CN103604583A - 一种光纤外扭转参数的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤外扭转参数的检测方法，首先拉取一段待测光纤，使其处于悬垂状态，外扭转完全释放后，将无外扭转光纤段两端A、B点夹持，再拉取与AB段等长的光纤BC段，在C点进行夹持，然后将B点松开，检测B点处光纤扭转角度，即可得出光纤外扭转参数为：转角/长度。本发明的检测方法简单，易操作，具有很高的精度，可在线配置于光纤绕线机中，在线检测光纤环绕制过程中的光纤外扭转数据。

Description

一种光纤外扭转参数的检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种光纤外扭转参数的检测方法。

背景技术

光纤作为传感器传感部位的主要组成部分，在光学传感中发挥着不可替代的作用；光纤环作为角速率传感器中的敏感部件，其性能的稳定性直接影响传感器性能的稳定性。光纤在制作和缠绕成环过程中会产生扭转，这种扭转会引起光在光纤传播中的偏振态变化，从而造成了传感器性能的不稳定，带来测量误差。因此测量光纤的扭转非常重要。

发明内容

为了实现光纤外扭转的高精度测量，本发明提出一种光纤外扭转参数的检测方法。本发明可在光纤缠绕中实时监测光纤外扭转，实现光纤低扭转缠绕。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光纤外扭转参数的检测方法，其特征在于，该方法在光纤外扭转参数的检测系统上实现，所述系统包括光线固定夹、喷墨机、第一面阵CCD、第二面阵CCD、第三面阵CCD、CCD读出电路和计算机；第一面阵CCD、第二面阵CCD和第三面阵CCD分别由CCD读出电路与计算机相连；该方法包括以下步骤：

（1）首先从整盘待测光纤上拉取一段待测光纤，使其处于悬垂状态，外扭转完全释放后，形成待测光纤无扭转段，将其A、B两端分别用光线固定夹夹持固定。

（2）在待测光纤无扭转段的B端设置喷墨机，在待测光纤无扭转段的B端外圆周任一点打一个墨点。

（3）继续拉取光纤至与待测光纤无扭转段等长的长度，得到与待测光纤等长的待测光纤有扭转段，其两端分别为B端和C端，在C端用光线固定夹进行夹持。

（4）采用第一面阵CCD、第二面阵CCD和第三面阵CCD对墨点初始位置成像，得到一组图像；松开B点的夹持，墨点随光纤的扭转移动，采用第一面阵CCD、第二面阵CCD和第三面阵CCD再次对墨点成像，得到第二组图像。通过CCD读出电路输入计算机，将得到的两组图像进行数字图像处理。

（5）以CCD纵向像素建立一维坐标轴，每个CCD都为一个独立坐标轴，单位坐标大小为CCD一个像素大小，通过图像处理得到墨点中心对应的像素点，即坐标点X。每个面阵CCD拍摄的图像中心点为其坐标原点，第一面阵CCD图像中心处为墨点对应角度为零的位置，每个CCD图像上任一位置对应的角度θ与其对应坐标点X的关系为：X=R sinθ，其中R为光纤外径半径。取每个CCD对应的角度范围为-60°至+60°，那么可得，若墨点成像在第一面阵CCD正轴上，则墨点位置的对应角度为：

墨点成像在第二面阵CCD上，则墨点位置的对应角度为：

墨点成像在第三面阵CCD上，则墨点位置的对应角度为：

若墨点成像在第一面阵CCD负轴上，则墨点位置的对应角度为：

定义松开B点加持前后墨点对应的角度分别为θ₁、θ₂，θ₁、θ₂可以通过以上公式计算得到。采取连续拍摄方式判断光纤扭转方向，定义墨点沿逆时针移动为光纤正向扭转；沿顺时针移动为光纤反向扭转。同样采用连续拍摄的方法，得到墨点经过O点处的次数n，则当光纤正向扭转时，光纤最终扭转角度

当光纤反向扭转时，同理得到光纤最终扭转角度

（6）最终计算得到光纤的外扭转参数：式中，AB为待测光纤无扭转段的长度。

优选地，所述B点加持前墨点对应的角度θ₁=0°。

本发明的有益效果是，本发明光纤外扭转的检测方法操作简单，检测精度高，同时可方便地在线配置于光纤绕线机中，实时检测光纤外扭转，以实现光纤低扭转缠绕。

附图说明

图1为测量光纤外扭转参数的实验装置示意图；

图2为光纤侧面与喷墨机墨点的位置示意图；

图3为CCD位置与扭转角度对应关系示意图；

图中：待测光纤无扭转段1、待测光纤有扭转段2、光线固定夹3、喷墨机4、第一面阵CCD5、第二面阵CCD6、第三面阵CCD7、CCD读出电路8、计算机9、墨点10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例进一步说明本发明。

参照附图1‐3，光纤外扭转参数的检测方法在光纤外扭转参数的检测系统上实现，所述系统包括光线固定夹3、喷墨机4、第一面阵CCD5、第二面阵CCD6、第三面阵CCD7、CCD读出电路8、计算机9；第一面阵CCD5、第二面阵CCD6和第三面阵CCD7分别由CCD读出电路8与计算机9相连。该方法包括以下步骤：

1）首先从整盘待测光纤上拉取一段待测光纤，使其处于悬垂状态，外扭转完全释放后，形成待测光纤无扭转段1，将其A、B两端分别用光线固定夹3夹持固定。

2）在待测光纤无扭转段1的B端设置喷墨机4，在待测光纤无扭转段1的B端外圆周任一点打一个墨点，墨点位置为图2中10所示。

3）继续拉取光纤至与待测光纤无扭转段1等长的长度，拉取过程待测光纤的移动方向为图1中虚线所示。得到与待测光纤1等长的待测光纤有扭转段2，其两端分别为B端和C端，不作处理，在C端用光线固定夹3进行夹持。

4）此时，采用第一面阵CCD5、第二面阵CCD6和第三面阵CCD7对墨点初始位置成像，得到一组图像。松开B点的夹持，墨点随光纤的扭转移动，采用第一面阵CCD5、第二面阵CCD6和第三面阵CCD7再次对墨点成像，得到第二组图像。通过CCD读出电路8输入计算机9，将得到的两组图像进行数字图像处理。

5）这里以CCD纵向像素建立一维坐标轴，每个CCD都为一个独立坐标轴，单位坐标大小为CCD一个像素大小，通过图像处理得到墨点中心对应的像素点即坐标点X。此处以每个面阵CCD拍摄的图像中心点为其坐标原点为例作详细说明，并设CCD5图像中心处为墨点对应角度为零的位置，即图3中O点。每个CCD图像上任一位置对应的角度θ与其对应坐标点X的关系为：X=R sinθ，其中R为光纤外径半径。我们可以自定义每个CCD的有效像素范围，这里取每个CCD对应的角度范围为-60°至+60°，那么可得，墨点成像在CCD5正轴上（正负轴如图3中所示），则墨点位置的对应角度为：墨点成像在CCD6上，则墨点位置的对应角度为：

墨点成像在CCD7上，则墨点位置的对应角度为：

若墨点成像在CCD5负轴上，则墨点位置的对应角度为：

通过上述算法，可以得到松开B点加持前后墨点对应的角度分别为θ₁、θ₂。采取连续拍摄方式判断光纤扭转方向，定义墨点沿逆时针移动（沿CCD5‐CCD6）为光纤正向扭转；沿顺时针移动（沿CCD5‐CCD7）为光纤反向扭转。同样采用连续拍摄的方法，得到墨点经过O点处的次数n，则当光纤正向扭转时，光纤最终扭转角度

当光纤反向扭转时，同理得到光纤最终扭转角度

6）最终计算得到光纤的外扭转参数：

由5）中的公式可知，当墨点的初始位置选在CCD5图像的中心点处时，即θ₁=0，可简化计算公式，减少计算量，我们可以控制喷墨机与待测光纤的相对位置，来保证每次墨点的初始位置为O点，以优化检测方法。

由上述方法可知，CCD与光纤中心处的距离不影响扭转角度的检测，这样可以简化系统的搭建，降低操作的难度。

根据上述检测过程，可以得知，光纤外扭转角度的测试精度与CCD的分辨率以及图像处理技术有关系。假设面阵CCD像素大小为1μm×1μm，可分辨此墨点，CCD成像时采用光学放大倍数为N的镜头，同时采用像素细分方法，细分数为M，测试光纤直径为250μm,得到光纤外扭转的检测精度θ₀为：

${\mathrm{\θ}}_0=\arcsin \frac{X_{\min }}{\mathrm{NMR}};$

式中：X_min为CCD像素大小、R为光纤外径的半径。取镜头放大倍数为4，像素细分数为40，计算得光纤外扭转检测精度为5×10^-5度，实现高精度检测。

Claims (2)

1.一种光纤外扭转参数的检测方法，其特征在于，该方法在光纤外扭转参数的检测系统上实现，所述系统包括光线固定夹、喷墨机、第一面阵CCD、第二面阵CCD、第三面阵CCD、CCD读出电路和计算机；第一面阵CCD、第二面阵CCD和第三面阵CCD分别由CCD读出电路与计算机相连；该方法包括以下步骤：

（1）首先从整盘待测光纤上拉取一段待测光纤，使其处于悬垂状态，外扭转完全释放后，形成待测光纤无扭转段，将其A、B两端分别用光线固定夹夹持固定。

（2）在待测光纤无扭转段的B端设置喷墨机，在待测光纤无扭转段的B端外圆周任一点打一个墨点。

（3）继续拉取光纤至与待测光纤无扭转段等长的长度，得到与待测光纤等长的待测光纤有扭转段，其两端分别为B端和C端，在C端用光线固定夹进行夹持。

（4）采用第一面阵CCD、第二面阵CCD和第三面阵CCD对墨点初始位置成像，得到一组图像；松开B点的夹持，墨点随光纤的扭转移动，采用第一面阵CCD、第二面阵CCD和第三面阵CCD再次对墨点成像，得到第二组图像。通过CCD读出电路输入计算机，将得到的两组图像进行数字图像处理。

（5）以CCD纵向像素建立一维坐标轴，每个CCD都为一个独立坐标轴，单位坐标大小为CCD一个像素大小，通过图像处理得到墨点中心对应的像素点，即坐标点X。每个面阵CCD拍摄的图像中心点为其坐标原点，第一面阵CCD图像中心处为墨点对应角度为零的位置，每个CCD图像上任一位置对应的角度θ与其对应坐标点X的关系为：X=R sinθ，其中R为光纤外径半径。取每个CCD对应的角度范围为-60°至+60°，那么可得，若墨点成像在第一面阵CCD正轴上，则墨点位置的对应角度为：

墨点成像在第二面阵CCD上，则墨点位置的对应角度为：

墨点成像在第三面阵CCD上，则墨点位置的对应角度为：

若墨点成像在第一面阵CCD负轴上，则墨点位置的对应角度为：定义松开B点加持前后墨点对应的角度分别为θ₁、θ₂，θ₁、θ₂可以通过以上公式计算得到。采取连续拍摄方式判断光纤扭转方向，定义墨点沿逆时针移动为光纤正向扭转；沿顺时针移动为光纤反向扭转。同样采用连续拍摄的方法，得到墨点经过O点处的次数n，则当光纤正向扭转时，光纤最终扭转角度当光纤反向扭转时，同理得到光纤最终扭转角度

（6）最终计算得到光纤的外扭转参数：

式中，AB为待测光纤无扭转段的长度。

2.根据权利要求1所述光纤外扭转参数的检测方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述B点加持前墨点对应的角度θ₁=0°。

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