基于LabVIEW的FBG温度特性自动测试系统

刘佳，印新达

（1.武汉邮电科学研究院湖北武汉430000；2.武汉理工光科股份有限公司湖北武汉430000）

基于LabVIEW的FBG温度特性自动测试系统

刘佳1，印新达2

（1.武汉邮电科学研究院湖北武汉430000；2.武汉理工光科股份有限公司湖北武汉430000）

为研究光纤布拉格光栅的传感特性，常常需要测试器温度特性，通常采用人工手测。为提高测试效率，本文介绍了一种基于LabVIEW的光纤布拉格光栅温度特性自动测试平台，该平台可按照要求，测得规定温度点所有光栅的中心波长。通过分析本平台的测试结果，可以证明其测试准确度不低于人工手测，而其测试效率远高于人工测试。

FBG；温度特性；自动测试；LabVIEW

光纤光栅传感器相较于传统的电器传感器，具有抗电磁干扰、轻便、高精度、高灵敏度、耐腐蚀等特点［1］。光纤光栅常用于温度传感，而在研究和生产过程中，需要准确的了解光纤光栅波长与温度的相互关系，因此常常需要测量光栅的温度波长特性曲线。

目前使用的温度特性测试，其主要是依赖人工读取温度计（如水银温度计、热电偶等），然后等待温度可控设备的变化并判定参数稳定后再读取光谱仪及温度计显示的温度值。这种方法需要安排专的人员值守测试台，人工读数再做纪录，无法实时监控温度变化，测试效率非常低，且准确度差。当温度迅速变化时，人工读数有延时，又由于作业内容简单又单一，容易使测试人员感到疲劳而带来实验误差。测试完毕后，需要手工整理收集并录入计算机后再分析，非常的费时费力。

因此，有必要搭建一套自动化的温度测试平台［2］，并做到按实验要求自动切换温度、判断稳定、读取数据，并将测试数据以指定文件名存储到指定文件夹中。该测试平台可以提高研发及生产的速度，同时提高实验的准确性。

自动测试系统的主要功能如下：

1）控制温度可控设备到指定温度；

2）判断环境温度是否温度，即给定时间内环境温度变化在指定范围内；

3）环境温度稳定后，通过控制光谱仪及光开关，读取各光栅反射波长；

4）完成测试后自动关闭温度可控设备。

1　系统构成

本光纤光栅自动测试系统包括硬件、软件两部分。

其中硬件部分包括计算机、32通道可进行程控的光开关、宽带稳定光源、横诃AQ6370光谱分析仪、重启四达SDK401F高低温箱、3 dB光耦合器及一些连接器材，硬件结构图如图1所示。

图1　FBG温度自动测试系统硬件组成图

光源与光谱分析仪接入到光耦合器的同一端，光耦合器另一端与光开关的输入端相连，待测光纤光栅样品置于高低温箱内后，其跳线依次与光开关各通道相连，光开关、高低温箱均通过RJ45网线与计算机相连，光谱仪通过GPIB链接线与计算机相连。

2　软件实现

2.1功能描述

根据系统功能，可将软件分为以下几个部分：温度可控设备控制模块、温度稳定判断模块、光开关控制模块、光谱分析仪控制模块、数据存储模块［4-5］。

温度可控设备控制模块用于在测试过程中，按一定规则改变该设备的参数设置，以实现在自动切换温度条件。一般所使用的规则为：给定起始和终止温度点，并给定固定的温度间隔，温箱需要按照上述等差数列依次到达目标温度。此外，还可以控制温箱的升/降温速率。光谱分析仪控制模块用于对光谱分析仪各参数，如：分辨率、灵敏度、中心波长、抽样点数、SPAN、分析模式等，进行设定，在测试过程中读取并存储所需的光谱分析仪所测得的数据，如:中心波长值、光谱图等一切光谱分析仪可提供的数据。光开关控制模块用于在测试过程中按照给定参数在规定的几个光开关之间按规定顺序切换。温度稳定判断模块则用于当温箱达到设定的目标温度后，不断的读取环境温度，通过分析环境温度来判定环境温度是否满足温度稳定条件，若满足则开始下步操作，否则一直判断。数据存储模块，则在判断温度到达稳定后，将测得的光栅中心波长及实时温度值存储于指定文件中。

2.2软件设计

按照上述设计，软件流程图如图2所示。

图2　软件流程图

软件采用状态机作为基础框架［6-7］，用自定义的簇作为不同状态机之间的数据传递媒介。其状态转移图如图3所示。

图3状态转移图

图4中各状态名如表1所示，各状态所执行功能为：1）初始化：对应于图3中201、202步，用于初始化各参数、读取用户设置参数及检测各设备状态；2）设定温度：对应于图3中204步；3）读取当前温度：不断读取温箱的当前温度，用于图3中第205步的判断；4）数据读取并更改参数，对应于图3中206～209步，将获得的数据存于指定电子表格中；5）报错：当设备检测异常时，用于提醒用户进行检测；6）关闭设备：对应于图3中212步，当测试完成后，关闭高低温箱。

表1　状态编号表

图4中各状态的转移条件描述如下：1）C1:各设备通信正常；2）C2：高低温箱响应正常；3）C3：故障排除；4）C4:高低温箱温度达到稳定条件；5）C5：测试已完成，图中条件后括号内“1”表示条件为真，“0”表示条件为假。

2.3测试结果

通过上述自动测试平台，测试了10支光栅自-20～80℃每5℃读取一次中心波长，其中温度稳定条件设为5分钟内，温度变化不大于0.5℃，测得数据如图4所示。

图4　测试数据折线图

对测得数据采用线性拟合，拟合结果见表2。从表2可以看到，拟合确定系数在（0.997，0.9995）之间，与手动测试所得结果一直，因此自动测试系统运行正常，可以正确的读得所需数据。

表2　线性拟合确定系数表

3　结束语

本系统实现了光栅测试的自动化，不需要测试人员不断的重复单调的测试工作，按照文中的测试方法，若人工手测则需要10小时，而采用该系统后，测试时间压缩到了5个小时，极大的提高了测试效率并降低了测试成本。同时避免了人在测试过程中会因测试疲劳而带入误差，同时直接将测试数据以电子档保持下来，不需要再进行数据录入工作也避免了在数据录入时带来的录入错误。本系统对于长时间、反复研究光栅温度特性带来了便利，同时也可用于大规模生成时对光纤光栅温度传感器的传感特性的检测。

［1］姜德生.光纤Bragg光栅传感特性的实验研究［J］.传感器技术，2003，22（7）.

［2］Yu Youlong，Zhao Hong Xia.A Novel Demodulation Scheme for Fiber Bragg Grating Sensor System［J］.IEEE Photonics Techmology Letters，VOL:17，NO.1，JANUARY 2005.

［3］金永兴，刘涛，方涛，等.基于Labview的光纤光栅温度传感器实验研究［J］.激光杂志，2009，30（1）.

［4］（美）Jeffrey Travis，Jim Kring著.LabVIEW大学实用教程［M］.乔瑞萍，等译.北京:电子工业出版社，2008.

［5］汪敏生.LabVIEW基础教程［M］.北京：电子工业出版社，2002.

［6］Rick Bitter，Taqi Mohiuddin，MatthewNawrocki.LabVIEW-advancedProgramming Techniques SECOND EDITION［M］. CRCPress，2000.

［7］杨乐平.LabVIEW高级程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2003.

Thermo-sensitivity of FBG auto-testing system based on LabVIEW

LIU Jia1，YIN Xin-da2
（1.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430000，China；2.Wuhan Wutos Technology Limited by Share Ltd.，Wuhan 430000，China）

To study the sensing property of FBG，we need get the thermo-sensitivity of FBG by hand.This article introduce a auto-testing system which is based on LabVIEW.This system can measure the wavelength of FBG at any temperature.The results of this system show that it can get a data as accurate as by hand.

FBG；thermo-sensitivity；auto-test；LabVIEW

TP399

A

1674－6236（2016）12-0084-02

2015-07-07稿件编号：201507065

刘佳（1991—），女，湖北武汉人，硕士。研究方向：光纤与光波导技术。