CN113624462B - 一种保偏光纤内扭测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及保偏光纤技术领域，于加热光纤上某一点至熔融，使得光纤上的扭应力完全释放，最后显微机构在三维运动平台辅助定位下测量光纤上多点的应力；尤其是涉及一种保偏光纤内扭参数的测量装置和方法。其中，装置包括，光纤固定工装，加热机构，测量光纤应力轴方向的显微装置，三维运动机构。光纤固定工装用于紧固光纤并提供一定张力，使光纤保持绷紧，加热机构用轴方向，从而计算得到光纤内扭值。相对于传统测量装置和方法，本发明实施例在保证测量精度的前提下大幅缩短测量时间，并且可以提供准连续的内扭分布数据。

Description

一种保偏光纤内扭测量装置和方法
技术领域
本发明涉及保偏光纤技术领域，尤其是涉及一种保偏光纤内扭参数的测量装置和方法。
背景技术
保偏光纤是光纤水听器，光纤陀螺仪等多种光纤传感器和通讯用光纤器件的主要原材料。
内扭指标定义为：当光纤包层扭应力完全释放时，单位长度上，其应力轴方向的旋转量。相对于光纤尺寸参数，光学参数，光纤内扭参数测量难度很大。传统的测量方法是将光纤截取一小段～数十毫米，去除涂覆层，将其中部固定于工装上，用显微镜观测光纤段两端的截面图像，识别其应力轴方向。将两端应力轴方向做差，除以光纤段长度，即可得到光纤内扭值。但容易理解，该测试方法弊端明显：操作困难，测试时间长，只能处理小段光纤，如需较长光纤段的分布数据，只能大量重复测试，测试复杂度进一步升高。
因测试复杂，测试难度大，目前绝大多数光纤厂家并不提供这一参数。这又对下游的应用带来了隐患，限制了技术水平的进一步提升。
如何降低内扭测试成本，实现准分布式测试，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术中的至少一种技术问题，本发明提供了一种用于测量保偏光纤内扭参数的测量装置和方法。
本发明的技术方案：一种用于测量保偏光纤内扭的测量装置，包括：
光纤固定工装1，加热机构2，显微装置3，三维运动机构4，
其中，所述两个光纤固定工装1分别放置在显微装置3两侧，固定受测光纤5的两端；
加热机构2位于两个光纤固定工装1之间，加热机构2的加热区包覆受测光纤5；
所述三维运动机构4与显微装置3固连，三维运动机构4承载显微装置3三维运动，其运动范围保证显微装置3可对受测光纤5清晰成像，且可以覆盖整个受测光纤5的测试段。
所述光纤固定工装1增加一维运动机构和旋转模块。
所述加热机构2的加热温度将受测光纤5加热至熔融状态。
所述加热机构2增加二维或三维运动机构。
所述显微装置3具有测量光纤应力轴方向的功能。
一种测量保偏光纤内扭的方法，包括以下步骤：
步骤1，将受测光纤5待测量段剥除涂覆层，并擦拭干净；
步骤2，将擦拭干净的光纤固定于光纤固定工装1，应保持光纤紧绷；
步骤3，将加热机构2打开，并使其加热区包覆受测光纤5裸纤某处，加热温度可使受测光纤5被加热区域转变为熔融状态，使受测光纤5扭应力充分释放；
步骤4，移动三维运动机构4，使显微装置3聚焦于受测光纤5加热点至某侧光纤固定工装1之间的光纤段上，测量不少于2个点的光纤应力轴方向。测量点坐标记为{x1，x2，x3，……，xn}，测量应力轴角度记为{θ1，θ2，θ3，……，θn}
将以上测量数据用最小二乘法拟合为x-θ直线，其斜率即为光纤内扭值。
所述受测光纤5扭应力充分释放，其判断标准为，加热受测光纤5P1点至熔融状态，保持t秒；移走加热装置2；使用显微装置3测量受测光纤5被加热点一侧P2点的应力轴方向，记为α1；再次加热受测光纤5P1点至熔融状态，保持t秒；移走加热装置2，使用显微装置3测量受测光纤5P2点的应力轴方向，记为α2；重复以上过程，直到αn＝αn+1；所述t秒是根据光纤参数决定。
所述熔融状态，其判断标准为，在该状态下拉伸受测光纤51至5毫米，
其直径变细，但不会断裂。
所选择相邻两个测量点之间的内扭小于90度。
受测光纤5涂覆层的剥除长度应满足测试长度需要，且短于两个光纤固定工装1之间的安装跨度。
本发明的有益效果：通过使用光纤固定工装固定受测光纤，使用加热装置加热光纤，去除光纤扭应力，使用显微装置测量光纤不同位置的应力轴方向，根据测量得到的应力轴方向和测量点坐标，可以计算出光纤内扭值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例的保偏光纤内扭测量装置的结构示意图；
其中：1-光纤固定工装、2-加热机构、3-显微装置、4-三维运动机构、5-受测光纤。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示意性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域的技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体设置和方法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了结构、方法、器件的任何改进、替换和修改。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以互相结合，各个实施例可以相互参考和引用。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明一实施例的保偏光纤内扭测量装置结构示意图。
如图1所示，两个光纤固定工装1分别放置在显微装置3两侧，固定受测光纤5的两端，可以增加一维运动机构用于辅助将受测光纤5张紧，可以增加旋转模块，用于配合完成一些光纤应力轴测量方法。光纤固定方式通常包括夹具挤压和真空吸附等。
加热机构2位于两个光纤固定工装1之间，加热机构2的加热区应可包覆受测光纤5局部，其加热温度可将受测光纤5加热至熔融状态，使受测光纤5的扭应力完全释放。可以增加二维或三维运动机构，用于移入、移出和精确定位加热区。
受测光纤5扭应力充分释放，其判断标准为，加热受测光纤5P1点至熔融状态，保持t秒；移走加热装置2；使用显微装置3测量受测光纤5被加热点一侧P2点的应力轴方向，记为α1；再次加热受测光纤5P1点至熔融状态，保持t秒；移走加热装置2，使用显微装置3测量受测光纤5P2点的应力轴方向，记为α2；重复以上过程，直到αn＝αn+1；所述t秒是根据光纤参数决定。
熔融状态，其判断标准为，在该状态下将受测光纤5拉伸1至5毫米，其直径变细，但不会断裂。
三维运动机构4与显微装置3固连，三维运动机构4承载显微装置3三维运动，其运动范围保证显微装置3可对受测光纤5清晰成像，且可以覆盖整个受测光纤5的测试段。
本实施例给出了一种保偏光纤内扭测量的方法。该测量方法包括以下步骤：
步骤1，将受测光纤5待测量段剥除涂覆层，并擦拭干净；
步骤2，将擦拭干净的光纤固定于光纤固定工装1，应保持光纤紧绷；
步骤3，将加热机构2打开，并使其加热区包覆受测光纤5裸纤某处，加热温度可使受测光纤5被加热区域转变为熔融状态，使受测光纤5扭应力充分释放；
步骤4，移动三维运动机构4，使显微装置3聚焦于受测光纤5加热点至某侧光纤固定工装1之间的光纤段上，测量不少于2个点的光纤应力轴方向。测量点坐标记为{x1，x2，x3，……，xn}，测量应力轴角度记为{θ1，θ2，θ3，……，θn}。将以上测量数据用最小二乘法拟合为x-θ直线，其斜率即为光纤内扭值。
为避免出现在一个测量跨度之间，光纤应力轴旋转半周以上的情况，所选择相邻两个测量点之间的内扭小于90度。
受测光纤5涂覆层的剥除长度应满足测试长度需要，且短于两个光纤固定工装1之间的安装跨度。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于测量保偏光纤内扭的测量装置的测量方法，其特征在于，包括：光纤固定工装（1），加热机构（2），显微装置（3），三维运动机构（4）；所述两个光纤固定工装（1）分别放置在显微装置（3）两侧，固定受测光纤（5）的两端；加热机构（2）位于两个光纤固定工装（1）之间，加热机构（2）的加热区包覆受测光纤（5）；所述三维运动机构（4）与显微装置（3）固连，三维运动机构（4）承载显微装置（3）三维运动，其运动范围保证显微装置（3）可对受测光纤（5）清晰成像，且可以覆盖整个受测光纤（5）的测试段；
所述方法包括：
步骤1，将受测光纤（5）待测量段剥除涂覆层，并擦拭干净；
步骤2，将擦拭干净的光纤固定于光纤固定工装（1），应保持光纤紧绷；
步骤3，将加热机构（2）打开，并使其加热区包覆受测光纤（5）裸纤某处，加热温度可使受测光纤（5）被加热区域转变为熔融状态，使受测光纤（5）扭应力充分释放；
步骤4，移动三维运动机构（4），使显微装置（3）聚焦于受测光纤（5）加热点至某侧光纤固定工装（1）之间的光纤段上，测量不少于2个点的光纤应力轴方向；测量点坐标记为{x 1，x 2，x 3，……，x n}，测量应力轴角度记为{θ 1，θ 2，θ 3，……，θ n}
将以上测量数据用最小二乘法拟合为x-θ直线，其斜率即为光纤内扭值；
所述受测光纤（5）扭应力充分释放，其判断标准为，加热受测光纤（5）P1点至熔融状态，保持t秒；移走加热机构（2）；使用显微装置（3）测量受测光纤（5）被加热点一侧P2点的应力轴方向，记为α1；再次加热受测光纤（5）P1点至熔融状态，保持t秒；移走加热机构（2），使用显微装置（3）测量受测光纤（5）P2点的应力轴方向，记为α2；重复以上过程，直到αn=αn+1；所述t秒是根据光纤参数决定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤固定工装（1）增加一维运动机构和旋转模块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热机构（2）的加热温度将受测光纤（5）加热至熔融状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热机构（2）增加二维或三维运动机构。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：所述显微装置（3）具有测量光纤应力轴方向的功能。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融状态，其判断标准为，在该状态下拉伸受测光纤（5）1至5毫米，其直径变细，但不会断裂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所选择相邻两个测量点之间的内扭小于90度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，受测光纤（5）涂覆层的剥除长度应满足测试长度需要，且短于两个光纤固定工装（1）之间的安装跨度。
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