基于LabVIEW的FBG溫度特性自動測試系統

劉佳，印新達

（1.武漢郵電科學研究院湖北武漢430000；2.武漢理工光科股份有限公司湖北武漢430000）

基于LabVIEW的FBG溫度特性自動測試系統

劉佳1，印新達2

（1.武漢郵電科學研究院湖北武漢430000；2.武漢理工光科股份有限公司湖北武漢430000）

為研究光纖布拉格光柵的傳感特性，常常需要測試器溫度特性，通常采用人工手測。為提高測試效率，本文介紹了一種基于LabVIEW的光纖布拉格光柵溫度特性自動測試平臺，該平臺可按照要求，測得規定溫度點所有光柵的中心波長。通過分析本平臺的測試結果，可以證明其測試準確度不低于人工手測，而其測試效率遠高于人工測試。

FBG；溫度特性；自動測試；LabVIEW

光纖光柵傳感器相較于傳統的電器傳感器，具有抗電磁干擾、輕便、高精度、高靈敏度、耐腐蝕等特點［1］。光纖光柵常用于溫度傳感，而在研究和生產過程中，需要準確的了解光纖光柵波長與溫度的相互關系，因此常常需要測量光柵的溫度波長特性曲線。

目前使用的溫度特性測試，其主要是依賴人工讀取溫度計（如水銀溫度計、熱電偶等），然后等待溫度可控設備的變化并判定參數穩定后再讀取光譜儀及溫度計顯示的溫度值。這種方法需要安排專的人員值守測試臺，人工讀數再做紀錄，無法實時監控溫度變化，測試效率非常低，且準確度差。當溫度迅速變化時，人工讀數有延時，又由于作業內容簡單又單一，容易使測試人員感到疲勞而帶來實驗誤差。測試完畢后，需要手工整理收集并錄入計算機后再分析，非常的費時費力。

因此，有必要搭建一套自動化的溫度測試平臺［2］，并做到按實驗要求自動切換溫度、判斷穩定、讀取數據，并將測試數據以指定文件名存儲到指定文件夾中。該測試平臺可以提高研發及生產的速度，同時提高實驗的準確性。

自動測試系統的主要功能如下：

1）控制溫度可控設備到指定溫度；

2）判斷環境溫度是否溫度，即給定時間內環境溫度變化在指定范圍內；

3）環境溫度穩定后，通過控制光譜儀及光開關，讀取各光柵反射波長；

4）完成測試后自動關閉溫度可控設備。

1　系統構成

本光纖光柵自動測試系統包括硬件、軟件兩部分。

其中硬件部分包括計算機、32通道可進行程控的光開關、寬帶穩定光源、橫訶AQ6370光譜分析儀、重啟四達SDK401F高低溫箱、3 dB光耦合器及一些連接器材，硬件結構圖如圖1所示。

圖1　FBG溫度自動測試系統硬件組成圖

光源與光譜分析儀接入到光耦合器的同一端，光耦合器另一端與光開關的輸入端相連，待測光纖光柵樣品置于高低溫箱內后，其跳線依次與光開關各通道相連，光開關、高低溫箱均通過RJ45網線與計算機相連，光譜儀通過GPIB鏈接線與計算機相連。

2　軟件實現

2.1功能描述

根據系統功能，可將軟件分為以下幾個部分：溫度可控設備控制模塊、溫度穩定判斷模塊、光開關控制模塊、光譜分析儀控制模塊、數據存儲模塊［4-5］。

溫度可控設備控制模塊用于在測試過程中，按一定規則改變該設備的參數設置，以實現在自動切換溫度條件。一般所使用的規則為：給定起始和終止溫度點，并給定固定的溫度間隔，溫箱需要按照上述等差數列依次到達目標溫度。此外，還可以控制溫箱的升/降溫速率。光譜分析儀控制模塊用于對光譜分析儀各參數，如：分辨率、靈敏度、中心波長、抽樣點數、SPAN、分析模式等，進行設定，在測試過程中讀取并存儲所需的光譜分析儀所測得的數據，如:中心波長值、光譜圖等一切光譜分析儀可提供的數據。光開關控制模塊用于在測試過程中按照給定參數在規定的幾個光開關之間按規定順序切換。溫度穩定判斷模塊則用于當溫箱達到設定的目標溫度后，不斷的讀取環境溫度，通過分析環境溫度來判定環境溫度是否滿足溫度穩定條件，若滿足則開始下步操作，否則一直判斷。數據存儲模塊，則在判斷溫度到達穩定后，將測得的光柵中心波長及實時溫度值存儲于指定文件中。

2.2軟件設計

按照上述設計，軟件流程圖如圖2所示。

圖2　軟件流程圖

軟件采用狀態機作為基礎框架［6-7］，用自定義的簇作為不同狀態機之間的數據傳遞媒介。其狀態轉移圖如圖3所示。

圖3狀態轉移圖

圖4中各狀態名如表1所示，各狀態所執行功能為：1）初始化：對應于圖3中201、202步，用于初始化各參數、讀取用戶設置參數及檢測各設備狀態；2）設定溫度：對應于圖3中204步；3）讀取當前溫度：不斷讀取溫箱的當前溫度，用于圖3中第205步的判斷；4）數據讀取并更改參數，對應于圖3中206～209步，將獲得的數據存于指定電子表格中；5）報錯：當設備檢測異常時，用于提醒用戶進行檢測；6）關閉設備：對應于圖3中212步，當測試完成后，關閉高低溫箱。

表1　狀態編號表

圖4中各狀態的轉移條件描述如下：1）C1:各設備通信正常；2）C2：高低溫箱響應正常；3）C3：故障排除；4）C4:高低溫箱溫度達到穩定條件；5）C5：測試已完成，圖中條件后括號內“1”表示條件為真，“0”表示條件為假。

2.3測試結果

通過上述自動測試平臺，測試了10支光柵自-20～80℃每5℃讀取一次中心波長，其中溫度穩定條件設為5分鐘內，溫度變化不大于0.5℃，測得數據如圖4所示。

圖4　測試數據折線圖

對測得數據采用線性擬合，擬合結果見表2。從表2可以看到，擬合確定系數在（0.997，0.9995）之間，與手動測試所得結果一直，因此自動測試系統運行正常，可以正確的讀得所需數據。

表2　線性擬合確定系數表

3　結束語

本系統實現了光柵測試的自動化，不需要測試人員不斷的重復單調的測試工作，按照文中的測試方法，若人工手測則需要10小時，而采用該系統后，測試時間壓縮到了5個小時，極大的提高了測試效率并降低了測試成本。同時避免了人在測試過程中會因測試疲勞而帶入誤差，同時直接將測試數據以電子檔保持下來，不需要再進行數據錄入工作也避免了在數據錄入時帶來的錄入錯誤。本系統對于長時間、反復研究光柵溫度特性帶來了便利，同時也可用于大規模生成時對光纖光柵溫度傳感器的傳感特性的檢測。

［1］姜德生.光纖Bragg光柵傳感特性的實驗研究［J］.傳感器技術，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］金永興，劉濤，方濤，等.基于Labview的光纖光柵溫度傳感器實驗研究［J］.激光雜志，2009，30（1）.

［4］（美）Jeffrey Travis，Jim Kring著.LabVIEW大學實用教程［M］.喬瑞萍，等譯.北京:電子工業出版社，2008.

［5］汪敏生.LabVIEW基礎教程［M］.北京：電子工業出版社，2002.

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

［7］楊樂平.LabVIEW高級程序設計［M］.北京：清華大學出版社，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稿件編號：201507065

劉佳（1991—），女，湖北武漢人，碩士。研究方向：光纖與光波導技術。