[發明專利]一種熊貓型保偏光纖扭轉檢測及退扭的裝置和方法

有效

• 申請號: 201510073169.4
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104655058B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 劉夢楠;張彩妮;羅天;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及一種測量熊貓型保偏光纖的扭轉程度及繞制消扭的熊貓型保偏光纖環的裝置和方法。

背景技術

高精度光纖陀螺中主要使用保偏光纖繞制光纖環，而熊貓型保偏光纖又是保偏光纖中最常使用的類型之一。保偏光纖陀螺的磁場敏感性與光纖環繞制時保偏光纖的扭轉程度緊密相關，扭轉程度越大，光纖陀螺對徑向磁場越敏感。

由于光纖扭轉具有隨機性，因此徑向磁場對保偏光纖陀螺輸出所造成的影響也具有隨機性，從而難以進行有效補償。在不存在扭轉的理想情況下，保偏光纖環對徑向磁場不敏感，顯著降低光纖陀螺的磁場敏感性。繞制低扭轉的保偏光纖環對降低保偏光纖陀螺徑向磁場敏感性有重要意義。

本發明利用熊貓型保偏光纖側面的透鏡效應測量光纖扭轉量，對保偏光纖扭轉測量的過程不影響光纖繞環。繞環過程中可連續測量光纖扭轉量，實現邊繞環邊退扭，從而繞制出低扭轉的熊貓型保偏光纖環。下文中如未特別說明，所述光纖均為熊貓型保偏光纖。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種熊貓型保偏光纖扭轉檢測及退扭的裝置和方法，能夠在不影響保偏光纖環繞制的情況下測量熊貓型保偏光纖的扭轉量，并根據光纖扭轉量的大小及方向，控制運動機構進行退扭，繞制出消扭的保偏光纖環，降低保偏光纖陀螺對徑向磁場的敏感性。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種熊貓型保偏光纖扭轉測量及退扭的裝置，包括放纖裝置、收纖裝置、退扭轉臺、光源、光學鏡頭、圖像傳感器、計算機和控制器，其中，放纖裝置安裝在退扭轉臺上；光源放置在放纖光纖環和收纖光纖環之間的光纖上方，垂直對光纖側面照射；光學鏡頭安裝在圖像傳感器上，置于光源所照射光纖的下方，光學鏡頭與光源共軸；圖像傳感器連接計算機；計算機可與控制器進行通信；控制器與控制退扭轉臺連接，控制退扭轉臺運動。

進一步地，所述退扭轉臺為由步進電機或伺服電機驅動的電控旋轉臺。

進一步地，所述光學鏡頭為放大倍率不小于10倍的顯微物鏡。

進一步地，所述圖像傳感器為CCD型或CMOS型圖像傳感器。

進一步地，所述光源為波長在圖像傳感器5敏感波長范圍內的非相干平行光源。

一種熊貓型保偏光纖扭轉測量及退扭的方法，包括如下步驟：

(1)取一纏繞有未退扭熊貓型保偏光纖的光纖環，置于放纖裝置中放纖，同時收纖裝置進行收纖，放纖裝置與收纖裝置之間的平直光纖段為待測光纖；

(2)圖像傳感器通過光學鏡頭采集經過待測光纖折射后包含光纖扭轉角度信息的光強分布曲線；圖像傳感器將采集到的光強分布曲線送計算機進行圖像處理；

(3)在收纖初始階段，計算機識別出待測光纖的快軸初始方位角為θ₀；收纖過程中時刻t，計算機識別出的待測光纖的快軸方位角為θ_t；因此，時刻t相對于初始時刻的扭轉角為Δθ＝θ_t-θ₀；

(4)計算機將計算出的扭轉角度信息發送給控制器，控制器控制退扭轉臺帶動放纖裝置向減小扭轉的方向旋轉角Δθ，從而帶動待測光纖向減小扭轉的方向旋轉；

(5)圖像傳感器以等時間隔采集光強分布曲線，計算機相應的以等時間隔向控制器發送識別出的扭轉角度信息，控制器控制退扭轉臺重復上述退扭過程，從而顯著減小光纖環的扭轉量。

進一步地，所述步驟(3)中，所述計算機識別出待測光纖的快軸方位角θ具體包括以下子步驟：

(3.1)圖像傳感器采集到的沿垂直與光纖軸向的光強分布曲線具有如下特征，即在中心峰值兩側有兩個明顯的次峰峰值，計算機通過局部掃描法，識別出兩側次峰峰值與中心峰值所在位置，進而計算出兩側次峰峰值之間的距離L，以及左右兩側次峰峰值與中心峰值的距離，分別為L1和L2；

(3.2)兩側次峰峰值之間的距離L與光纖快軸方位角θ的絕對值成正比關系，即L值與光纖快軸方位角θ的絕對值一一對應，且由于熊貓型保偏光纖幾何結構具有對稱性，可獲得L＝f(|θ|)的標定曲線；將檢測到的L值帶入標定曲線即可得到對應方位角θ的絕對值；

(3.3)根據L1與L2的大小可判斷扭轉方向，其中，若L1>L2，則光纖向L1對應一側扭轉了|θ|角，則θ<0；反之，則光纖向L2一側扭轉了|θ|角，則θ>0。