[發明專利]保偏光纖自動定軸系統

有效

• 申請號: 201310205159.2
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103308978A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 馮迪;劉振華;劉美華;楊德偉;宋凝芳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/024
• 分類號: G02B6/024
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于光纖傳感器技術領域，涉及一種高精度閉環控制的保偏光纖自動定軸系統。

背景技術

保偏光纖對沿其偏振軸輸入的線偏振光有較強的偏振保持能力，在以光學相干檢測為基礎的干涉型光纖傳感器中，使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變，提高相干信噪比，以實現對物理量的高精度測量。而保偏光纖偏振軸的檢測和定位是其應用中的關鍵技術。目前，國內外的保偏光纖定軸方法主要是基于側視成像的間接測量方法，理論精度可以達到0.5°，仍然具有較高的誤差。并且工作人員需要根據檢測到的誤差再去手動調整保偏光纖的偏振軸，整個過程精度不高并且效率低下。

數字圖像處理就是利用計算機對圖像信息進行加工以滿足人的視覺心理或者應用需求的行為。實質上是一段能夠被計算機還原顯示和輸出為一幅圖像的數字碼。圖像作為人類感知世界的視覺基礎，是人類獲取信息、表達信息和傳遞信息的重要手段。數字圖像處理技術內容十分豐富，例如圖像獲取、圖像轉換、圖像增強、目標檢測、圖像分析、圖像識別等。數字圖像處理技術可以幫助人們更客觀、準確地認識世界，人的視覺系統可以幫助人類從外界獲取3/4以上的信息，而圖像、圖形又是所有視覺信息的載體，盡管人眼的鑒別力很高，可以識別上千種顏色，但很多情況下，圖像對于人眼來說是模糊的甚至是不可見的，通過圖像增強技術，可以使模糊甚至不可見的圖像變得清晰明亮。另一方面，通過數字圖像處理中的模式識別技術，可以將人眼無法識別的圖像進行分類處理。通過計算機模式識別技術可以快速準確的檢索、匹配和識別出各種東西，并且具有可再現性高、處理精度高、適用面寬的特點。

步進電機作為一種數字式的執行元件，它將電脈沖信號轉換成相應的角位移，其特點顯著，步進電機的位移與輸入脈沖數嚴格成正比，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性；低速下能獲得較大轉矩，一般可以不用減速器而直接驅動負載。同時，采用步進電機構成的控制系統具有價格低、控制簡單、維護容易等優點，特別是隨著微型計算機和微電了技術的發展，使步進電機得到更加廣泛的應用，同時也對步進電機的運行性能提出了更高的要求。

步進電機的細分驅動技術是一種電子阻尼技術，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，同時可以提高電機的運轉精度。細分后電機運轉時對每一個脈沖的分辨率提高了，但運轉精度能否達到或接近脈沖分辨率還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。電流細分是細分驅動的一種方法，恒流的實現常用斬波驅動，給定的電流是以正弦波分布。另一種為電壓細分，這種方法是比正弦波的電壓驅動電機的線圈，可以不需要反饋地實現電機的細分驅動，但是由于電機的反電勢等作用，正弦波電壓驅動并不能產生正弦波的電流，效果沒有電流細分好，但是它的驅動電路相對簡單。

發明內容

本發明的目的是提供一種保偏光纖自動定軸系統，該系統可以實時檢測保偏光纖的偏振軸方位角，并運用合理的控制算法控制光纖轉軸精密調節臺的轉動，使保偏光纖的偏振軸穩定、準確、快速地到達預定的位置。

本發明的保偏光纖自動定軸系統包括：圖像處理和角度控制模塊、控制器、執行機構和角度檢測裝置。執行機構包括光纖轉軸精密調節臺和驅動電路，角度檢測裝置包括成像透鏡和高精度CCD相機。保偏光纖被固定在光纖轉軸精密調節臺上，且保偏光纖與成像透鏡同軸。保偏光纖的端面圖像經成像透鏡放大，被CCD相機實時采集，CCD相機將實時采集到的圖像im傳送給圖像處理和角度控制模塊。

圖像處理和角度控制模塊，對接收到的圖像處理，檢測到保偏光纖的兩個應力區的圓心，具體過程是：接收到圖像im后，先將圖像im轉化為灰度圖像，對灰度圖像進行小波降噪和中值濾波得到圖像iw，再對圖像iw進行全局閾值處理，處理得到的閾值作為二值化閾值，將圖像iw二值化得到圖像bw，利用Robert算子提取二值化圖像bw的邊緣圖像ib，在邊緣圖像ib中截取保偏光纖端面所在區域ibp，對CCD相機再采集回來的圖像截取保偏光纖端面對應的固定區域處理，對區域圖像ibp做亞像素邊緣提取，得到圖像ibm，通過hough變換檢測圖像ibm中圓的圓心及半徑，通過設置閾值，檢測到保偏光纖的兩個應力區的圓心。通過兩個圓心的坐標計算出偏振軸的角度α，通過邊緣圖像ib得到光纖襯塊的上邊緣，對上邊緣點的一次函數擬合得到基準線的方程，基準線的斜率對應的角度為β，由α-β得到偏差角。