一種光纖扭轉角度的精確測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖扭轉角度的精確測量裝置及其測量方法，該測量裝置中可升降平臺上固定垂直板，垂直板從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具，N個切割刀分別固定在N個光纖夾具一端；光學成像系統(tǒng)固定在可升降平臺上，顯微鏡設置在可升降平臺上方，且顯微鏡、圖像采集系統(tǒng)和計算機依次連接，照明燈放置在可升降平臺上，使得待測光纖端面通過光學成像系統(tǒng)可成像到顯微鏡下，圖像采集系統(tǒng)采集顯微鏡下的成像結果，并輸出給計算機，計算機經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度，該測量裝置能夠精確的測量出光纖扭轉的角度，結構簡單，操作方便，成本低廉，測量精度高。
【專利說明】一種光纖扭轉角度的精確測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖扭轉角度的精確測量裝置及其測量方法，屬于光纖扭轉角度測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]扭轉角度在現(xiàn)實生活中是常見的參量之一。目前扭轉角度的測量方法包括滑動電阻器檢測以及光電傳感測試等，滑動電阻器檢測具有測量精度差、監(jiān)測角度小、抗干擾能力差的缺點；而典型的光電傳感測試是通過測試轉動光柵的變化達到測試旋轉參量的目的，同樣存在精度低、結構復雜的缺點，從而限制了現(xiàn)有傳感器的使用范圍。
[0003]光纖受扭轉將產生兩種效應:幾何效應和光彈效應。這兩種效應都會引起光波偏振態(tài)變化。幾何效應表現(xiàn)在隨著光纖扭轉一角度，橫向電場的偏振態(tài)也將扭轉同一角度。光彈效應是扭轉力使光纖內部產生彈性畸變場，導致折射率或介電常數(shù)的改變。所以光纖扭轉角度的精確測量是時下急需解決的問題。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種光纖扭轉角度的精確測量裝置，該測量裝置能夠精確的測量出光纖扭轉的角度，解決了光纖扭轉角度高精度測量的問題，其結構簡單，操作方便，成本低廉，測量精度高。
[0005]本發(fā)明的另外一個目的在于提供一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現(xiàn)的:
[0007]一種光纖扭轉角度的精確測量裝置，包括垂直板、N個光纖夾具、N個切割刀、重力錘、可升降平臺、光學成像系統(tǒng)、照明燈、顯微鏡、圖像采集系統(tǒng)和計算機，其中可升降平臺上固定垂直板，垂直板從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具，N個切割刀分別固定在N個光纖夾具一端；測量前采用第一個光纖夾具將待測光纖固定在垂直板頂部位置，待測光纖的另一端固定重力錘，測量時取下重力錘，并通過其余N-1個光纖夾具將待測光纖固定在垂直板上；光學成像系統(tǒng)固定在可升降平臺上，顯微鏡設置在可升降平臺上方，且顯微鏡、圖像采集系統(tǒng)和計算機依次連接，照明燈放置在可升降平臺上，位于光學成像系統(tǒng)的一側，使得待測光纖端面通過光學成像系統(tǒng)可成像到可升降平臺上方的顯微鏡下，圖像采集系統(tǒng)采集顯微鏡下的成像結果，并輸出給計算機，計算機經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度，其中N為正整數(shù)，且NS 2。
[0008]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置中，計算機經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度的具體方法為:
[0009]測量時待測光纖通過N個光纖夾具固定在垂直板上，計算機識別出待測光纖端面的兩個重摻雜區(qū)域和纖芯區(qū)域的圓邊界，根據(jù)三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線，即基準軸線；之后解開重力錘，并由下至上依次解開各個光纖夾具，每解開一個光纖夾具得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線，所述軸線之間的角度即扭轉角度。[0010]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置中，待測光纖為保偏光纖，安裝在垂直板上的N個光纖夾具間的距離可調。
[0011]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置中，光學成像系統(tǒng)由兩個等腰直角棱鏡和透鏡組組成，所述待測光纖端面位于距所述透鏡組中心2f位置處，所述f為透鏡焦距。
[0012]一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法，包括如下步驟:
[0013]步驟(一)、在可升降平臺上固定垂直板，并在垂直板上從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具，且每個光纖夾具一端安裝一個切割刀，將待測光纖的一端用第一個光纖夾具固定在垂直板的頂部位置，待測光纖的另一端固定重力錘，使得待測光纖自然下垂，靜置10分鐘以上，使待測光纖解自旋；
[0014]步驟(二)、待測光纖自旋解除后，采用其余N-1個光纖夾具依次對待測光纖進行固定，取下重力錘，在垂直板的正下方設置光學成像系統(tǒng)，并將光學成像系統(tǒng)固定在可升降平臺上；
[0015]步驟(三)、開啟放置在可升降平臺上的照明燈，待測光纖端面經(jīng)光學成像系統(tǒng)成像在可升降平臺上方的顯微鏡下，圖像采集系統(tǒng)采集顯微鏡下的成像結果，并輸出給計算機，計算機經(jīng)模式識別，識別出此時的軸線，將所述軸線作為基準軸；
[0016]步驟(四)、在待測光纖上固定第N個光纖夾具的位置，采用安裝在第N個光纖夾具上的切割刀將待測光纖切斷，并將第N個光纖夾具及切割刀取走，調整光學成像系統(tǒng)的位置，重復步驟(三)，識別出此時的軸線1，所述軸線I與基準軸的夾角即為扭轉角度Θ I ；
[0017]步驟(五)、在待測光纖上固定第N-1個光纖夾具的位置，采用安裝在第N-1個光纖夾具上的切割刀將待測光纖切斷，并將第N-1個光纖夾具及切割刀取走，調整光學成像系統(tǒng)的位置，重復步驟(三)，識別出此時的軸線2，所述軸線2與基準軸的夾角即為扭轉角度Θ 2 ;依次類推，在垂直板上由下至上依次取走光纖夾具和切割刀，分別得到扭轉角度Θ 3、Θ 4......Θ N-10
[0018]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法中，步驟(三)中計算機經(jīng)模式識另IJ，識別出此時的軸線的方法為:計算機識別出待測光纖端面的兩個重摻雜區(qū)域和纖芯區(qū)域的圓邊界，根據(jù)三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線。
[0019]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法中，步驟(一)中待測光纖解自旋是解除待測光纖涂覆層的扭轉。
[0020]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法中，待測光纖為保偏光纖；安裝在垂直板上的N個光纖夾具間的距離可調。
[0021]在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法中，光學成像系統(tǒng)由兩個等腰直角棱鏡和透鏡組組成，所述待測光纖端面位于距所述透鏡組中心2f位置處，所述f為透鏡焦距。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0023](I)、本發(fā)明針對光纖扭轉角度的測量設計了一種全新的測量裝置，該測量裝置集機械設計、光學設計、模式識別方法等于一體，能夠精確的測量出光纖扭轉的角度，解決了光纖扭轉角度高精度測量的問題，且結構簡單，操作方便，成本低廉，測量精度高；
[0024](2)、本發(fā)明測量裝置采用光學成像系統(tǒng)，使得待測光纖端面通過光學成像系統(tǒng)可成像到可升降平臺上方的顯微鏡下，使得測量的直觀性增強；[0025](3)、本發(fā)明測量過程中采用創(chuàng)新的模式識別方法，使計算機經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度，實現(xiàn)了光纖扭轉角度的精確測量；
[0026](4)、本發(fā)明光纖扭轉角度的精確測量方法基于創(chuàng)新設計的測量裝置實現(xiàn)，具有較高的測量精度，且方法簡單、可操作性強，易于實現(xiàn)，具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明待測光纖解自旋示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明光纖扭轉角度測量裝置結構示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明待測光纖端面在顯微鏡下的基準軸示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明待測光纖在顯微鏡下的軸線示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明測量過程中取走第N個光纖夾具及切割刀示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明測量過程中依次取走中間光纖夾具及切割刀示意圖；
[0033]I待測光纖；2垂直板；3光纖夾具；4切割刀；5重力錘；6可升降平臺；7光學成像系統(tǒng)；8等腰直角棱鏡；9透鏡組；10照明燈；11顯微鏡；12圖像采集系統(tǒng)；13計算機。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖 和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0035]如圖2所示為本發(fā)明光纖扭轉角度測量裝置結構示意圖，由圖可知本發(fā)明光纖扭轉角度的精確測量裝置包括垂直板2、光纖夾具3、切割刀4、重力錘5、可升降平臺6、光學成像系統(tǒng)7、照明燈10、顯微鏡11、圖像采集系統(tǒng)12和計算機13。
[0036]其中可升降平臺6上固定垂直板2，垂直板2上從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具3，安裝在垂直板2上的N個光纖夾具3間的距離可調，例如，可以為0.1m, 0.2m等。N個切割刀4分別固定在N個光纖夾具3 —端。
[0037]如圖1所示為本發(fā)明待測光纖解自旋示意圖，首先采用第一個光纖夾具3將待測光纖I固定在垂直板2頂部位置，待測光纖I的另一端固定重力錘5，測量時取下重力錘5，通過其余N-1個光纖夾具3將待測光纖I固定在垂直板2上，開始測量。光學成像系統(tǒng)7固定在可升降平臺6上，顯微鏡11設置在可升降平臺6上方，且顯微鏡11、圖像采集系統(tǒng)12和計算機13依次連接，照明燈10放置在可升降平臺6上，位于光學成像系統(tǒng)7的一側，使得待測光纖I端面通過光學成像系統(tǒng)7可清晰成像到可升降平臺6上方的顯微鏡11下，圖像采集系統(tǒng)12采集顯微鏡11下的成像結果，并輸出給計算機13，計算機13經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度，其中N為正整數(shù)，且N≥2。
[0038]其中光學成像系統(tǒng)7由兩個等腰直角棱鏡8和透鏡組9組成，待測光纖I端面位于距透鏡組9中心2f位置處，f為透鏡焦距；圖像采集系統(tǒng)包括CXD傳感部分和模擬數(shù)字信號轉換及處理部分；顯微鏡11的放大倍數(shù)可達幾十倍；待測光纖I為保偏光纖。
[0039]計算機13經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度的具體方法為:
[0040]測量時待測光纖I通過N個光纖夾具3固定在垂直板2上，計算機識別出待測光纖I端面的兩個重摻雜區(qū)域和纖芯區(qū)域的圓邊界，根據(jù)三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線，即基準軸線；之后解開重力錘5，并由下至上依次解開各個光纖夾具3，每解開一個光纖夾具3得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線，軸線之間的角度即扭轉角度。
[0041]本發(fā)明光纖扭轉角度的精確測量方法包括如下步驟:
[0042]步驟(一)、在可升降平臺6上固定垂直板2，并在垂直板2上從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具3，且每個光纖夾具3 —端安裝一個切割刀4，將待測光纖I的一端用第一個光纖夾具3固定在垂直板2的頂部位置，待測光纖I的另一端固定重力錘5，使得待測光纖I自然下垂，靜置10分鐘以上，使待測光纖I解自旋，待測光纖I解自旋是解除待測光纖I涂覆層的扭轉，如圖1所示。
[0043]步驟(二)、待測光纖I自旋解除后，采用其余N-1個光纖夾具3依次對待測光纖I進行固定，取下重力錘5，在垂直板2的正下方設置光學成像系統(tǒng)7，并將光學成像系統(tǒng)7固定在可升降平臺6上；
[0044]步驟(三)、開啟放置在可升降平臺6上的照明燈10，待測光纖I端面經(jīng)光學成像系統(tǒng)7成像在可升降平臺 6上方的顯微鏡11下，圖像采集系統(tǒng)12采集顯微鏡11下的成像結果，并輸出給計算機13，計算機13經(jīng)模式識別，識別出此時的軸線，將該軸線作為基準軸。如圖3所示為本發(fā)明待測光纖端面在顯微鏡下的基準軸示意圖。
[0045]其中計算機13經(jīng)模式識別，識別出此時的軸線的方法為:計算機識別出待測光纖I端面的兩個重摻雜區(qū)域和纖芯區(qū)域的圓邊界，根據(jù)三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線。
[0046]步驟(四)、在待測光纖I上固定第N個光纖夾具3的位置，采用安裝在第N個光纖夾具3上的切割刀4將待測光纖I切斷，并將第N個光纖夾具3及切割刀4取走，調整光學成像系統(tǒng)7的位置，重復步驟(三)，識別出此時的軸線1，軸線I與基準軸的夾角即為扭轉角度Θ I ;
[0047]步驟(五)、在待測光纖I上固定第N-1個光纖夾具3的位置，采用安裝在第N-1個光纖夾具3上的切割刀4將待測光纖I切斷，并將第N-1個光纖夾具3及切割刀4取走，調整光學成像系統(tǒng)7的位置，重復步驟(三)，識別出此時的軸線2，軸線2與基準軸的夾角即為扭轉角度Θ 2。
[0048]依次類推，在垂直板2上由下至上依次取走光纖夾具3和切割刀4，分別得到扭轉角度Θ3、Θ4……ΘΝ-1。如圖4所示為本發(fā)明待測光纖在顯微鏡下的軸線示意圖，圖4中給出了其中兩條軸線圖示。圖5所示為本發(fā)明測量過程中取走第N個光纖夾具及切割刀示意圖；圖6為本發(fā)明測量過程中依次取走中間光纖夾具及切割刀示意圖。
[0049]本發(fā)明安裝在垂直板2上的光纖夾具3由上而下分別為:第一光纖夾具、第二光纖夾具……第N光纖夾具。
[0050]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0051]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種光纖扭轉角度的精確測量裝置，其特征在于:包括垂直板(2)、N個光纖夾具(3)、N個切割刀(4)、重力錘(5)、可升降平臺(6)、光學成像系統(tǒng)(7)、照明燈(10)、顯微鏡(11)、圖像采集系統(tǒng)(12)和計算機(13)，其中可升降平臺(6)上固定垂直板(2)，垂直板(2)從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具(3)，N個切割刀(4)分別固定在N個光纖夾具(3)—端；測量前采用第一個光纖夾具(3)將待測光纖(I)固定在垂直板(2)頂部位置，待測光纖(I)的另一端固定重力錘(5)，測量時取下重力錘(5)，并通過其余N-1個光纖夾具(3)將待測光纖(I)固定在垂直板(2)上；光學成像系統(tǒng)(7)固定在可升降平臺(6)上，顯微鏡(11)設置在可升降平臺(6)上方，且顯微鏡(11)、圖像采集系統(tǒng)(12)和計算機(13)依次連接，照明燈(10)放置在可升降平臺(6)上，位于光學成像系統(tǒng)(7)的一側，使得待測光纖(I)端面通過光學成像系統(tǒng)(7)可成像到可升降平臺(6)上方的顯微鏡(11)下，圖像采集系統(tǒng)(12)采集顯微鏡(11)下的成像結果，并輸出給計算機(13)，計算機(13)經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度，其中N為正整數(shù)，且N≥2。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置，其特征在于:所述計算機(13)經(jīng)模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度的具體方法為: 測量時待測光纖(I)通過N個光纖夾具(3)固定在垂直板(2)上，計算機識別出待測光纖(I)端面的兩個重摻雜區(qū)域和纖芯區(qū)域的圓邊界，根據(jù)三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線，即基準軸線；之后解開重力錘(5)，并由下至上依次解開各個光纖夾具(3)，每解開一個光纖夾具(3)得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線，所述軸線之間的角度即扭轉角度。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種 光纖扭轉角度的精確測量裝置，其特征在于:所述待測光纖(I)為保偏光纖，所述安裝在垂直板(2 )上的N個光纖夾具(3 )間的距離可調。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置，其特征在于:所述光學成像系統(tǒng)(7)由兩個等腰直角棱鏡(8)和透鏡組(9)組成，所述待測光纖(I)端面位于距所述透鏡組(9)中心2f位置處，所述f為透鏡焦距。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟(一)、在可升降平臺(6)上固定垂直板(2)，并在垂直板(2)上從上至下依次等間距安裝N個光纖夾具(3)，且每個光纖夾具(3) 一端安裝一個切割刀(4)，將待測光纖(I)的一端用第一個光纖夾具(3)固定在垂直板(2)的頂部位置，待測光纖(I)的另一端固定重力錘(5)，使得待測光纖(I)自然下垂，靜置10分鐘以上，使待測光纖(I)解自旋； 步驟(二)、待測光纖(I)自旋解除后，采用其余N-1個光纖夾具(3 )依次對待測光纖(I)進行固定，取下重力錘(5)，在垂直板(2)的正下方設置光學成像系統(tǒng)(7)，并將光學成像系統(tǒng)(7)固定在可升降平臺(6)上； 步驟(三)、開啟放置在可升降平臺(6)上的照明燈(10)，待測光纖(I)端面經(jīng)光學成像系統(tǒng)(7)成像在可升降平臺(6)上方的顯微鏡(11)下，圖像采集系統(tǒng)(12)采集顯微鏡(11)下的成像結果，并輸出給計算機(13)，計算機(13)經(jīng)模式識別，識別出此時的軸線，將所述軸線作為基準軸； 步驟(四)、在待測光纖(I)上固定第N個光纖夾具(3)的位置，采用安裝在第N個光纖夾具(3 )上的切割刀(4)將待測光纖(I)切斷，并將第N個光纖夾具(3 )及切割刀(4)取走，調整光學成像系統(tǒng)(7)的位置，重復步驟(三)，識別出此時的軸線1，所述軸線I與基準軸的夾角即為扭轉角度ΘI ; 步驟(五)、在待測光纖(I)上固定第N-1個光纖夾具(3)的位置，采用安裝在第N-1個光纖夾具(3)上的切割刀(4)將待測光纖(I)切斷，并將第N-1個光纖夾具(3)及切割刀(4)取走，調整光學成像系統(tǒng)(7)的位置，重復步驟(三)，識別出此時的軸線2，所述軸線2與基準軸的夾角即為扭轉角度Θ 2 ;依次類推，在垂直板(2)上由下至上依次取走光纖夾具(3)和切割刀(4)，分別得到扭轉角度Θ3、Θ4……ΘΝ-1。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法，其特征在于:所述步驟(三)中計算機(13)經(jīng)模式識別，識別出此時的軸線的方法為:計算機識別出待測光纖(I)端面的兩個重摻雜區(qū)域和纖芯區(qū)域的圓邊界，根據(jù)三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經(jīng)過三個圓心的軸線。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法，其特征在于:所述步驟(一)中待測光纖(I)解自旋是解除待測光纖(I)涂覆層的扭轉。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法，其特征在于:所述待測光纖(I)為保偏光纖；所述安裝在垂直板(2)上的N個光纖夾具(3)間的距離可調。
9.根據(jù)權利要求 5所述的一種光纖扭轉角度的精確測量裝置的測量方法，其特征在于:所述光學成像系統(tǒng)(7)由兩個等腰直角棱鏡(8)和透鏡組(9)組成，所述待測光纖(I)端面位于距所述透鏡組(9)中心2f位置處，所述f為透鏡焦距。
【文檔編號】G01N3/06GK103792150SQ201410016659
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】王學鋒, 王巍, 李俊一, 馮巧玲 申請人:北京航天時代光電科技有限公司