CN116067294A - 一种熔接光纤包层直径测试方法 - Google Patents

一种熔接光纤包层直径测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种熔接光纤包层直径测试方法，该测试方法包括以下步骤：将短光纤与长光纤端面进行熔接，作为试样进行纤芯直径测试；熔接后的光纤定位在光纤几何参数测试仪输入端，采用近场光分布法进行测试；本发明中，短光纤熔接长光纤作为测试试样，通过近场光分布法获得清晰的光纤边缘图像，经过噪点消除获得拟合椭圆，通过计算获得测试试样的几何参数，解决了现有技术中，光纤长度过长或过短时无法进行光纤几何参数计算的问题，同时不影响测试精度，从而使工作效率提高、测试方法适用性好；同时，解决光缆铺设过程中，因光纤熔接效果不良而导致的无法判断光纤几何尺寸是否达标问题。

Description

一种熔接光纤包层直径测试方法
技术领域
本发明涉及光纤几何参数测试技术领域，具体是一种熔接光纤包层直径测试方法。
背景技术
现阶段为同时解决短光纤几何参数无法测试的问题，新型测试方法应运而生，其优点可以让短光纤熔接另外一段光纤进行测试得到精准的测试数据，解决了光纤长度过短无法测试的问题。
随着科学技术的迅速发展，光纤现已在通信、电子和电力等领域日益发展，成为大有前途的新型基础材料。目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它是在折射率较大的纤芯内部，覆上一层折射率较少的包层，光在纤芯与包层的界面上发生全反射而被限制在纤芯内传播，光纤实际上是一种介质波导，光被闭锁在光纤内，只能沿光纤传输。
但是现阶段的光纤测试具有如下缺点：(1)大多数光纤由于长度过短造成光纤几何参数无法测试，影响测试进度；(2)光缆在敷设过程中，通常对光纤熔接结果不良，比如光缆敷设长度短，无法裁剪重新熔接，造成无法判断光纤的几何尺寸是否达标。因此，针对上述问题提出一种熔接光纤包层直径测试方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决上述至少一个问题，本发明提出的一种熔接光纤包层直径测试方法。
一种熔接光纤包层直径测试方法，该测试方法包括以下步骤：
S1：将短光纤与长光纤端面进行熔接，作为试样进行纤芯直径测试；
S2：熔接后的光纤定位在光纤几何参数测试仪输入端，采用近场光分布法进行测试；
S3：对光纤几何参数测试仪输出端近场图进行聚焦，并定位于显示器中心；
S4：调节输入端纤芯照明强度和输出端包层照明强度，记录多个数字化的输出端近场图数据；
S5：采用中值滤波与均值滤波法对输出端近场图进行滤波去噪处理；
S6：利用Canny算子进行输出端近场图边缘图像的提取，并获得纤芯包层边缘点的光纤边缘图像；
S7：针对光纤边缘图像，提取光纤的边缘坐标，并进行椭圆拟合，得到拟合椭圆；
S8：针对拟合椭圆设定合适的阈值，并将超出椭圆边界的数据点去除；
S9：利用椭圆函数拟合结果，得到系数向量α，并用系数向量α求得拟合椭圆的几何参数。
优选的，所述S5中，未经滤波处理的输出端近场图，即光纤图像，存在较多噪声，利用中值滤波与均值滤波法中的一种或两种对光纤图像进行去噪，得到光纤边缘图像。
优选的，所述S7中，采用最小二乘法完成对光纤边缘图像的椭圆拟合，以向量形式表示：f(α,X)＝α,X＝Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0(1)
其中，α＝(A,B,C,D,E,F)为椭圆一般方程的系数向量；
X＝(xi 2,xiyi,yi 2,xi,yi,1)为坐标点数据；
根据最小二乘法原理，求得目标函数f为最小值的系数向量：
Figure BDA0004061680940000021
若需目标函数取得最小值，还需满足：
Figure BDA0004061680940000022
优选的，所述S9中，拟合椭圆的几何参数包括拟合椭圆的中心坐标、长径、短径以及旋转角度。
优选的，所述S9中，拟合椭圆的中心坐标计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000031
Figure BDA0004061680940000032
其中，xc,yc为拟合椭圆的中心坐标。
优选的，所述S9中，拟合椭圆的长径计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000033
其中，a为拟合椭圆的长径。
优选的，所述S9中，拟合椭圆的短径计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000034
其中，b为拟合椭圆的短径。
优选的，所述S9中，拟合椭圆的长径旋转角度计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000035
其中，θ为拟合椭圆长径的旋转角度。
优选的，所述S9中，在椭圆函数拟合完成后，可得到式(1)的系数向量α，根据式(4)-式(8)可分别得到拟合椭圆的长径、短径、中心坐标及旋转角度。
优选的，所述S9中，拟合椭圆的中心坐标表示为：
xclad(xcore)＝xc  (9)
yclad(ycore)＝yc  (10)
其中，xclad，yclad为纤芯的中心坐标；
光纤的同心度误差计算公式表达为：
Figure BDA0004061680940000041
光纤不圆度的计算公式表达为：
δ＝(Rmax-Rmin)/R  (12)
其中Rmax为试样的长径、Rmin为试样的短径；R为试样的等效半径；根据式(6)、(7)可得：
Rmax＝a   (13)
Rmin＝b   (14)
计算有效半径，可取拟合椭圆长径、短径的几何平均值求得：
Figure BDA0004061680940000042
本发明的有益之处在于：
本发明中，短光纤熔接长光纤作为测试试样，通过近场光分布法获得清晰的光纤边缘图像，经过噪点消除获得拟合椭圆，通过计算获得测试试样的几何参数，解决了现有技术中，光纤长度过长或过短时无法进行光纤几何参数计算的问题，同时不影响测试精度，从而使工作效率提高、测试方法适用性好；同时，解决光缆铺设过程中，因光纤熔接效果不良而导致的无法判断光纤几何尺寸是否达标问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种实施例的测试方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种熔接光纤包层直径测试方法，该测试方法包括以下步骤：
S1：将短光纤与长光纤端面进行熔接，作为试样进行纤芯直径测试；
S2：熔接后的光纤定位在光纤几何参数测试仪输入端，采用近场光分布法进行测试；
具体的，近场光分布法包括近场扫描法和灰度法两种测量方式，灰度法是通过光学显微镜对光纤的端面进行放大，并利用CCD相机获取光纤的端面图像。
S3：对光纤几何参数测试仪输出端近场图进行聚焦，并定位于显示器中心；
S4：调节输入端纤芯照明强度和输出端包层照明强度，记录多个数字化的输出端近场图数据；
S5：采用中值滤波与均值滤波法对输出端近场图进行滤波去噪处理；
S6：利用Canny算子进行输出端近场图边缘图像的提取，并获得纤芯包层边缘点的光纤边缘图像；
具体的，Canny算子是常用的边缘提取算子，可有效提取滤波后的光纤端面边缘，并配合形态学操作及限制半径区域，可将噪点取出。
S7：针对光纤边缘图像，提取光纤的边缘坐标，并进行椭圆拟合，得到拟合椭圆；
S8：针对拟合椭圆设定合适的阈值，并将超出椭圆边界的数据点去除；
具体的，当试样的切割端面不佳或是光照灰度不均匀时，图像中存在边缘模糊及阴影噪点，通过对拟合椭圆设定合适的预制，可将超出椭圆边界的噪点去除，提高拟合结果的精度。
S9：利用椭圆函数拟合结果，得到系数向量α，并用系数向量α求得拟合椭圆的几何参数。
具体的，S1中提到的短光纤与长光纤至少是相同型号的光纤，且短光纤长度至少为0.2米，而长光纤长度至少为1.8米，光纤总长度为2.0米，且容差控制在±0.2米；具体的，光纤包层直径为包层中心圆的直径，且光纤型号为G652D光纤，是波长段扩展的非色散位移光纤；
所述S2中，近场光分布法是通过对被试光纤输出端面上近场光分布进行分析，确定光纤横截面几何参数。
将光纤型号为G652D的短光纤熔接光纤型号为G652D的长光纤，其熔接方法包括：
A1：短光纤涂覆层处理：使用光纤剥线钳将光纤涂覆层剥掉，用无尘纸蘸取酒精搽拭清理光纤端面；
A2、短光纤端面的处理：使用光纤切割刀将所述短光纤涂覆层处理后的光纤进行切割；
A3、长光纤涂覆层处理：使用光纤剥线钳将光纤涂覆层剥掉，用无尘纸蘸取酒精搽拭清理光纤端面；
A4、长光纤端面的处理：使用光纤切割刀将所述长光纤涂覆层处理后的光纤进行切割；
A5、光纤熔接：将所述短光纤和长光纤处理后的端面进行熔接；
A6、试样制备：试样端面应清洁、光滑并垂直于光纤轴。测量包层时，端面倾斜角应小于10；对G652D光纤，试样的长度宜为2m±0.2m。应注意避免光纤的突然弯曲。
作为本发明的一种实施方式，所述S5中，未经滤波处理的输出端近场图，即光纤图像，存在较多噪声，利用中值滤波与均值滤波法中的一种或两种对光纤图像进行去噪，得到光纤边缘图像。
作为本发明的一种实施方式，所述S7中，采用最小二乘法完成对光纤边缘图像的椭圆拟合，以向量形式表示：
f(α,X)＝α,X＝Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0   (1)
其中，α＝(A,B,C,D,E,F)为椭圆一般方程的系数向量；
X＝(xi 2,xiyi,yi 2,xi,yi,1)为坐标点数据；
根据最小二乘法原理，求得目标函数f为最小值的系数向量：
Figure BDA0004061680940000071
若需目标函数取得最小值，还需满足：
Figure BDA0004061680940000072
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，拟合椭圆的几何参数包括拟合椭圆的中心坐标、长径、短径以及旋转角度。
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，拟合椭圆的中心坐标计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000073
Figure BDA0004061680940000074
其中，xc,yc为拟合椭圆的中心坐标。
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，拟合椭圆的长径计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000081
其中，a为拟合椭圆的长径。
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，拟合椭圆的短径计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000082
其中，b为拟合椭圆的短径。
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，拟合椭圆的长径旋转角度计算公式表示为：
Figure BDA0004061680940000083
其中，θ为拟合椭圆长径的旋转角度。
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，在椭圆函数拟合完成后，可得到式(1)的系数向量α，根据式(4)-式(8)可分别得到拟合椭圆的长径、短径、中心坐标及旋转角度。
作为本发明的一种实施方式，所述S9中，拟合椭圆的中心坐标表示为：
xclad(xcore)＝xc  (9)
yclad(ycore)＝yc  (10)
其中，xclad，yclad为纤芯的中心坐标；
光纤的同心度误差计算公式表达为：
Figure BDA0004061680940000084
光纤不圆度的计算公式表达为：
δ＝(Rmax-Rmin)/R  (12)
其中Rmax为试样的长径、Rmin为试样的短径；R为试样的等效半径；根据式(6)、(7)可得：
Rmax＝a   (13)
Rmin＝b   (14)
计算有效半径，可取拟合椭圆长径、短径的几何平均值求得：
Figure BDA0004061680940000091
工作原理：短光纤熔接长光纤作为测试试样，通过近场光分布法获得清晰的光纤边缘图像，经过噪点消除获得拟合椭圆，通过计算获得测试试样的几何参数，解决了现有技术中，光纤长度过长或过短时无法进行光纤几何参数计算的问题，同时不影响测试精度，从而使工作效率提高、测试方法适用性好；同时，解决光缆铺设过程中，因光纤熔接效果不良而导致的无法判断光纤几何尺寸是否达标问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：该测试方法包括以下步骤：
S1：将短光纤与长光纤端面进行熔接，作为试样进行纤芯直径测试；
S2：熔接后的光纤定位在光纤几何参数测试仪输入端，采用近场光分布法进行测试；
S3：对光纤几何参数测试仪输出端近场图进行聚焦，并定位于显示器中心；
S4：调节输入端纤芯照明强度和输出端包层照明强度，记录多个数字化的输出端近场图数据；
S5：采用中值滤波与均值滤波法对输出端近场图进行滤波去噪处理；
S6：利用Canny算子进行输出端近场图边缘图像的提取，并获得纤芯包层边缘点的光纤边缘图像；
S7：针对光纤边缘图像，提取光纤的边缘坐标，并进行椭圆拟合，得到拟合椭圆；
S8：针对拟合椭圆设定合适的阈值，并将超出椭圆边界的数据点去除；
S9：利用椭圆函数拟合结果，得到系数向量α，并用系数向量α求得拟合椭圆的几何参数。
2.根据权利要求1所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S5中，未经滤波处理的输出端近场图，即光纤图像，存在较多噪声，利用中值滤波与均值滤波法中的一种或两种对光纤图像进行去噪，得到光纤边缘图像。
3.根据权利要求2所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S7中，采用最小二乘法完成对光纤边缘图像的椭圆拟合，以向量形式表示：f(α,X)＝α,X＝Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0(1)
其中，α＝(A,B,C,D,E,F)为椭圆一般方程的系数向量；
X＝(xi 2,xiyi,yi 2,xi,yi,1)为坐标点数据；
根据最小二乘法原理，求得目标函数f为最小值的系数向量：
Figure FDA0004061680930000021
若需目标函数取得最小值，还需满足：
Figure FDA0004061680930000022
4.根据权利要求3所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，拟合椭圆的几何参数包括拟合椭圆的中心坐标、长径、短径以及旋转角度。
5.根据权利要求4所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，拟合椭圆的中心坐标计算公式表示为：
Figure FDA0004061680930000023
Figure FDA0004061680930000024
其中，xc,yc为拟合椭圆的中心坐标。
6.根据权利要求5所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，拟合椭圆的长径计算公式表示为：
Figure FDA0004061680930000025
其中，a为拟合椭圆的长径。
7.根据权利要求6所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，拟合椭圆的短径计算公式表示为：
Figure FDA0004061680930000031
其中，b为拟合椭圆的短径。
8.根据权利要求7所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，拟合椭圆的长径旋转角度计算公式表示为：
Figure FDA0004061680930000032
其中，θ为拟合椭圆长径的旋转角度。
9.根据权利要求8所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，在椭圆函数拟合完成后，可得到式(1)的系数向量α，根据式(4)-式(8)可分别得到拟合椭圆的长径、短径、中心坐标及旋转角度。
10.根据权利要求9所述的一种熔接光纤包层直径测试方法，其特征在于：所述S9中，拟合椭圆的中心坐标表示为：
xclad(xcore)＝xc  (9)
yclad(ycore)＝yc  (10)
其中，xclad，yclad为纤芯的中心坐标；
光纤的同心度误差计算公式表达为：
Figure FDA0004061680930000033
光纤不圆度的计算公式表达为：
δ＝(Rmax-Rmin)/R  (12)
其中Rmax为试样的长径、Rmin为试样的短径；R为试样的等效半径；根据式(6)、(7)可得：
Rmax＝a   (13)
Rmin＝b   (14)
计算有效半径，可取拟合椭圆长径、短径的几何平均值求得：
Figure FDA0004061680930000041
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