi Lingxue

(Beijing Aerospace Times Optoelectronics Technology Co., Ltd., Beijing 100094)

By analyzing the test process in ASE production process, the bottleneck restricting ASE production capacity is found. The general technical schemes of equipment control automation, data acquisition automation, data processing and report generation automation are put forward. In the hardware aspect, the testing technology of time-sharing multiplexing and optical synchronization is introduced to simplify the testing process. In the software aspect, the technology of combining Visual Basic and Office is introduced to simplify the process of data processing and report writing. Automatic instrument control and automatic data processing were introduced for testing data acquisition, processing, analyzing and report generation automatically, which completely improves testing efficiency in the end.

ASE；testing；automation；data processing

楊長望（1988），工程師，電子科學與技術專業；研究方向：光電子器件技術、工藝數字化技術。

2020-03-23