CN116972756A - 干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置 - Google Patents
干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116972756A CN116972756A CN202310937544.XA CN202310937544A CN116972756A CN 116972756 A CN116972756 A CN 116972756A CN 202310937544 A CN202310937544 A CN 202310937544A CN 116972756 A CN116972756 A CN 116972756A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- optical fibers
- fused
- optical
- fusion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 158
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 33
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 16
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000013527 convolutional neural network Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007526 fusion splicing Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Abstract
本发明公开了了一种干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置，其结构是：激光器通过分束器将入射光分为两束光分别进入两根传导光纤，一根光纤与耦合器相通，另外一根接入环形器。环形器设有三个端口，分别用来连接光源、第一段待熔接光纤以及耦合器。两段待熔光纤分别置于熔接机内左右两侧的V型槽。两段待熔接光纤可以是单模或多模、无芯以及光子晶体不同光纤中的任意一种，并且也可以是同种或者不同种光纤。与目前技术相比，本发明提出的监测装置可以实时动态监测光纤熔接过程中错位量的变化，同时对于第二段待熔接光纤的长度没有要求，结构简单，对于错位熔接型光纤传感器的制作具有指导意义。
Description
技术领域
本发明属于所属的技术领域为光纤传感技术领域。
背景技术
随着光纤技术的发展，干涉型光纤传感器广泛应用于压力、温度、折射率以及压强等检测领域。现在越来越多的学者通过纤芯失配实现光纤中不同模式之间的干涉，以此提高传感器的灵敏度以及应用范围。在纤芯失配技术中，错位熔接是一种方便、快捷实现模式干涉传感器制作方法，其中光纤传感器的灵敏度与错位量之间息息相关，精确地控制光纤错位量，能够获得高性能的模式干涉传感器。
在公开号为CN114665956A的专利中，提出一种基于少模光纤瑞利后向散射原理的光纤熔接偏移量检测方法。通过光时域反射仪对少模光纤中多个传输模式进行瑞利后向散射曲线的测定，利用一维卷积神经网络算法训练不同模式的瑞利后向散射曲线，对少模光纤熔接偏移以及偏移量进行测定。解决现有基于瑞利后向散射曲线的光纤熔接偏移检测技术无法确定少模光纤熔接偏移量的问题，并避免了对单个模式的瑞利后向散射强度曲线测定时发生信号衰减造成熔接检测偏差。但是该专利主要是要是用于熔接后的光纤偏移量检测，且需要复杂的计算，并不适用于纤芯错位量的动态监测。
在公开号为CN 110686865 A的专利中，提出一种基于OCT技术的光纤熔接结构及损耗云检测系统。采用OCT技术对光纤熔接点进行三维检测，可以得到光纤熔接点的二维横截面信息和三维立体结构信息，实现包括熔接错位，熔接断层等实际问题的准确检测。但整体系统较为繁琐、流程复杂，并且也仅是针对于传感器制作后的错位量检测，并非针对错位过程的动态监测。
在公开号为CN114565595A的专利中，提出一种基于环芯光纤光斑的熔接偏移量的检测方法。通过采集大量不同错位熔接偏移量下的光斑图像，并进行高精度卷积神经网络的光斑识别训练，实现了对熔接过程中光纤偏移量的测量，提高了熔接质量检测的准确度。该系统中需要第二段光纤较长能够伸出熔接机的V型槽，将光输出至CCD相机，但对于第二段光纤长度短于V型槽的传感器制作并不适用。此外当光纤的类型产生变化，则无法利用该方法监测偏移量。
在公开号为US6148639的美国专利中，在拼接双芯光纤与单芯光纤时，利用熔接机内的相机直接捕获光纤的图像，从而获取两根光纤之间的错位量。但利用熔接机自带的CCD相机获取图像以及熔接机内置算法，均与CCD相机参数等因素相关，对于光纤错位量的测量存在一定的误差。
综上所述，目前所公开的针对光纤熔接偏移量的检测方法大多是利用光时域反射技术，通过对反射光的分析获取光纤熔接错位点的位置以及偏移量。整整方法一般多用于对熔接后的光纤进行检测，并不适用于在熔接过程中的错位量动态监测。对于错位熔接型模式干涉光纤传感器，熔接错位量是决定传感器精度的重要因素之一，因此如果能在错位熔接过程中进行实时监测光纤的错位量，对于干涉型光纤传感器具有重大意义。基于此，本发明提出一种适用于实时监测错位量的错位熔接系统。
发明内容
鉴于上述技术方法所存在的缺陷，本发明的目的是，提出一种适用于模式干涉光纤传感器在光纤熔接过程中可实时、动态进行错位量监测的装置，该装置结果简单，可用于不同长度的待熔接光纤。该监测系统组成包括激光器，
本发明的技术方案是：干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置，包括激光器、分束器、环形器、耦合器、熔接机以及光谱仪，熔接机设有内置电机。将激光器的光束通过分束器分为两束光分别进入两根传导光纤，其中一根光纤直接与耦合器相通，作为干涉的参考光；另外一根接入环形器。环形器设有三个端口：第一个端口用于接收来自分束器的一束待熔接光纤，并将光信号通过第二个端口传输至第一段待熔接光纤，第三个端口与耦合器相连接，传感光与参考光经过耦合器耦合后进入光谱仪。来自环形器的待熔光纤在熔接机内分为两段：第一段待熔光纤置于熔接机内左侧V型槽；第二段待熔光纤置于熔接机内右侧V型槽。
本发明的原理(光路径)，将进入激光器的光通过分束器分为两束，一根光纤与耦合器相连，另一根连接环形器第一个端口进行传感臂的光信号传输。环形器第二个端口连接第一段待熔接光纤，环形器第三个端口与耦合器相连，接收通过第二段待熔接光纤反射的光为传感光，参考光与传感光经过耦合器耦合进入光谱仪。在熔接过程中移动熔接机中一侧的V型槽，实现不同的光纤轴向错位量。通过调节轴向错位量，传感臂反射后的光会随着错位量发生改变，两臂的光发生干涉，导致光谱的干涉峰消光比发生改变。通过光谱的变化分析能够推测当前时刻光纤的错位量，实现对于光纤错位熔接过程中的动态监测。
本发明的有益效果在于，与目前技术相比，本发明提出的监测系统可以动态监测光纤熔接过程中错位量的变化，同时对于第二段待熔接光纤的长度没有要求，可以适用于不同光纤结构的错位熔接，系统结构简单，在错位熔接过程中对于操作者的实验水平要求低。同时由于该方法在光纤错位熔接过程中能够动态监测偏移量，可以高效快速地进行纤芯错位型光纤传感器的制作，并且在大批量生产中对传感器的质量提供了保证，节约了成本，明显提高传感器制作精度与速度。这对于错位熔接型光纤传感器的制作具有指导作用。
附图说明
附图1为本发明装置原理与部件连接系统示意图。
附图2为本发明中待熔光纤错位熔接原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的原理与结构进行详细的说明。需要说明的是，本实施例仅用于对本发明技术的解释，不能被认定用于限定本发明的实施范围。
本发明提出的错位量监测装置是利用干涉原理对两根待熔接光纤之间的错位量进行监测，适用于干涉型光纤传感器的制作过程。
干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置，其结构是：将激光器1的光束通过分束器2分为两束光分别进入两根传导光纤，其中一根光纤直接与耦合器4相通，作为干涉的参考光，另外一根接入环形器3。环形器设有三个端口：第一个端口用于接收来自分束器的一束待熔接光纤，并将光信号通过第二个端口传输至第一段待熔接光纤6-1，第三个端口与耦合器相连接，传感光与参考光经过耦合器耦合后进入光谱仪7。来自环形器的待熔光纤在熔接机内分为两段：第一段待熔光纤6-1置于熔接机的左侧V型槽；第二段待熔光纤6-2置于熔接机的右侧V型槽(如图1)。
环形器的第三个端口将接收到的熔接机第二段待熔接光纤端面反射的光信号接至所述耦合器，作为干涉传感中的传感光信号，与参考光进行耦合干涉。
在熔接机内将两段待熔光纤的轴线进行重合，利用熔接机内置电机调整第二段待熔光纤的位置，使两段光纤之间产生纤芯偏移量S(如图2)。通过熔接机内置电机的放电将两段待熔光纤错位熔接在一起，并以此实现两段待熔光纤轴向错位量的动态监测。
两段待熔接光纤是单模或多模、无芯以及光子晶体不同光纤中的任意一种，并且两段待熔光纤可以是同种光纤，或者不同种光纤。
分束器包括一个输入光纤端口和两个输出端口，环形器包括三个端口，耦合器包括两个输入光纤端口和一个输出光纤端口。
激光器与分束器的输入光纤端口相连，分光器的输出光纤端口与耦合器输入光纤端口相连，同时分束器另一个输出光纤端口与环形器的一个端口相连，环形器的另一端口连接第一段待熔接光纤，将两根待熔接光纤放在熔接机V型槽内。环形器第三个端口连接耦合器的另一输入光纤端口，其输出光纤端口连接光谱仪。所有器件均是光纤接头，器件之间利用法兰将光纤接头进行连接，实现光信号的传递。
通过调节熔接机内两段待熔光纤轴向错位量，第二段待熔接光纤端面反射的光信号作为传感光会随着错位量发生改变，与参考光发生干涉，导致光谱的干涉峰消光比发生改变。通过熔接机内置电机，然后通过熔接机电机的放电将两端光纤错位熔接在一起。
通过光谱的变化分析能够推测当前时刻光纤的错位量，实现对于光纤错位熔接过程中的动态监测。附图2显示了光纤错位熔接示意图。
待熔接光纤两段光纤为单模、多模、无芯以及光子晶体光纤等不同光纤中的任意一种光纤，并且两段光纤可以为同种光纤或者不同种光纤。实施例以单模光纤与少模光纤错位熔接为例。
首先将单模与少模两种光纤的熔接端面切割平整，单模光纤放置在熔接机左侧V型槽，少模光纤固定在熔接机右侧V型槽。利用熔接机自动对准两段光纤，使得两根光纤的轴线重合，记录对准时的光谱，然后再利用熔接机内置电机移动右侧V型槽，调整第二段光纤的位置，使第一与第二段光纤之间产生纤芯偏移量。以1um步进分别设定0-5um的纤芯偏移量(图2中S)，同时保存对应偏移量的干涉光谱图。通过对比分析不同偏移量的光谱图，由于不同偏移量导致反射的传感光不同，会导致干涉后干涉条纹不同。通过分析不同偏移量对应光谱中的消光比与波谷位置，建立偏移量与光谱中波谷的位置或强度之间的数学模型，建立错位量与消光比的差值之间的关系。在后续光纤错位熔接过程中，通过两者建立的关系，利用光谱仪可以动态监测光纤错位量，以便获得高灵敏度的模式干涉光纤传感器。
Claims (4)
1.干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置，包括激光器、分束器、环形器、耦合器、熔接机以及光谱仪，熔接机设有内置电机，其特征是：将激光器(1)的光束通过分束器(2)分为两束光分别进入两根传导光纤，其中一根光纤直接与耦合器(4)相通，作为干涉的参考光，另外一根接入环形器(3)，环形器设有三个端口：第一个端口用于接收来自分束器的一束待熔接光纤，并将光信号通过第二个端口传输至第一段待熔接光纤(6-1)，第三个端口与耦合器的相通，传感光与参考光经过耦合器耦合后进入光谱仪(7)，来自环形器的待熔光纤在熔接机内分为两段：第一段待熔光纤(6-1)置于熔接机内左侧V型槽；第二段待熔光纤(6-2)置于熔接机内右侧V型槽。
2.按照权利要求1所述的干涉型光纤传感器在熔接中可实时动态监测错位量的装置，其特征是：所述环形器的第三个端口将接收到的所述熔接机第二段待熔接光纤端面反射的光信号接至所述耦合器，作为干涉传感中的传感光信号，与参考光进行干涉。
3.按照权利要求1所述的干涉型光纤传感器在熔接中可实时动态监测错位量的装置，其特征是：在所述熔接机内将所述两段待熔光纤的轴线进行重合，利用熔接机内置电机调整第二段待熔光纤的位置，使两段光纤之间产生纤芯偏移量，通过熔接机内置电机的放电将两段待熔光纤错位熔接在一起，并以此实现两段待熔光纤轴向错位量的动态监测。
4.按照权利要求1所述的干涉型光纤传感器在熔接中可实时动态监测错位量的装置，其特征是：所述两段待熔接光纤是单模或多模、无芯以及光子晶体不同光纤中的任意一种，并且两段待熔光纤可以是同种光纤，或者不同种光纤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310937544.XA CN116972756A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310937544.XA CN116972756A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116972756A true CN116972756A (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=88477791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310937544.XA Pending CN116972756A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116972756A (zh) |
-
2023
- 2023-07-28 CN CN202310937544.XA patent/CN116972756A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107894245B (zh) | 一种应变与温度同时测量的保偏光纤干涉仪 | |
| CN102288388B (zh) | 提高保偏光纤偏振耦合测量精度和对称性的装置与方法 | |
| CN105277135B (zh) | 一种具有温度不敏感特性的高灵敏度光纤曲率传感结构 | |
| CN109959403B (zh) | 一种多参量大容量传感系统 | |
| CN102183490B (zh) | 光纤全息干涉测量装置 | |
| CN103344277A (zh) | 一种可同时检测双参量的法珀传感器及检测装置 | |
| CN102507149A (zh) | 异种光纤熔接点纤芯损耗测量方法及其测量系统 | |
| CN102928203B (zh) | 一种保偏光纤截止波长校准装置及其校准方法 | |
| CN104501731A (zh) | 一种低相干多路复用准分布光纤应变测量系统 | |
| CN106989904A (zh) | 一种保偏光纤消光比的测量方法 | |
| CN101325454B (zh) | 一种在光纤偏振模色散测试中降低不确定度的方法 | |
| EP1265062B1 (en) | Chromatic-dispersion measuring apparatus and method for optical fibres | |
| CN113804299A (zh) | 基于光频域干涉的光纤器件分布式双向偏振测量装置 | |
| CN107289922B (zh) | 一种共光路的光纤陀螺环正反向同时测量装置 | |
| CN202255844U (zh) | 异种光纤熔接点纤芯损耗测量系统 | |
| CN114111857A (zh) | 一种基于游标效应的光纤fpi级联mi传感装置 | |
| CN107314888A (zh) | 多功能铌酸锂集成器件的偏振性能测量方法 | |
| CN204405012U (zh) | 一种低相干多路复用准分布光纤应变测量系统 | |
| CN108957209A (zh) | 一种通信光纤光缆生产用的断线自动检测装置 | |
| CN103267478B (zh) | 高精度位置检测装置及方法 | |
| CN204555927U (zh) | 一种基于Smith谐振干涉型光程匹配扫描器的低相干光纤形变传感器网络解调系统 | |
| CN116972756A (zh) | 干涉型光纤传感器在光纤熔接中可动态监测错位量的装置 | |
| CN115096341B (zh) | 一种侧边对光的复合光纤法布里-珀罗传感器 | |
| CN105823624A (zh) | 一种用于光学相干偏振测量的标定装置及其动态范围标定方法 | |
| CN115711633A (zh) | 一种环路结构参考干涉仪的相位噪声精确校正光频域反射计 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |