CN106569344A - 保偏光纤的测轴和旋轴装置 - Google Patents

保偏光纤的测轴和旋轴装置 Download PDF

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丁晔
阎嫦玲
王耀
赵俊
罗苏南
许立国
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B27/62—Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems

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Abstract

本发明公开了一种保偏光纤测轴和对轴的装置，显微成像系统用于采集图形；照明系统用于使显微成像系统采集到的图形有高对比度；图像处理系统用于将接收到的图像先灰度化，再做中值滤波，并将得到的图形做阈值处理后得到光纤端面区域；五轴微位移系统用于根据显微成像系统的反馈信息来动态调整位置，使光纤端面始终可以清晰成像；五轴微位移系统还用于通过调整水平和垂直方向的旋转，使被测光纤始终处于CCD的面法线方向；微旋轴系统用于使被测光纤根据预定角度和速度做旋转动作，使保偏光纤轴向达到最终要求。本发明可以实时检测保偏光纤偏振轴方位角，调节转速和方向，实现高精度的保偏光纤对轴，有利于光纤传感器的研制及性能提高。

Description

保偏光纤的测轴和旋轴装置
技术领域
本发明属于保偏光纤传感技术领域，具体涉及一种保偏光纤的对轴和旋转装置。
背景技术
保偏光纤是一种特种光纤，它是通过掺杂的方式在普通单模光纤中产生两个相互正交的传输模式，以维持光的偏振态。保偏光纤作为偏振光传感领域的重要组成部分，在光纤陀螺、水听器、温度传感器、光学互感器等领域得到了广泛的应用。保偏光纤在使用过程中的熔接是需要注意轴向对准的。传统的对轴方法是利用侧视成像，将光纤作为圆柱型的透镜，一侧平行光经过光纤后在另一侧成像，利用能量场分布反推光纤轴向。这种方法找保偏光纤轴向误差相对较大，在保偏光纤传感系统中大大限制了系统精度，而且现有的保偏熔接机的价格高也导致了保偏光纤类传感产品成本较高。
发明内容
本发明的主旨在于提供一种保偏光纤的高精度测轴和对轴装置，本保偏光纤的高精度测轴和对轴装置可以实时检测保偏光纤偏振轴方位角，调节转速和方向，实现高精度的保偏光纤对轴，有利于光纤传感器的研制及性能提高。
为实现上述技术目的,本发明采取的技术方案为:保偏光纤测轴和对轴的装置，其特征在于，包括：照明系统、显微成像系统、图像处理系统、五轴微位移系统和微旋轴系统；显微成像系统用于采集图形；照明系统用于使显微成像系统采集到的图形有高对比度，以区分光纤端面的各个区域，所述照明系统的光源波长在黄光波段；所述照明系统的光源照进保偏光纤的入射方向与显微成像系统轴向之间的夹角为非90度的倾斜夹角；图像处理系统用于将接收到的图像先灰度化，再做中值滤波，并将得到的图形做阈值处理后得到光纤端面区域；图像处理系统用边界算法对光纤端面区域抽取轮廓，通过hough圆变换得到光纤外圆、应力区外圆，再利用重力法求得应力区的中心后，得到应力区中心的连线。应力区中心连线与显微成像系统的预定轴向做对比得到光纤的旋转轴向；五轴微位移系统用于根据显微成像系统的反馈信息来动态调整位置，使光纤端面始终可以清晰成像；五轴微位移系统还用于根据显微成像系统反馈的图像信息来调整光纤端面的前后位置，使其始终处于显微镜的工作面上；五轴微位移系统还用于通过调整被测光纤的左右和上下，使被测光纤始终处于CCD图像的中央；五轴微位移系统还用于通过调整水平和垂直方向的旋转，使被测光纤始终处于CCD的面法线方向；微旋轴系统用于使被测光纤根据预定角度和速度做旋转动作，使保偏光纤轴向达到最终要求。
进一步的,显微镜的焦距大于5mm，用CCD承接图像。
本发明的系统由五部分组成：照明系统1、显微成像系统2、图像处理系统3、五轴微位移系统4、旋转系统5五部分组成。
照明系统1负责使显微成像系统2采集到的图形有高对比度，容易区分光纤端面的各个区域。当侧向光照进光纤时，由于光纤中各组成部分的折射率不同，在光纤端面出射的光强就会不同，如果光纤端面切割平整，则会观察到清晰的保偏光纤端面图像。
显微成像系统2选用长焦距的显微镜，用CCD承接图像。显微系统根据要分辨的光纤端面精度计算放大倍率、景深、工作距离、视场大小等参数。根据系统分辨率选用合适的CCD像元尺寸。
图像处理系统3将接收到的图像先灰度化，再做中值滤波。将得到的图形做阈值处理后得到光纤端面区域。用边界算法对光纤端面区域抽取轮廓。通过hough圆变换得到光纤外圆、应力区外圆。利用重力法求得应力区的中心后，得到它们的连线，与显微成像系统2的预定轴向做对比得到光纤的旋转轴向。
五轴微位移系统4在成像过程中始终保持光纤端面可以清晰成像。五轴微位移系统4根据显微成像系统2反馈的图像信息，调整前后位置，使其始终处于显微镜的工作面上。五轴微位移系统4通过调整被测光纤的左右和上下，使被测光纤始终处于CCD图像的中央。五轴微位移系统4通过调整水平和垂直方向的旋转，使被测光纤始终处于CCD的面法线方向。在显微物镜焦深较小的情况下，可以通过像边缘是否清晰来判断光纤端面是否与光轴垂直。
旋转系统5可以使被测光纤根据预定角度和速度做旋转动作，使保偏光纤轴向达到最终要求。旋轴系统可以保证在光纤旋转过程中，光纤端面始终处于显微视场中央位置。
本保偏光纤的高精度测轴和对轴装置可以实时检测保偏光纤偏振轴方位角，调节转速和方向，实现高精度的保偏光纤对轴，有利于光纤传感器的研制及性能提高。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
将光纤剥掉一段涂覆层并用切割刀切断后得到平整的光纤端面，用光纤夹夹牢后装入旋转系统5中。调整照明系统1使显微成像系统2采集到的图形有高对比度。调整光源照射方向，使光侧向照进光纤。由于光纤中各组成部分的折射率不同，在光纤端面出射的光强就会不同，利用光强不同，可以显现出光纤端面的结构。
调整五轴微位移系统4，使光纤端面处于显微成像系统2的焦距位置。将显微成像系统2调整到合适的放大倍率，如果光纤端面切割平整，则会观察到清晰的保偏光纤端面图像。
图像处理系统3将接收到的图像先灰度化，再做中值滤波。将得到的图形做阈值处理后得到光纤端面区域。用边界算法对光纤端面区域抽取轮廓。通过hough圆变换得到光纤外圆、应力区外圆。利用重力法求得应力区的中心后，得到它们的连线，与显微成像系统2的预定轴向做对比得到光纤的旋转轴向。
图像处理系统3与五轴微位移系统4形成反馈控制系统。如果光纤端面成像不清晰，图像处理系统3会根据处理结果判定五轴微位移系统4需要的移动方向，直至光纤端面可以再次清晰成像。
旋转系统5可以使被测光纤根据预定角度和速度做旋转动作。依据图像处理系统3判断出的光纤端面角度，旋转系统5控制光纤做相应的旋转动作，使保偏光纤轴向达到最终要求。
由照明系统、显微成像系统、图像处理系统、五轴微位移系统、旋转系统组成；照明系统选择合适波长的光源，并将光束合适角度入射到被测保偏光纤中，使得光纤端面可以清晰输出图像；用显微成像系统承接光纤端面的出射图像，然后送至图像处理系统分析判断保偏光纤轴向；在整个过程中，五轴微位移系统负责对焦，并将图形呈现在显微成像系统CCD(电荷藕合器件图像传感器)的中央位置；最后根据图像处理系统得到的光纤轴向实时控制旋转系统转动光纤，以达到预期的轴向位置。本发明可以实时检测保偏光纤偏振轴方位角，调节转速和方向，实现高精度的保偏光纤对轴，有利于光纤传感器的研制及性能提高。

Claims (2)

1.一种保偏光纤测轴和对轴的装置，其特征在于，包括：照明系统、显微成像系统、图像处理系统、五轴微位移系统和微旋轴系统；
显微成像系统用于采集图形；
照明系统用于使显微成像系统采集到的图形有高对比度，以区分光纤端面的各个区域，所述照明系统的光源波长在黄光波段；所述照明系统的光源照进保偏光纤的入射方向与显微成像系统轴向之间的夹角为非90度的倾斜夹角；
图像处理系统用于将接收到的图像先灰度化，再做中值滤波，并将得到的图形做阈值处理后得到光纤端面区域；图像处理系统用边界算法对光纤端面区域抽取轮廓，通过hough圆变换得到光纤外圆、应力区外圆，再利用重力法求得应力区的中心后，得到应力区中心的连线。应力区中心连线与显微成像系统的预定轴向做对比得到光纤的旋转轴向；
五轴微位移系统用于根据显微成像系统的反馈信息来动态调整位置，使光纤端面始终可以清晰成像；五轴微位移系统还用于根据显微成像系统反馈的图像信息来调整光纤端面的前后位置，使其始终处于显微镜的工作面上；五轴微位移系统还用于通过调整被测光纤的左右和上下，使被测光纤始终处于CCD图像的中央；五轴微位移系统还用于通过调整水平和垂直方向的旋转，使被测光纤始终处于CCD的面法线方向；
微旋轴系统用于使被测光纤根据预定角度和速度做旋转动作，使保偏光纤轴向达到最终要求。
2.根据权利要求1所述的保偏光纤测轴和对轴装置，其特征在于：显微镜的焦距大于5mm，用CCD承接图像。
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