CN106053030B - 用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置 - Google Patents

用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，包括有设置于支撑台台面上的显示屏、光时域反射仪、光纤缠绕单元、光纤固定夹、可调波长光源及按钮式控制系统；光纤缠绕单元与设置于支撑台台面下的步进电机连接构成光纤定量弯曲装置；按钮式控制系统分别与显示屏、步进电机连接；在测量时，先将待测光纤缠绕于光纤缠绕单元上，再将待测光纤伸直并夹持于光纤固定夹内，最后将待测光纤的一端与光时域反射仪连接，另一端与可调波长光源连接。本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，能通过步进电机精确控制光纤弯曲的角度，改变弯曲段的曲率半径，从而获得更精确的试验结果。

Description

用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置
技术领域
本发明属于电控设备技术领域，具体涉及一种用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置。
背景技术
1980年，J.N.Fields和J.H.Cole首次提出了基于弯曲损耗效应的光纤传感器，并成功的将其应用于美国海军研制的光纤水听器系统中，此后，基于弯曲损耗的光纤传感器发展迅速。
为了研制基于弯曲损耗的光纤传感器，常需要通过试验确定光纤弯曲损耗与入射光波长、光纤弯曲段的曲率半径、弯曲段长度、光纤纤芯直径、包层直径、相对折射率差等参数之间的定量关系。在选定入射光波长和光纤类型的情况下，通过试验测定不同曲率半径和不同弯曲角下的弯曲损耗的规律性，能为提出新的光纤传感新模式提供基础。
在研究光纤弯曲损耗与弯曲段几何特征参数之间关系时，传统的试验装置通常是将光纤粘在两根固定棒上，而两根固定棒之间留有一定的距离，固定一根固定棒，然后通过手动在平面内旋转另一根固定棒来改变光纤的弯曲角度。这种试验装置虽然操作较为简单，但由于手动操作带来的实验误差较大，而光纤本身对弯曲段几何特征的变化的较为敏感，实验的精度难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，能通过步进电机精确控制光纤弯曲的角度，改变弯曲段的曲率半径，从而获得更精确的试验结果。
本发明所采用的技术方案是，用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，包括有设置于支撑台台面上的显示屏、光时域反射仪、光纤缠绕单元、光纤固定夹、可调波长光源及按钮式控制系统；光纤缠绕单元与设置于支撑台台面下的步进电机连接构成光纤定量弯曲装置；按钮式控制系统分别与显示屏、步进电机连接；在测量时，先将待测光纤缠绕于光纤缠绕单元上，再将待测光纤伸直并夹持于光纤固定夹内，最后将待测光纤的一端与光时域反射仪连接，另一端与可调波长光源连接。
本发明的特点还在于：
按钮式控制系统，包括有按钮式操控单元；按钮式操控单元由按钮开关a、按钮开关b、按钮开关c、按钮开关d、按钮开关e、按钮开关f及按钮开关g构成，且按钮开关a、按钮开关b、按钮开关c、按钮开关d、按钮开关e、按钮开关f及按钮开关g分别通过导线与控制模块连接；控制模块还分别通过导线与显示屏、步进电机连接。
按钮开关a用于实现显示屏翻页的功能；显示屏的第一页第一行能显示：已转动角度大小，第三行用于显示：已转动位移大小；显示屏的第二页第一行用于显示：弯曲半径大小，第三行用于显示：每次转动角度大小；按钮开关b用于控制步进电机实现增加转角的功能；按钮开关c用于控制步进电机实现减小转角的功能；按钮开关d用于实现增加每次转动角度的功能；按钮开关e用于实现减小每次转动角度的功能；按钮开关f用于实现显示屏切换显示的弯曲半径大小的功能；按钮开关g用于实现复位的功能。
控制模块型号为Arduino Uno。
光纤缠绕单元，包括有以可拆卸方式设置于支撑台台面上的转动底盘，转动底盘的上表面中部以可拆卸的方式设置有光纤缠绕盘，转动底盘的上表面上还设置有光纤固定卡槽，光纤固定卡槽用于固定待测光纤，便于将待测光纤缠绕到光纤缠绕盘上；转动底盘的中央和光纤缠绕盘的中央均设置有连接孔，步进电机的驱动轴与两个连接孔连接。
光纤固定夹，包括有两块相对设置且呈直角梯形状的阻尼板，一块阻尼板的斜侧边与另一块阻尼板的斜侧边之间形成能容纳待测光纤的渐缩式间隙，两块阻尼板上各连接一个滑移调节部件，滑移调节部件能控制所连接的阻尼板在支撑台的台面上滑移以便于夹持紧不同直径大小的待测光纤。
滑移调节部件，包括有滑移轴，且滑移轴与支撑台的台面呈0°～5°的倾斜；滑移轴的一端连接固定桩a，滑移轴的另一端连接固定桩b，且固定桩a和固定桩b均与支撑台的台面连接；滑移轴上分别套接有滑移块和弹簧，且滑移块靠近固定桩a，弹簧靠近固定桩b。
支撑台由台面和支撑部件经连接构成。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，解决了常规光纤弯曲损耗实验装置不能精确控制光纤的弯曲角度大小及手动操作误差大的问题。
(2)本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置具有操作简单的优点，采用按钮开关输出信号以操作单片机，以此来控制步进电机正转和逆转，实现转角大小的改变，成功将角度误差控制在0.1度，保证了转角大小的精度。
(3)本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置可以更换不同半径的光纤缠绕盘，从而可以在不同曲率半径大小情况下，研究光纤弯曲损耗问题。
(4)本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置还加入了数显功能，在显示屏上能显示已转动角度大小和已转动线位移大小，为实验中数据的记录提供方便，并且能有效地降低因人工读数引起的实验误差。
(5)采用本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，能为光纤弯曲损耗的实验研究提供精确的试验数据，从而能更准确分析光纤的弯曲性质，为基于弯曲损耗的光纤传感器的进一步研发，提供有力的硬件支持。
附图说明
图1是本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置的结构示意图；
图2是本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置内控制系统的结构示意图；
图3是本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置内光纤定量弯曲装置的结构示意图；
图4是本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置内光纤固定夹的俯视图。
图中，1.显示屏，2.转动底盘，3.待测光纤，4.光纤固定夹，5.按钮开关a，6.按钮开关b，7.按钮开关c，8.按钮开关d，9.按钮开关e，10.按钮开关f，11.按钮开关g，12.光纤固定卡槽，13.步进电机，14.可调波长光源，15.支撑台，16.光纤缠绕盘，17.滑移轴，18.阻尼板，19.弹簧，20.固定桩a，21.固定桩b，22.滑移块，23.光时域反射仪，24.控制模块，25.渐缩式间隙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，如图1及图2所示，包括有设置于支撑台15台面上的显示屏1、光时域反射仪23、光纤缠绕单元、光纤固定夹4、可调波长光源14及按钮式控制系统；光纤缠绕单元与设置于支撑台15台面下的步进电机13连接构成光纤定量弯曲装置；按钮式控制系统分别与显示屏1、步进电机13连接；在测量时，先将待测光纤3缠绕于光纤缠绕单元上，再将待测光纤3伸直并夹持于光纤固定夹4内，最后将待测光纤3的一端与光时域反射仪23连接，另一端与可调波长光源14连接。
支撑台15由台面和支撑部件经连接构成。
按钮式控制系统，如图1及图2所示，包括有按钮式操控单元，按钮式操控单元由按钮开关a5、按钮开关b6、按钮开关c7、按钮开关d8、按钮开关e9、按钮开关f10及按钮开关g11构成；按钮开关a5、按钮开关b6、按钮开关c7、按钮开关d8、按钮开关e9、按钮开关f10及按钮开关g11分别通过导线与控制模块24连接，控制模块24还分别通过导线与显示屏1、步进电机13连接。
控制模块24型号为Arduino Uno。
按钮开关a5用于实现显示屏1翻页的功能；按钮开关b6用于控制步进电机13实现增加转角的功能；按钮开关c7用于控制步进电机13实现减小转角的功能；按钮开关d8用于实现增加每次转动角度的功能；按钮开关e9用于实现减小每次转动角度的功能；按钮开关f10用于实现显示屏1切换显示的弯曲半径大小的功能；按钮开关g11用于实现复位的功能。
显示屏1的第一页第一行用于显示：已转动角度大小，第三行用于显示：已转动位移大小；显示屏1的第二页第一行用于显示：弯曲半径大小，第三行用于显示：每次转动角度大小。
光纤缠绕单元，如图1及图3所示，包括有以可拆卸方式设置于支撑台15台面上的转动底盘2，转动底盘2的上表面中部以可拆卸的方式设置有光纤缠绕盘16，转动底盘2的上表面上还设置有光纤固定卡槽12，光纤固定卡槽12用于固定待测光纤3，便于将待测光纤3缠绕到光纤缠绕盘16上；转动底盘2的中央和光纤缠绕盘16的中央均设置有连接孔，步进电机13的驱动轴与两个连接孔连接。
光纤固定夹4，如图4所示，包括有两块相对设置且呈直角梯形状的阻尼板18，一块阻尼板18的斜侧边与另一块阻尼板18的斜侧边之间形成能容纳待测光纤3的渐缩式间隙25，两块阻尼板18上各连接一个滑移调节部件，滑移调节部件能控制所连接的阻尼板18在支撑台15的台面上滑移以便于夹持紧不同直径大小的待测光纤3。
滑移调节部件，包括有滑移轴17，且滑移轴17与支撑台15的台面呈0°～5°的倾斜；滑移轴17的一端连接固定桩a20，滑移轴17的另一端连接固定桩b21，且固定桩a20和固定桩b21均与支撑台15的台面连接；滑移轴17上分别套接有滑移块22和弹簧19，且滑移块22靠近固定桩a20，弹簧19靠近固定桩b21。
光纤固定夹4的使用方法具体如下：
滑移块22带动阻尼板18能在滑移轴17上左右往复移动，由于滑移轴17与待测光纤3所在的直线呈一定的锐角(0°～5°)放置，所以当滑移块22连同阻尼板18在滑移轴17上从一端向另一端滑移时(从左向右滑移)，阻尼板18会逐渐远离待测光纤3；由于光纤固定夹4内的两个阻尼板18呈对称设计，此时两个阻尼板18之间的渐缩式间隙25就会逐渐增大，而套在滑移轴17上的弹簧19会对滑移块22有一个向左的弹力，在此弹力的作用下能使阻尼板18保持向左滑移的趋势，从而使两块阻尼板18之间的间隙不断缩小，最终实现对待测光纤3的夹持。
本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置的使用方法具体如下：
给本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置供电，供电采用的是5v电源供电；
接通电路后，在显示屏1的第一页会显示：已转动的角度大小和已转动的位移大小；此时按动按钮开关a5会在显示屏1的第二页显示弯曲半径大小和每次转动角度大小；按动按钮开关c7和按钮开关d8能分别加减每次转动角度θ(0°<θ<360°)；按动按钮开关b6，步进电机13转动角度为θ度，以此类推每按动按钮开关b6一次，步进电机13转动角度都会增加θ度，此时固定的光纤弯曲角度为n*θ度(其中n为转动次数)，待测光纤3的位移大小C＝2π*r*n*θ/360(单位：mm)；在显示屏1的第一页会实时显示转角大小和位移大小，通过查看光时域反射仪23和显示屏1便可以记录下整个试验的所有数据。待试验结束后，按动按钮开关g11使本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置恢复初始设定。
研究不同半径下光纤的弯曲损耗情况时，直接将转动底盘2和光纤缠绕盘16换成合适半径大小，此时按动按钮开关f10，将显示屏1显示的弯曲的半径切换成要进行试验的半径，再重复上述使用过程。
本发明用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，不仅能对光纤类型、入射光波长进行设定的功能，还能通过步进电机精确控制光纤弯曲的角度，改变弯曲段的曲率半径，从而获得更精确及更丰富的试验结果。

Claims (7)

1.用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，包括有设置于支撑台(15)台面上的显示屏(1)、光时域反射仪(23)、光纤缠绕单元、光纤固定夹(4)、可调波长光源(14)及按钮式控制系统；所述光纤缠绕单元与设置于支撑台(15)台面下的步进电机(13)连接构成光纤定量弯曲装置；所述按钮式控制系统分别与显示屏(1)、步进电机(13)连接；在测量时，先将待测光纤(3)缠绕于光纤缠绕单元上，再将待测光纤(3)伸直并夹持于光纤固定夹(4)内，最后将待测光纤(3)的一端与光时域反射仪(23)连接，另一端与可调波长光源(14)连接；
所述光纤缠绕单元，包括有以可拆卸方式设置于支撑台(15)台面上的转动底盘(2)，所述转动底盘(2)的上表面中部以可拆卸的方式设置有光纤缠绕盘(16)，所述转动底盘(2)的上表面上还设置有光纤固定卡槽(12)，所述光纤固定卡槽(12)用于固定待测光纤(3)，便于将待测光纤(3)缠绕到光纤缠绕盘(16)上；
所述转动底盘(2)的中央和光纤缠绕盘(16)的中央均设置有连接孔，所述步进电机(13)的驱动轴与两个连接孔连接。
2.根据权利要求1所述的用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，所述按钮式控制系统，包括有按钮式操控单元；
所述按钮式操控单元由按钮开关a(5)、按钮开关b(6)、按钮开关c(7)、按钮开关d(8)、按钮开关e(9)、按钮开关f(10)及按钮开关g(11)构成，且所述按钮开关a(5)、按钮开关b(6)、按钮开关c(7)、按钮开关d(8)、按钮开关e(9)、按钮开关f(10)及按钮开关g(11)分别通过导线与控制模块(24)连接；
所述控制模块(24)还分别通过导线与显示屏(1)、步进电机(13)连接。
3.根据权利要求2所述的用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，所述按钮开关a(5)用于实现显示屏(1)翻页的功能；
所述显示屏(1)的第一页第一行能显示：已转动角度大小，第三行用于显示：已转动位移大小；所述显示屏(1)的第二页第一行用于显示：弯曲半径大小，第三行用于显示：每次转动角度大小；
所述按钮开关b(6)用于控制步进电机(13)实现增加转角的功能；
所述按钮开关c(7)用于控制步进电机(13)实现减小转角的功能；
所述按钮开关d(8)用于实现增加每次转动角度的功能；
所述按钮开关e(9)用于实现减小每次转动角度的功能；
所述按钮开关f(10)用于实现显示屏(1)切换显示的弯曲半径大小的功能；
所述按钮开关g(11)用于实现复位的功能。
4.根据权利要求2所述的用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，所述控制模块(24)型号为Arduino Uno。
5.根据权利要求1所述的用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，所述光纤固定夹(4)，包括有两块相对设置且呈直角梯形状的阻尼板(18)，一块阻尼板(18)的斜侧边与另一块阻尼板(18)的斜侧边之间形成能容纳待测光纤(3)的渐缩式间隙(25)，两块阻尼板(18)上各连接一个滑移调节部件，所述滑移调节部件能控制所连接的阻尼板(18)在支撑台(15)的台面上滑移以便于夹持紧不同直径大小的待测光纤(3)。
6.根据权利要求5所述的用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，所述滑移调节部件，包括有滑移轴(17)，且所述滑移轴(17)与支撑台(15)的台面呈0°～5°的倾斜；
所述滑移轴(17)的一端连接固定桩a(20)，所述滑移轴(17)的另一端连接固定桩b(21)，且所述固定桩a(20)和固定桩b(21)均与支撑台(15)的台面连接；
所述滑移轴(17)上分别套接有滑移块(22)和弹簧(19)，且所述滑移块(22)靠近固定桩a(20)，所述弹簧(19)靠近固定桩b(21)。
7.根据权利要求1所述的用于光纤弯曲损耗研究的电控试验装置，其特征在于，所述支撑台(15)由台面和支撑部件经连接构成。
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