[發明專利]一種光纖扭轉角度的精確測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201410016659.6
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103792150A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 王學鋒;王巍;李俊一;馮巧玲
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G01N3/26
• 分類號: G01N3/26;G01N3/06;G01B11/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發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

扭轉角度在現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，從而限制了現有傳感器的使用范圍。

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變化。幾何效應表現在隨著光纖扭轉一角度，橫向電場的偏振態也將扭轉同一角度。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。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，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。

本發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。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

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、照明燈、顯微鏡、圖像采集系統和計算機，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，位于光學成像系統的一側，使得待測光纖端面通過光學成像系統可成像到可升降平臺上方的顯微鏡下，圖像采集系統采集顯微鏡下的成像結果，并輸出給計算機，計算機經模式識別，識別出光斑軸線，進而計算出扭轉角度，其中N為正整數，且N≥2。

在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置中，計算機經模式識別，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域和纖芯區域的圓邊界，根據三個圓邊界找到各自的圓心位置，得到一條經過三個圓心的軸線，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過三個圓心的軸線，所述軸線之間的角度即扭轉角度。

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。

在上述光纖扭轉角度的精確測量裝置中，光學成像系統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。

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：

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；

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，并將光學成像系統固定在可升降平臺上；

步驟（三）、開啟放置在可升降平臺上的照明燈，待測光纖端面經光學成像系統成像在可升降平臺上方的顯微鏡下，圖像采集系統采集顯微鏡下的成像結果，并輸出給計算機，計算機經模式識別，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，調整光學成像系統的位置，重復步驟（三），識別出此時的軸線1，所述軸線1與基準軸的夾角即為扭轉角度θ1；

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θ2；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θ3、θ4……θN-1。