[发明专利]一种光纤扭转角度的精确测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤扭转角度的精确测量装置及其测量方法，属于光纤扭转角度测量技术领域。

背景技术

扭转角度在现实生活中是常见的参量之一。目前扭转角度的测量方法包括滑动电阻器检测以及光电传感测试等，滑动电阻器检测具有测量精度差、监测角度小、抗干扰能力差的缺点；而典型的光电传感测试是通过测试转动光栅的变化达到测试旋转参量的目的，同样存在精度低、结构复杂的缺点，从而限制了现有传感器的使用范围。

光纤受扭转将产生两种效应:几何效应和光弹效应。这两种效应都会引起光波偏振态变化。几何效应表现在随着光纤扭转一角度，横向电场的偏振态也将扭转同一角度。光弹效应是扭转力使光纤内部产生弹性畸变场，导致折射率或介电常数的改变。所以光纤扭转角度的精确测量是时下急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种光纤扭转角度的精确测量装置，该测量装置能够精确的测量出光纤扭转的角度，解决了光纤扭转角度高精度测量的问题，其结构简单，操作方便，成本低廉，测量精度高。

本发明的另外一个目的在于提供一种光纤扭转角度的精确测量装置的测量方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种光纤扭转角度的精确测量装置，包括垂直板、N个光纤夹具、N个切割刀、重力锤、可升降平台、光学成像系统、照明灯、显微镜、图像采集系统和计算机，其中可升降平台上固定垂直板，垂直板从上至下依次等间距安装N个光纤夹具，N个切割刀分别固定在N个光纤夹具一端；测量前采用第一个光纤夹具将待测光纤固定在垂直板顶部位置，待测光纤的另一端固定重力锤，测量时取下重力锤，并通过其余N-1个光纤夹具将待测光纤固定在垂直板上；光学成像系统固定在可升降平台上，显微镜设置在可升降平台上方，且显微镜、图像采集系统和计算机依次连接，照明灯放置在可升降平台上，位于光学成像系统的一侧，使得待测光纤端面通过光学成像系统可成像到可升降平台上方的显微镜下，图像采集系统采集显微镜下的成像结果，并输出给计算机，计算机经模式识别，识别出光斑轴线，进而计算出扭转角度，其中N为正整数，且N≥2。

在上述光纤扭转角度的精确测量装置中，计算机经模式识别，识别出光斑轴线，进而计算出扭转角度的具体方法为：

测量时待测光纤通过N个光纤夹具固定在垂直板上，计算机识别出待测光纤端面的两个重掺杂区域和纤芯区域的圆边界，根据三个圆边界找到各自的圆心位置，得到一条经过三个圆心的轴线，即基准轴线；之后解开重力锤，并由下至上依次解开各个光纤夹具，每解开一个光纤夹具得到一条经过三个圆心的轴线，所述轴线之间的角度即扭转角度。

在上述光纤扭转角度的精确测量装置中，待测光纤为保偏光纤，安装在垂直板上的N个光纤夹具间的距离可调。

在上述光纤扭转角度的精确测量装置中，光学成像系统由两个等腰直角棱镜和透镜组组成，所述待测光纤端面位于距所述透镜组中心2f位置处，所述f为透镜焦距。

一种光纤扭转角度的精确测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤（一）、在可升降平台上固定垂直板，并在垂直板上从上至下依次等间距安装N个光纤夹具，且每个光纤夹具一端安装一个切割刀，将待测光纤的一端用第一个光纤夹具固定在垂直板的顶部位置，待测光纤的另一端固定重力锤，使得待测光纤自然下垂，静置10分钟以上，使待测光纤解自旋；

步骤（二）、待测光纤自旋解除后，采用其余N-1个光纤夹具依次对待测光纤进行固定，取下重力锤，在垂直板的正下方设置光学成像系统，并将光学成像系统固定在可升降平台上；

步骤（三）、开启放置在可升降平台上的照明灯，待测光纤端面经光学成像系统成像在可升降平台上方的显微镜下，图像采集系统采集显微镜下的成像结果，并输出给计算机，计算机经模式识别，识别出此时的轴线，将所述轴线作为基准轴；

步骤（四）、在待测光纤上固定第N个光纤夹具的位置，采用安装在第N个光纤夹具上的切割刀将待测光纤切断，并将第N个光纤夹具及切割刀取走，调整光学成像系统的位置，重复步骤（三），识别出此时的轴线1，所述轴线1与基准轴的夹角即为扭转角度θ1；

步骤（五）、在待测光纤上固定第N-1个光纤夹具的位置，采用安装在第N-1个光纤夹具上的切割刀将待测光纤切断，并将第N-1个光纤夹具及切割刀取走，调整光学成像系统的位置，重复步骤（三），识别出此时的轴线2，所述轴线2与基准轴的夹角即为扭转角度θ2；依次类推，在垂直板上由下至上依次取走光纤夹具和切割刀，分别得到扭转角度θ3、θ4……θN-1。