CN107945159B - 一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，包括镜头、三维调节台、可升降反射镜组，手摇脉冲发生器、计算模块和控制模块。控制模块接收前端通信请求后控制三维调节台和可升降反射镜组；镜头获取光纤图像；计算模块对镜头获取的图像进行图像处理，实时计算出清晰度评价值反馈给控制模块，配合控制模块的自动控制算法来完成光纤的位移、对焦及自动控制过程；手摇脉冲发生器与控制模块连接对自动对焦进行补充或微调。本发明极大简化了光纤几何或衰减测试的操作，解决了传统手动调整光纤耗时长，不易对准的问题。本发明通过自动控制系统，集成了光纤几何、衰减测试于一体，解决了传统测试设备只能单一测试的问题。

Description

一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统

技术领域

本发明涉及光纤的自动化测试领域，特别涉及一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统。

背景技术

随着通信产业的蓬勃发展，作为光通信的传输介质——光纤，正得到越来越广泛的应用。光纤本身各种参数的精确测量对于光纤的制造与应用都具有十分重要的意义。光纤几何参数的一致性对于得到最小的耦合耗损是至为关键的。因此，精确测量光纤的几何参数成为光纤测试的必需项目之一。

衰减系数是光纤传输特性的重要参量，衰减直接影响光纤的传输效率，对通信应用的光纤，低衰减特性尤为重要。衰减系数的测量也是光纤传输特性测量的重要内容之一。

目前，光纤测试设备大多功能单一，往往只具备某一项光纤参数的测量功能，并且很多传统的测量方法用到的仪器结构复杂，测试过程中需要大量的手动操作，耗时长且测量精度受外界干扰较大。

由此可见，应用新的技术，建立适当的数学物理模型，研究集成多项测量功能于一体，实现光纤的自动化测试是当前的发展趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于解决传统光纤几何参数或衰减系数测试设备功能单一、测试过程中手动调整光纤耗时长，不易对准等问题。提供一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统。

为了实现以上目的，本发明的技术方案具体如下：

一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，所述系统包括镜头、三维调节台、可升降反射镜组、手摇脉冲发生器、计算模块和控制模块；

所述可升降反射镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试过程中，按照测试流程，进行当前测试所需功能的光路切换；

所述三维调节台，用于调整夹持待测光纤，使得所述待测光纤放在成像系统的焦面上；所述镜头，用于在三维调节台移动过程中，实时获取所述待测光纤图像；

所述计算模块，用于对镜头获取的图像进行图像处理，计算出清晰度评价值，并将清晰度评价值反馈给控制模块；

所述控制模块，用于接收计算模块的请求后，按照请求中的流程参数和内部自动控制算法，控制三维调节台和可升降反射镜组完成光纤的位移、自动对焦及测试自动控制过程；

所述手摇脉冲发生器，与控制模块连接，用于完成对光纤的手动对焦或自动对焦微调。

其中，所述系统还包括卤灯光源、绿光光源、光谱分析模块、准直聚焦透镜组；

所述准直聚焦透镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试过程中，将光源发出的发散光束变成平行光束，以及将平行光束变成会聚光束；

所述卤灯光源，用于测量所述光纤衰减系数测试中，产生超宽谱光，并通过所述准直聚焦透镜组，将所述卤钨光源输出的光耦合进入待测光纤的输入端；

所述绿光光源，用于在所述光纤几何参数测试中，通过所述准直聚焦透镜组将光注入至待测光纤的输入端；

所述光谱分析模块，用于在所述光纤衰减系数测试中，测量待测光纤输出端的光谱。

其中，所述三维调节台，包括用于调整夹持待测光纤的第一三维调节台，使得所述待测光纤的输入端放在成像系统的焦面上；

还包括用于调整夹持待测光纤的第二三维调节台，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上。

其中，所述可升降反射镜组，包括用于将所述绿光光源输出光反射进入所述待测光纤输入端的第三反射镜，将所述待测光纤输入端反射进所述镜头进行端面成像的第二反射镜，将所述待测光纤输出端的输出光束反射进入所述光谱分析模块的第一反射镜。

其中，所述三维调节台安装有X轴、Y轴和Z轴三个方向的步进电机，控制模块可对待测光纤三个方向进行位移控制。

其中，所述可升降反射镜组底端安装有Z轴方向的步进电机，控制模块可根据几何参数和衰减系数两种测试的流程所需独立控制各个反射镜的升降。

其中，所述计算模块与控制模块通信指令格式为MODBUS协议，所述计算模块和控制模块均支持RS-485接口标准。

其中，所述手摇脉冲发生器通过控制模块自动分配所需要控制的所述可升降反射镜组/三维调节台的步进电机，无需手动选择或切换；所述手摇脉冲发生器将手动旋转的角度和速度转换成脉冲信号发送给控制模块，由控制模块控制步进电机的运动。

其中，所述系统自动对焦待测光纤的过程包括：

步骤1：三维调节台中的用于驱动光纤对焦的步进电机从起始位置点出发，以等步长驱动光纤向某一方向运动；

步骤2：每走一步，计算模块计算一次清晰度评价值；

步骤3：若计算所得的清晰度评价值逐渐增大，说明步进电机驱动方向正确，控制模块控制步进电机继续向当前方向运动；当清晰度评价值第一次减小时，说明光纤已经越过最佳对焦点，控制模块控制步进电机反向运转，并减小步长；

步骤4：反复重复步骤2~3，直到最终步长减小到设定值，找到最佳对焦点，搜索结束。

有益效果：

本发明提供的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，能够解决传统光纤几何参数或衰减系数测试设备功能单一、测试过程中手动调整光纤耗时长，不易对准等问题。本发明极大简化了光纤几何或衰减测试的操作，解决了传统手动调整光纤耗时长，不易对准的问题。本发明通过自动控制系统，集成了光纤几何、衰减测试于一体，解决了传统测试设备只能单一测试的问题。

附图说明

图1 是本发明提供的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统的结构框图。

图2 是本发明提供的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制流程图。

图3是本发明的自动控制光纤对焦的过程示意图。

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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，主要包括镜头、三维调节台、可升降反射镜组，手摇脉冲发生器、计算模块和控制模块。

所述可升降反射镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试过程中，按照测试流程，进行当前测试所需功能的光路切换。

所述三维调节台，用于调整夹持待测光纤，使得所述待测光纤放在成像系统的焦面上。

所述镜头可以是生成影像的光学部件，用于在三维调节台移动过程中，实时获取所述待测光纤图像。

所述计算模块可以由具有计算功能的工控主机来实现，用于对镜头获取的图像进行处理，计算出清晰度评价值，并将清晰度评价值反馈给控制模块。所述计算模块充当系统前端。

所述控制模块可以由具有计算和控制功能的嵌入式芯片来实现，用于运行自动化逻辑控制程序及自动对焦算法，控制三维调节台和可升降反射镜组完成光纤的位移、自动对焦及测试自动控制过程。

所述手摇脉冲发生器是能将旋转的角度和速度转换成脉冲信号的装置，与控制模块连接，用于完成对光纤的手动对焦或自动对焦微调。

如图1所示，所述三维调节台，包括用于调整夹持待测光纤的第一三维调节台，使得所述待测光纤的输入端放在成像系统的焦面上；还包括用于调整夹持待测光纤的第二三维调节台，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上。

所述三维调节台安装有X轴、Y轴和Z轴三个方向的步进电机，控制模块可对光纤三个方向进行位移控制，三个轴中，X轴作为对焦轴，Y轴和Z轴作为平面位移轴。

当然，该自动化控制系统还包括其他模块，如镜头后的图像传感器、步进电机驱动器、卤灯光源、绿光光源、光谱分析模块、准直聚焦透镜组等。由于本发明实施例中主要涉及的是镜头、三维调节台、可升降反射镜组，手摇脉冲发生器、计算模块和控制模块，因此，对于其它模块不再详细描述。

如图1所示，所述准直聚焦透镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试过程中，将光源发出的发散光束变成平行光束，以及将平行光束变成会聚光束。

所述卤灯光源，用于测量所述光纤衰减系数测试中，产生超宽谱光，并通过所述准直聚焦透镜组，将所述卤钨光源输出的光耦合进入待测光纤的输入端。

所述绿光光源，用于在所述光纤几何参数测试中，通过所述准直聚焦透镜组将光注入至待测光纤的输入端。

所述光谱分析模块，用于在所述光纤衰减系数测试中，测量待测光纤输出端的光谱。

所述控制模块直接连接的是步进电机驱动器，步进电机驱动器再与步进电机连接。步进电机驱动器是一个中间设备。

所述计算模块与控制模块通信指令格式为MODBUS协议，所述计算模块和控制模块均支持RS-485接口标准。

如图1所示，所述可升降反射镜组，包括用于将所述绿光光源输出光反射进入所述待测光纤输入端的第三反射镜，将所述待测光纤输入端反射进所述镜头进行端面成像的第二反射镜，将所述待测光纤输出端的输出光束反射进入所述光谱分析模块的第一反射镜。

所述可升降反射镜组中的各反射镜的底端均安装有Z轴方向的步进电机，控制模块可根据图2所示的几何参数和衰减系数两种测试控制流程独立控制各个反射镜的升降状态。

在本方案中，所述手摇脉冲发生器通过控制模块自动分配所需要控制的步进电机，无需手动选择或切换；所述手摇脉冲发生器将手动旋转的角度和速度转换成脉冲信号发送给控制模块，由控制模块控制步进电机的运动。

如图2所示，是本发明光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制流程图。应理解，图中给出了一些关键的步骤或操作，但这些步骤或操作仅仅是示例，本发明实施例中还可能需要执行其它的操作或步骤或者合并执行或者删减图2中的操作或步骤。

三维调节台开始调整时，镜头会实时捕捉三维调节台上的光纤图像。计算模块会对采集的图像进行图像处理，并建立光纤位置坐标系，然后将位置信息通过MODBUS协议通信反馈给控制模块。控制模块根据反馈调整Y轴和Z轴，使光纤位于镜头的中央位置。三维调节台的X轴作为对焦轴，其对焦过程主要由图3所示的自动控制算法控制完成。

图2中反射镜状态如：①降②升③升，表示控制模块控制可升降反射镜底端的步进电机运动，使可升降第二反射镜和第三反射镜升高到镜头和绿光光源焦点所在的平面，可升降第一反射镜降低到镜头焦点、光谱分析模块焦点、绿光光源焦点所在的平面以下的某特定位置。

几何参数测试流程主要包括以下2个控制步骤：

经过步骤1的控制操作，此步主要保证530nm波长的绿光光源在步骤2中能被耦合进光纤。

经过步骤2的控制操作，530nm波长的绿光光源被耦合进光纤，镜头将获取到第二三维调节台端的光纤端面图像，计算模块对获取的图像进行图像处理，完成光纤几何参数测量。

衰减测试流程主要包括以下3个控制步骤：

经过步骤1的控制操作，卤灯光源宽谱光被耦合进光纤，光谱分析模块此时会测试出一次光谱。

经过步骤2的控制操作，此步主要保证了在步骤3中光纤中的宽谱光能被光谱分析模块探测到。

经过步骤3的控制操作，卤灯光源宽谱光被耦合进截断后的光纤，光谱分析模块此时测试出截断后的光谱。计算模块最终根据两次测试的光谱完成光纤衰减测量。

如图3所示，是本发明的自动控制光纤对焦的过程示意图。其作用主要是控制三维调节台的X轴对焦，该算法主要分以下几个步骤：

步骤1：驱动X轴步进电机从起始位置A点出发，以等步长驱动光纤向右运动。

步骤2：每走一步，计算模块计算一次清晰度评价值。

步骤3：若计算所得的清晰度评价值逐渐增大，说明步进电机驱动方向正确，控制模块控制步进电机继续向当前方向运动。当清晰度评价值第一次减小时，说明光纤已经越过最佳对焦点B，控制模块控制步进电机反向运转，并减小步长。

步骤4：重复步骤2~3，最终步长减小到设定值，找到最佳对焦点B，搜索结束。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，其特征在于：所述系统包括镜头、三维调节台、可升降反射镜组、手摇脉冲发生器、计算模块和控制模块、卤灯光源、绿光光源、光谱分析模块、准直聚焦透镜组；

所述可升降反射镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试过程中，按照测试流程，进行当前测试所需功能的光路切换；

所述三维调节台，用于调整夹持待测光纤，使得所述待测光纤放在成像系统的焦面上；所述镜头，用于在三维调节台移动过程中，实时获取所述待测光纤图像；

所述计算模块，用于对镜头获取的图像进行图像处理，计算出清晰度评价值，并将清晰度评价值反馈给控制模块；

所述控制模块，用于接收计算模块的请求后，按照请求中的流程参数和内部自动控制算法，控制三维调节台和可升降反射镜组完成光纤的位移、自动对焦及测试自动控制过程；

所述手摇脉冲发生器，与控制模块连接，用于完成对光纤的手动对焦或自动对焦微调；

所述准直聚焦透镜组，用于在光纤几何参数、衰减系数综合测试过程中，将光源发出的发散光束变成平行光束，以及将平行光束变成会聚光束；

所述卤灯光源，用于测量所述光纤衰减系数测试中，产生超宽谱光，并通过所述准直聚焦透镜组，将所述卤灯光源输出的光耦合进入待测光纤的输入端；

所述绿光光源，用于在所述光纤几何参数测试中，通过所述准直聚焦透镜组将光注入至待测光纤的输入端；

所述光谱分析模块，用于在所述光纤衰减系数测试中，测量待测光纤输出端的光谱；

所述三维调节台，包括用于调整夹持待测光纤的第一三维调节台，使得所述待测光纤的输入端放在成像系统的焦面上；

还包括用于调整夹持待测光纤的第二三维调节台，使得所述待测光纤的输出端放在成像系统的焦面上；

所述三维调节台安装有X轴、Y轴和Z轴三个方向的步进电机，控制模块可对待测光纤三个方向进行位移控制。

2.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，其特征在于：

所述可升降反射镜组，包括用于将所述绿光光源输出光反射进入所述待测光纤输入端的第三反射镜，将所述待测光纤输入端反射进所述镜头进行端面成像的第二反射镜，将所述待测光纤输出端的输出光束反射进入所述光谱分析模块的第一反射镜。

3.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，其特征在于：所述可升降反射镜组底端安装有Z轴方向的步进电机，控制模块可根据几何参数和衰减系数两种测试的流程所需独立控制各个反射镜的升降。

4.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，其特征在于：所述计算模块与控制模块通信指令格式为MODBUS协议，所述计算模块和控制模块均支持RS-485接口标准。

5.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，其特征在于：所述手摇脉冲发生器通过控制模块自动分配所需要控制的所述可升降反射镜组/三维调节台的步进电机，无需手动选择或切换；所述手摇脉冲发生器将手动旋转的角度和速度转换成脉冲信号发送给控制模块，由控制模块控制步进电机的运动。

6.根据权利要求1所述的一种光纤几何参数和衰减系数集成测试的自动化控制系统，其特征在于：所述系统自动对焦待测光纤的过程包括：

步骤1：三维调节台中的用于驱动光纤对焦的步进电机从起始位置点出发，以等步长驱动光纤向某一方向运动；

步骤2：每走一步，计算模块计算一次清晰度评价值；

步骤3：若计算所得的清晰度评价值逐渐增大，说明步进电机驱动方向正确，控制模块控制步进电机继续向当前方向运动；当清晰度评价值第一次减小时，说明光纤已经越过最佳对焦点，控制模块控制步进电机反向运转，并减小步长；

步骤4：反复重复步骤2～3，直到最终步长减小到设定值，找到最佳对焦点，搜索结束。

Images