光学通信环境模拟测试系统

1.本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种光学通信环境模拟测试系统，适用于真空、气体、液体等模拟环境的空间光通信模拟测试。


背景技术：

2.光学通信尤其是空间光通信与传统微波空间通信的方式相比，具有高速、保密、抗干扰、高带宽和便携等优势。由于空间光通信终端在进行光通信时，容易收到高温形变、气体涡流、液体衰减等各种环境的影响，因此，其在研制完成后一般都需要对其主要的技术指标进行严格的测试。
3.但是，现有技术中并不存在可以对终端进行多环境模拟测试的系统，例如，中国专利申请201711252416.2公开了一种真空光学检测系统，其仅仅只能模拟真空环境对空间光学遥感器进行检测，而对于气体涡流、液体衰减，油气混合等其他恶劣环境无法模拟监测，因此，需要提供一种新的光学通信环境模拟测试系统，以实现空间激光通信终端的多环境模拟测试。


技术实现要素：

4.本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种适用范围广、测试条件多样化且可控的光学通信环境模拟测试系统。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：光学通信环境模拟测试系统，包括：石英管，真空计，温控仪，所述石英管两端均设置有限位法兰，侧面设置有真空抽气阀门和真空注液/气阀门；所述石英管两端还套设有连接法兰，所述限位法兰用于对连接法兰限位；所述限位法兰外侧设置有级联法兰，所述级联法兰一端与所述连接法兰螺纹连接；所述级联法兰另一端设置有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台用于设置光学镜片，所述第二凸台用于设置密封法兰，所述密封法兰设置在光学镜片外侧且与所述级联法兰另一端固定连接，用于密封所述石英管的两端；所述真空抽气阀门通过抽气管道与真空泵连接，所述真空注液/气阀门用于注入测试介质，所述真空计用于测量石英管内压强，所述温控仪用于控制石英管的温度。
6.所述级联法兰两端均设置有螺纹部，所述测试系统包括多个石英管，各个石英管之间通过所述级联法兰固定连接；所述级联法兰和密封法兰中心均设置有通光孔。
7.所述级联法兰一端外周设置有外螺纹，所述连接法兰靠近级联法兰的一端设置有与之配合的内螺纹。
8.所述温控仪包括：温度传感器，加热片和控温测温电路，所述温度传感器和加热片设置在石英管外表面不同位置，所述控温测温电路用于根据温度传感器的测量温度控制所述加热片的加热功率。
9.所述石英管上还设置有保护凸箍，所述保护凸箍用于对连接法兰进行限位以保护真空抽气阀门和真空注液/气阀门。
10.所述限位法兰和光学镜片两侧均设置有耐高温密封圈。
11.所述的光学通信环境模拟测试系统，还包括可调立柱支架，所述可调立柱支架包括底座和刻度立柱，刻度立柱的一端与级联法兰螺纹连接，另一端设置在所述底座内，并通过设置在所述底座上的调节螺钉固定。
12.所述的光学通信环境模拟测试系统，还包括三通接口，所述三通接口的一端与所述真空抽气阀门连接，第二端与所述真空泵连接，第三端与所述真空计连接。
13.所述第二凸台上设置有多个螺孔，所述密封法兰通过端部设置在螺孔内的螺钉与所述级联法兰固定连接。
14.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、本发明提供了一种光学通信环境模拟测试系统，通过在石英管上设置真空抽气阀门、真空注液/气阀门、温控仪及高精度真空计，不仅可以实现真空环境的光学通信测试，还可以实现不同波长的光学设备在不同气体浓度、不同液体环境下的光学通信测试，进而定量验证光学通信设备的不同通信波段的光的透光率和通信效率与气体、液体组分的对应关系，为光学通信系统应用设计提供宝贵的参考数据，同时可以验证现有光学系统的应用测试能力。
15.2、本发明通过在石英管上设置连接法兰和级联法兰，在现有单根石英管长度受限的前提下，可以实现多个石英管的级联，不仅节约成本，组件式设计，拓展了系统的测试距离，而且这种设计使试验后石英管易于拆卸、清洗、转移等。
16.3、本发明通过在级联法兰底部设置可调立柱支架（带毫米级刻度），不仅可以固定石英管，方便测试，而且可以调节各个石英管的高度，简化了装置调节难度。
附图说明
17.图1为本发明实施例一提供的光学通信环境模拟测试系统的结构示意图；图2为本发明实施例一提供的光学通信环境模拟测试系统立体结构示意图；图3为图1的局部爆炸示意图；图4为图1中a部分的放大示意图；图5为图1中b部分的放大示意图；图6为实施例一中级联法兰的立体结构示意图；图7为整体光学系统模拟测试的示意图；图8为图7中的密封法兰的结构示意图；图9为本发明实施例二提供的光学通信环境模拟测试系统的结构示意图；图中：1为石英管，2为真空抽气阀门，3为真空注液/气阀门，4为连接法兰，5为级联法兰，6为密封法兰，7为光学镜片，8为耐高温密封圈，9为可调立柱支架，10为保护凸箍，11为限位法兰，12为真空泵，13为真空计，14为温度传感器，15为加热片，16为控温测温电路，17为三通接口，41为止转孔，51为螺纹部，52为第一凸台，53为第二凸台，54为螺孔，61为通信接口，91为底座，92为刻度立柱，93为调节螺钉，94为被测光源系统，95为光源探测系统，96为防水耐高温通信线缆。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例一如图1~2所示，本发明实施例一提供的光学通信环境模拟测试系统，包括：2个石英管1、真空计13、温控仪；所述石英管1侧面设置有真空抽气阀门2和真空注液/气阀门3。所述真空抽气阀门2通过抽气管道与真空泵12连接，所述真空注液/气阀门3用于注入测试介质，例如测试液体或气体，所述真空计13用于测量石英管1内压强，所述温控仪用于控制石英管1的温度。
20.具体地，如图3~6所示，本实施例中，所述石英管1两端均设置有限位法兰11，所述石英管1两端还套设有连接法兰4，所述限位法兰11用于对连接法兰4限位；所述限位法兰11外侧设置有级联法兰5，所述级联法兰5两端均设置有螺纹部51。所述级联法兰5和密封法兰6中心均设置有通光孔。
21.具体地，本实施例中，两个石英管1之间通过所述级联法兰5固定连接。此外，两个石英管1外侧也设置有级联法兰5。两个石英管1之间的级联法兰5分别与其中一个石英管1上的连接法兰4螺纹连接，进而将两个石英管1固定连接在一起形成级联石英管。两个石英管1外侧的级联法兰5也分别与石英管1上对应的连接法兰4螺纹连接，进而固定在所述石英管1上。
22.具体地，如图6所示，所述级联法兰5至少一端设置有第一凸台52和第二凸台53，所述第一凸台52用于设置光学镜片7，所述第二凸台53用于设置密封法兰6，具体地，本实施例中，位于石英管1外侧的级联法兰5中，其第二凸台53均设置最外端，且级联法兰5上均设置有密封法兰6和光学镜片7，通过设置密封法兰6和光学镜片7，可以密封级联后的两个石英管1的外端；位于两个石英管1之间的级联法兰5上，密封法兰6和光学镜片7可以设置也可以不设置。
23.具体地，本实施例中，所述级联法兰5两端外周均设置有外螺纹，所述连接法兰4靠外的一端设置有与之配合的内螺纹。本实施例中，所述连接法兰4上设置有止转孔41，当连接法兰4与级联法兰5螺纹连接到位后，将无帽螺钉拧入带有螺纹的止转孔41内，当无帽螺钉顶住所述级联法兰5后，可以使连接法兰4相对于级联法兰5固定止转。此外，也可以在级联法兰5上设置有内螺纹，在连接法兰上设置外螺纹。
24.具体地，如图1所示，所述温控仪包括：温度传感器14，加热片15和控温测温电路16，所述温度传感器14和加热片15设置在石英管1外表面不同位置，所述控温测温电路16用于根据温度传感器14的测量温度控制所述加热片15的加热功率。
25.进一步地，如图1所示，所述石英管1上还设置有保护凸箍10，所述保护凸箍10用于对连接法兰4进行限位以保护真空抽气阀门2和真空注液/气阀门3。通过限位法兰11和保护凸箍10，可以对连接法兰4进行限位，使石英管1两端的连接法兰不会从石英管1上落下，也不会在石英管上任意滑动导致损坏真空抽气阀门2和真空注液/气阀门3。
26.具体地，本实施例中，所述石英管1为透明石英玻璃材料制成，连接法兰4和级联法
兰5为金属材料制成。
27.进一步地，如图4~5所示，所述限位法兰11和光学镜片7两侧均设置有耐高温密封圈8。耐高温密封圈8一方面可以保证各个石英管1的两端的密封性能，另一方面还可以防止玻璃材质的限位法兰11和光学镜片7与金属材质的级联法兰5和连接法兰4的刚性接触导致的损伤，而且，耐高温密封圈8的耐高温材质可以保证测试系统在加热环境的稳定性。
28.进一步地，如图1所示，本实施例的光学通信环境模拟测试系统，还包括可调立柱支架9，所述可调立柱支架9包括底座91和刻度立柱92，刻度立柱92的一端与级联法兰5螺纹连接，另一端设置在所述底座91内，并通过设置在所述底座91上的调节螺钉93固定。具体地，刻度立柱92的一端设置有螺纹，级联法兰5上设置有螺纹孔，则刻度立柱92与级联法兰通过螺纹连接固定。通过设置可调立柱支架9，可以对石英管1进行固定，而且其固定高度和角度可以调节，进而使其保持水平，满足测试需求。
29.进一步地，如图6所示，本实施例中，所述第二凸台53上设置有多个螺孔54，所述密封法兰6通过端部设置在螺孔54内的螺钉与所述级联法兰5固定连接。
30.进一步地，本实施例中，所述石英管1的数量也可以为3个或者更多，多个石英管1之间通过所述级联法兰5固定连接在一起。本实施例中，通过将多个石英管1进行连接，可以减小单个石英管1的长度，便于石英管1的拆卸与清洗，而且，测试距离可以根据级联的石英管1的数量进行扩展，提高了测试系统的实用性。
31.测试时，模拟测试装置一端的被测光源系统94为光学通信发射装置，光学发射装置可以模拟发射固定功率值的光线，或者固定频率的周期信号，误码仪发出的标准测试信号，还可以是不同光谱的光信号，通过与接收端的测试仪表进行指定光学通信系统性能指标测试。另外一端的光源探测系统95为标准的光学探测装置，可以是照度探测器，功率探测器，光谱探测器或者光学数字接收器，最后转接误码仪或者示波器进行通信质量测试。
32.本发明的使用方法和测试原理如下：1、真空测试。
33.当需要测试真空环境的光学通信能力时，只需关闭真空注液/气阀门3，打开真空抽气阀门2，并启动真空泵12，当真空计13显示真空压强满足测试真空度条件时，即可以将被测光源系统94和对应的光源探测系统95分别放置在石英管1两侧进行光学通信测试。
34.2、气体环境测试。
35.当需要测试特定气体环境的光通信能力时，先关闭真空注液/气阀门3，打开真空抽气阀门2，并启动真空泵12，当真空计13显示真空压强满足条件时，打开真空注液/气阀门3充入气体，直至真空计13显示气体压强满足气体浓度条件即可以将被测光源系统和光源探测系统95分别放置在石英管1两侧。
36.具体换算关系可以根据理想气体状态方程：p
t
v=nrt，（1）p
t
为该气体压强，气体压强可用真空计测试结果进行换算，v为体积（石英管容积），n为气体物质的量，t为热力学温度（热电偶/铂电阻传感器精确测量结果）。r为气体常数，不同状况下数值有所不同。
37.气体物质的量又可以表示为：n=cv；
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（2）
v为体积（石英管容积），c为气体浓度；气体绝对压强可以表示为：pt=p+p0；（3）其中，p表示真空计测量的压强值，p0表示标准大气压强。
38.综合公式（1）~（3），可计算得出：c=（p+ p0）/rt。
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（4）3、液体蒸气环境测试。
39.当需要测试液体环境的光通信能力时，打开真空注液/气阀门3充入液体，直至充入液体量满足设定值，然后关闭真空注液/气阀门3，打开真空抽气阀门2，并启动真空泵12，当真空计13显示真空压强满足条件时，打开温控仪，对石英管1进行加热，使其内部液体气化，当石英管1温度稳定在设定温度下时，即可以将被测光学系统94和光源探测系统95分别放置在石英管1两侧。石英管1内的液体蒸气压强也可以通过温度进行调节。根据公式（1）可以得出温度与气体压强的关系。
40.4、液体环境测试。
41.当需要测试纯液体环境的光通信能力时，打开真空抽气阀门2和真空注液/气阀门3，充入液体，液体量充满石英管1，然后关闭真空抽气阀门2和真空注液/气阀门3，打开温控仪，对石英管1进行加热至指定测试温度（不高于液体沸点），然后可以将被测光源系统94和光源探测系统95分别放置在石英管1两侧进行光学测试。
42.5、整体光学系统模拟测试环境。
43.此外，本实施例的光学通信环境模拟测试系统还可以对整体光学系统进行测试。如图7所示，可以将被测光源系统94和光源探测系统95整体均放入石英管1内。如图8所示，此时需要在石英管两侧的密封法兰6上设置对应的通信接口61（密封防水），被测光源系统94和光源探测系统95通过防水耐高温通信线缆96与石英管1外设备连接，即可实现全系统的密封真空环境、气液环境测试，而不仅限于光路测试。如有这种测试需求，此时石英管1的直径与接口类型按照被测光学系统进行定制设计，属于衍生测试项目。此外，也可以将光源探测系统95放置石英管1另一端外侧。
44.实施例二与实施例一相同的是，本发明实施例二提供了的光学通信环境模拟测试系统，其包括：石英管1、真空计13、温控仪；所述石英管1侧面设置有真空抽气阀门2和真空注液/气阀门3。所述真空抽气阀门2通过抽气管道与真空泵12连接，所述真空注液/气阀门3用于注入测试气体或液体，所述真空计13用于测量石英管1内气体压强，所述温控仪用于控制石英管1的温度。
45.如图9所示，与实施例一不同的是，本实施例仅包括一个石英管1，石英管1两端均设置有限位法兰11，所述石英管1两端还套设有连接法兰4，所述限位法兰11用于对连接法兰4限位；所述限位法兰11外侧设置有级联法兰5，所述级联法兰5一端设置有螺纹部51。级联法兰5分别与石英管1上对应的连接法兰4螺纹连接。
46.本实施例中，所述级联法兰5仅一端设置有第一凸台52和第二凸台53，所述第一凸台52用于设置光学镜片7，所述第二凸台53用于设置密封法兰6，具体地，本实施例中，位于石英管1外侧的两个级联法兰5中，其第二凸台53均设置最外端，且级联法兰5上均设置有密
封法兰6和光学镜片7，通过设置密封法兰6和光学镜片7，可以密封石英管1的两端。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，包括：石英管（1），真空计（13），温控仪，所述石英管（1）两端均设置有限位法兰（11），侧面设置有真空抽气阀门（2）和真空注液/气阀门（3）；所述石英管（1）两端还套设有连接法兰（4），所述限位法兰（11）用于对连接法兰（4）限位；所述限位法兰（11）外侧设置有级联法兰（5），所述级联法兰（5）一端与所述连接法兰（4）螺纹连接；所述级联法兰（5）另一端设置有第一凸台（52）和第二凸台（53），所述第一凸台（52）用于设置光学镜片（7），所述第二凸台（53）用于设置密封法兰（6），所述密封法兰（6）设置在光学镜片（7）外侧且与所述级联法兰（5）另一端固定连接，用于密封所述石英管（1）的两端；所述真空抽气阀门（2）通过抽气管道与真空泵（12）连接，所述真空注液/气阀门（3）用于注入测试介质，所述真空计（13）用于测量石英管（1）内压强，所述温控仪用于控制石英管（1）的温度。2.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，测试系统包括多个石英管（1），各个石英管（1）之间通过所述级联法兰（5）固定连接；位于两个石英管（1）之间的级联法兰（5）两端均设置有螺纹部（51），所述级联法兰（5）和密封法兰（6）中心均设置有通光孔。3.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，所述级联法兰（5）一端外周设置有外螺纹，所述连接法兰（4）靠近级联法兰（5）的一端设置有与之配合的内螺纹。4.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，所述温控仪包括：温度传感器（14），加热片（15）和控温测温电路（16），所述温度传感器（14）和加热片（15）设置在石英管（1）外表面不同位置，所述控温测温电路（16）用于根据温度传感器（14）的测量温度控制所述加热片（15）的加热功率。5.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，所述石英管（1）上还设置有保护凸箍（10），所述保护凸箍（10）用于对连接法兰（4）进行限位以保护真空抽气阀门（2）和真空注液/气阀门（3）。6.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，所述限位法兰（11）和光学镜片（7）两侧均设置有耐高温密封圈（8）。7.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，还包括可调立柱支架（9），所述可调立柱支架（9）包括底座（91）和刻度立柱（92），刻度立柱（92）的一端与级联法兰（5）螺纹连接，另一端设置在所述底座（91）内，并通过设置在所述底座（91）上的调节螺钉（93）固定。8.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，还包括三通接口（17），所述三通接口（17）的一端与所述真空抽气阀门（2）连接，第二端与所述真空泵（12）连接，第三端与所述真空计（13）连接。9.根据权利要求1所述的光学通信环境模拟测试系统，其特征在于，所述第二凸台（53）上设置有多个螺孔（54），所述密封法兰（6）通过端部设置在螺孔（54）内的螺钉与所述级联法兰（5）固定连接。

技术总结
本发明属于光通信技术领域，公开了一种光学通信环境模拟测试系统，包括：石英管、真空计、温控仪，石英管两端均设置有限位法兰，侧面设置有真空抽气阀门和真空注液/气阀门；石英管两端套设有连接法兰，限位法兰用于对连接法兰限位；限位法兰外侧设置有级联法兰，级联法兰一端与连接法兰螺纹连接，另一端设置有第一凸台和第二凸台，第一凸台用于设置光学镜片，第二凸台用于设置密封法兰，密封法兰设置在光学镜片外侧且与级联法兰另一端固定连接，用于密封石英管的两端；真空抽气阀门通过抽气管道与真空泵连接，真空注液/气阀门用于注入测试介质，真空计用于测量石英管内压强，温控仪用于控制石英管的温度。本发明提高了系统的测试能力。能力。能力。


技术研发人员：庞俊奇 谭秋林 董和磊 李谦 马宏帅 刘瑞康 张磊 熊继军
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/11