CN110274544B - 光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，包括集中控制系统以及与集中控制系统均连接的透镜调节控制系统、光栅尺平台监测系统和相位掩模板组件电控系统；集中控制系统控制多个承载滑块及滑块上设置的透镜电调模块实现透镜二维方向自动化控制，同时光栅尺平台监测系统来实现透镜二维方向调整时位置信息的反馈。相位掩模板组件电控系统包括掩模调节滑块，及彼此平行设置并对准裸光纤的两个测距探头，掩模板调节滑块上设置有多个掩模板，通过平行移动掩模板调节滑块可灵活更换掩模板。本发明保证了系统调节的灵活性及准确性，进一步保证了光路长时间的稳定性，得到反射率及谱形一致性较高的光纤光栅。

Description

光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置

技术领域

本发明涉及光纤光栅制备领域，尤其涉及一种在线制备光纤光栅阵列时对写入装置进行半自动化控制调节和对调节结果在线监测的装置和方法。

背景技术

随着光纤传感技术的日益成熟，为满足在实际工程中密集、网络化的多点多参量的实时监测需求，光纤光栅传感器近年来向着大容量、大规模、高性能的方向快速发展。而其中基于光纤拉丝塔，在光纤拉制的同时进行光纤光栅刻写得到的光栅阵列由于无焊点、工艺灵活、一致性良好、机械强度较高等优势，在分布式光纤光栅传感技术领域具有不可替代的地位。

光纤光栅阵列在线制备得到的每个光栅的质量即光栅参量一致性对后续解调和分析影响极大，进而影响光栅阵列的传感性能。在光栅阵列制备过程中，由于制备的光栅数量庞大，耗费时间较长，在拉制时光纤会发生抖动，或是外界环境造成写入装置的平台不稳定等因素，致使光栅质量和一致性受到影响。同时，若需在线制备多波长光栅阵列，考虑到掩模板更替所造成的光栅参数变化，前期需要耗费大量时间对刻写装置进行微调。因此，简化写入装置的手动调节工序，并保证光栅写入环节的稳定性意义重大。

为解决上述问题，简化刻写装置的调节工序，提高光纤光栅阵列的前期调试效率和产率，有必要对写入光栅装置进行在线监测和半自动化控制，当装置中的模块位置出现微小的改变时，定位光栅此时的位置后，进行该模块的局部微调，使装置恢复至初始状态，保证写入装置的一致性和稳定性，大大缩短光路调节耗费的时间，通过监测为生产中的光栅质量提供保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中耗时、耗力的手动调节装置的缺陷，提供一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化控制及监测装置，该装置大大提高光纤光栅阵列生产效率，进一步保证光栅质量，得到反射率及谱形一致性较高的光纤光栅。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置包括：

透镜调节控制系统，包括电控直线导轨，其上设置有多个承载滑块，每个承载滑块上设置有透镜电调模块；

光栅尺平台监测系统，包括水平光栅尺，其上依次设置有多个水平滑块，每个水平滑块上设置有一个垂直光栅尺，所述垂直光栅尺上设置有一个垂直滑块，所述垂直滑块上设置有连接杆，所述连接杆固定于所述透镜电调模块上；

相位掩模板组件电控系统，包括掩模板调节滑块，其上设置有两个测距探头和多个掩模板，所述两个测距探头彼此平行设置并对准裸光纤；

集中控制系统，与所述透镜调节控制系统、所述光栅尺平台监测系统、所述相位掩模板组件电控系统均连接，获取所述水平滑块在水平光栅尺上的位置信息，以及所述垂直滑块在垂直光栅尺位置信息，同时获取掩模板距离裸光纤的距离信息，所述集中控制系统根据获取的信息，自动调节所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块的位置，自动调节掩模板调节滑块的位置。

接上述技术方案，所述电控直线导轨沿激光器光束方向设置于激光器出口的光学平台上，导轨长度40cm～80cm，所述水平光栅尺的长度大于所述电控直线导轨长度。

接上述技术方案，所述多个承载滑块的调节方向与激光器光束方向平行，所述多个承载滑块上设置的透镜电调模块的调节方向与激光器光束方向垂直，所述掩模板调节滑块可沿激光器光束平行方向和垂直方向二维调节。

接上述技术方案，所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块均与所述集中控制系统连接，并由所述集中控制系统单独控制。

接上述技术方案，所述水平光栅尺、所述多个水平滑块及其上设置的垂直光栅尺分别与所述集中控制系统连接。

接上述技术方案，所述承载滑块、所述透镜电调模块、所述掩模板调节滑块均采用压电陶瓷驱动。

接上述技术方案，所述水平光栅尺上设置的水平滑块个数与所述电控直线导轨上设置的承载滑块个数一致。

接上述技术方案，所述集中控制系统还包括软件界面，用于显示光栅写入装置中各透镜和相位掩模板沿激光光束方向位置信息与垂直于激光光束方向位置信息。

提供一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控方法，包括以下步骤：

S1、集中控制系统根据系统设置调节电控直线导轨上多个承载滑块的位置，以及承载滑块上透镜电调模块的位置，使所述透镜电调模块上透镜的光轴共线，并与激光器光束方向在一条直线上，并初始调节相位掩模板组件电控系统使其中心与激光器光束方向在一条直线上；

S2、光栅尺平台监测系统将多个水平滑块在水平光栅尺上的位置信息，以及水平滑块上设置的垂直滑块所对应的垂直光栅尺位置信息反馈给所述集中控制系统，同时所述相位掩模板组件电控系统上的两个测距探头将掩模板距离裸光纤的距离信息反馈给所述集中控制系统；

S3、所述集中控制系统根据刻写模式与所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块的位置信息以及所述相位掩模板组件电控系统的位置信息，控制各承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块自动移动到相应位置，手动对透镜进行俯仰角度、水平方向的平移和旋转角度的微调；

S4、光纤光栅阵列在线制备写入装置根据调节好的位置制备光栅，实时监控各个承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块位置信息，当各承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块位置发生变化时，重复S3，重新进行位置校准。

本发明产生的有益效果是：本发明提供的一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，采用集中控制系统控制多个承载滑块及滑块上设置的透镜电调模块实现透镜二维方向自动化控制，同时利用光栅尺平台监测系统来实现透镜二维方向调整时位置信息的反馈，保证了调节的灵活性及准确性，进一步保证了光路长时间的稳定性，确保光路的一致性，提高了光纤光栅阵列的质量。相位掩模板组件电控系统包括掩模板调节滑块和两个测距探头，两个测距探头彼此平行设置并对准裸光纤，确保距离监测更加精准，保障了即使在双波长写入模式时，各波长光栅反射率的一致性。集中控制系统包括控制及信息显示软件界面，便于对其监测更加直观。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的整体结构俯视图；

图2是本发明实施例的整体结构侧视图；

图3是本发明光栅尺平台监测系统二维测量装置结构示意图；

图4是本发明写入装置的半自动化控制及监测方法的流程图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，包括集中控制系统1以及与集中控制系统1均连接的透镜调节控制系统2、光栅尺平台监测系统4和相位掩模板组件电控系统3，由集中控制系统1根据光栅尺平台监测系统4的反馈信息自动控制透镜调节控制系统2、和相位掩模板组件电控系统3，保证了调节的灵活性及准确性。

本发明的一个具体实施例中，透镜调节控制系统2包括电控直线导轨21，电控直线导轨21上设置有第一承载滑块22、第二承载滑块23和第三承载滑块24，第一承载滑块22、第二承载滑块23和第三承载滑块24上分别设置第一透镜电调模块25、第二透镜电调模块26和第三透镜电调模块27，实现透镜沿光束方向和光束垂直方向的调节。

进一步地，光栅尺平台监测系统4包括水平光栅尺41，水平光栅尺41上依次设置有第一水平滑块42、第二水平滑块43和第三水平滑块44，分别用于监测第一承载滑块22、第二承载滑块23和第三承载滑块24的位置，每个水平滑块上设置有一个垂直光栅尺421，垂直光栅尺421上设置有一个垂直滑块422，垂直滑块422上设置有连接杆423，连接杆423固定于透镜电调模块上，用于监测透镜电调模块的位置，保证光路长时间的稳定性，确保光路的一致性，提高了光纤光栅阵列的质量。

相位掩模板组件电控系统3还包括掩模板调节滑块31，其上设置有第一测距探头32、第二测距探头33，彼此平行设置并对准裸光纤5，距离光纤1cm处，便于后续对掩模板其它维度调节时不与裸纤接触，生产时设定距离裸光纤5为1～2mm。采用双探头，确保距离监测更加精准，保障了即使在双波长写入模式时，各波长光栅反射率的一致性。通过掩模板调节滑块31可以调整第一测距探头32、第二测距探头33距离裸光纤5的距离。

掩模板调节滑块31设置有第一掩模板311、第二掩模板312和第三掩模板313，第一掩模板311刻写波长为1550nm、第二掩模板312刻写波长为1552nm和第三掩模板313刻写啁啾光栅，且三块掩模板处于一个平面上并排放置，通过平行移动掩模板调节滑块31可灵活更换掩模板种类。

集中控制系统1包括友好的控制及信息显示软件界面，位置信息全部在控制系统的界面上显示，便于对其监测更加直观。

进一步地，电控直线导轨21沿激光器光束方向设置于激光器出口的光学平台上，导轨长度40cm～80cm。

进一步地，第一承载滑块22、第二承载滑块23和第三承载滑块24的调节方向与激光器光束方向平行，第一承载滑块22、第二承载滑块23和第三承载滑块24上分别设置的第一透镜电调模块25、第二透镜电调模块26和第三透镜电调模块27的调节方向与激光器光束方向垂直。

进一步地，第一承载滑块22、第二承载滑块23、第三承载滑块24、第一透镜电调模块25、第二透镜电调模块26和第三透镜电调模块27均与集中控制系统1连接，并由集中控制系统1单独控制。

进一步地，水平光栅尺41，第一水平滑块42、第二水平滑块43和第三水平滑块44及其上设置的垂直光栅尺分别与所述集中控制系统1连接，分别用于监测承载滑块和透镜电调模块的位置，精度达到微米量级。

进一步地，水平光栅尺41的长度大于电控直线导轨长度21。

进一步地，承载滑块、透镜电调模块、掩模板调节滑块均采用压电陶瓷驱动，使对位置的控制精度高达微米量级。

进一步地，所述水平光栅尺41上设置的水平滑块个数与所述电控直线导轨21上设置的承载滑块个数一致。

提供一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控方法，包括以下步骤：

S1、集中控制系统1根据系统设置调节电控直线导轨21上多个承载滑块的位置，以及承载滑块上透镜电调模块的位置，使透镜电调模块上透镜的光轴共线，并与激光器光束方向在一条直线上，并初始调节相位掩模板组件电控系统3使其中心与激光器光束方向在一条直线上；

S2、光栅尺平台监测系统4将多个水平滑块在水平光栅尺41上的位置信息，以及水平滑块上设置的垂直滑块422所对应的垂直光栅尺421位置信息反馈给集中控制系统1，同时相位掩模板组件电控系统3上的两个测距探头将掩模板距离裸光纤的距离信息反馈给所述集中控制系统1；

S3、所述集中控制系统1根据刻写模式与所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块的位置信息以及相位掩模板组件电控系统3的位置信息，控制各承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块自动移动到相应位置，手动对透镜进行俯仰角度、水平方向的平移和旋转角度的微调；

S4、光纤光栅阵列在线制备写入装置根据调节好的位置制备光栅，实时监控各个承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块位置信息，当各承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块位置发生变化时，重复S3，重新进行位置校准。

本发明提出的一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，通过对光栅写入装置增设高精度电动控制位移平台和滑轨，并由集中控制系统1控制，对各透镜及相位掩模板组件实现二维方向上的自动化精确控制调节，缩短了光栅阵列生产前调节光路所耗费的时间，确保了各透镜位置的精确控制，提高了生产效率。同时采用平台监测装置和两个测距探头组成的光纤位置监测装置，集中控制系统1能方便、直观、快捷地观测到写入装置位置信息及光纤与掩模板之间的距离信息，保障了光纤光栅阵列长时间在线制备过程中写入装置的稳定性和光栅质量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，包括：

透镜调节控制系统，包括电控直线导轨，其上设置有多个承载滑块，每个承载滑块上设置有透镜电调模块；

光栅尺平台监测系统，包括水平光栅尺，其上依次设置有多个水平滑块，每个水平滑块上设置有一个垂直光栅尺，所述垂直光栅尺上设置有一个垂直滑块，所述垂直滑块上设置有连接杆，所述连接杆固定于所述透镜电调模块上；

相位掩模板组件电控系统，包括掩模板调节滑块，其上设置有两个测距探头和多个掩模板，所述两个测距探头彼此平行设置并对准裸光纤；

集中控制系统，与所述透镜调节控制系统、所述光栅尺平台监测系统、所述相位掩模板组件电控系统均连接，获取所述水平滑块在水平光栅尺上的位置信息，以及所述垂直滑块在垂直光栅尺位置信息，同时获取掩模板距离裸光纤的距离信息，所述集中控制系统根据获取的信息，自动调节所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块的位置，自动调节掩模板调节滑块的位置。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述电控直线导轨沿激光器光束方向设置于激光器出口的光学平台上，导轨长度40cm~80cm，所述水平光栅尺的长度大于所述电控直线导轨长度。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述多个承载滑块的调节方向与激光器光束方向平行，所述多个承载滑块上设置的透镜电调模块的调节方向与激光器光束方向垂直，所述掩模板调节滑块沿激光器光束平行方向和垂直方向二维调节。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块均与所述集中控制系统连接，并由所述集中控制系统单独控制。

5.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述水平光栅尺、所述多个水平滑块及其上设置的垂直光栅尺分别与所述集中控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述承载滑块、所述透镜电调模块、所述掩模板调节滑块均采用压电陶瓷驱动。

7.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述水平光栅尺上设置的水平滑块个数与所述电控直线导轨上设置的承载滑块个数一致。

8.根据权利要求1所述的光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控装置，其特征在于，所述集中控制系统还包括软件界面，用于显示光栅写入装置中各透镜和相位掩模板沿激光光束方向位置信息与垂直于激光光束方向位置信息。

9.一种光纤光栅阵列在线制备写入装置的半自动化测控方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1、集中控制系统根据初始设置调节电控直线导轨上多个承载滑块的位置，以及承载滑块上透镜电调模块的位置，使所述透镜电调模块上透镜的光轴共线，并与激光器光束方向在一条直线上，并调节相位掩模板组件电控系统使其中心与激光器光束方向在一条直线上；

S2、光栅尺平台监测系统将多个水平滑块在水平光栅尺上的位置信息，以及水平滑块上设置的垂直滑块所对应的垂直光栅尺位置信息反馈给所述集中控制系统，同时所述相位掩模板组件电控系统上的两个测距探头将掩模板距离裸光纤的距离信息反馈给所述集中控制系统；

S3、所述集中控制系统根据刻写模式与所述多个承载滑块及其上设置的透镜电调模块的位置信息以及所述相位掩模板组件电控系统的位置信息，控制各承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块自动移动到相应位置，手动对透镜进行俯仰角度、水平方向的平移和旋转角度的微调；

S4、光纤光栅阵列在线制备写入装置根据调节好的位置制备光栅，实时监控各个承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块位置信息，当各承载滑块、透镜电调模块和掩模板调节滑块位置发生变化时，重复S3，重新进行位置校准。

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