CN117367759A - 一种在线检测有源光纤漏光的系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线检测有源光纤漏光的系统及检测方法。系统包括由内嵌式环形光功率探测器的定位轮、磁感传感器和电源组成的光功率感知模块;包括由模/数转换器和计算机组成的数据处理模块;包括由感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面组成的数据显示界面;还包括高清摄像头和转速记录器。通过本系统所记录的过程数据,可以标定存在问题或失效光纤的具体位置,快速完成对所拉制有源光纤的截取、剔除,提升合格光纤的处理效率。操作人员可以高效率确认有源光纤质量及性能较好的有效区域,剔除缺陷光纤,减少研发及生产中的浪费,提高有源光纤截断效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源光纤拉丝过程中的在线检测技术,具体为一种在拉丝过程中在线检测有源光纤漏光的系统及检测方法。
背景技术
有源光纤是光纤激光器的核心原材料,具有转化效率高、光束质量好、可实现高功率输出的优势。
目前有源光纤石英包层在工作过程中具有传光的作用,在拉丝涂覆过程中,一般采用低折射率内层涂覆材料均匀涂敷在石英包层表面,固化后,将光束缚在石英包层内,以提升输出效率。对于有源光纤研发或量产的过程,单根光纤的拉丝长度为1~5公里,拉丝速度为0.1 m/min ~50m/min,相较于通信光纤拉丝速度(1500m/min~3000m/min),有源光纤拉丝速度相对较低,而在低速拉制有源光纤的过程中,由于低折射率涂覆材料工艺适用性问题,更容易产生涂覆层缺陷,造成漏光,致使拉制的有源光纤在部分长度存在性能较差的现象;有源光纤一般使用长度为几米~几十米,在研发或生产量较大的情况下,需要快速找到质量及性能良好的有效部分,提高后期光纤选取的效率,目前各个研究院所、生产厂家都在努力解决光纤快速截取及提升分段效率的问题。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供一种在线检测漏光的系统及检测方法,以解决有源光纤拉制过程中无法监控的问题,同时解决拉丝后无法明确、指出有效区域,判断、剔除缺陷光纤的问题。
本发明采取的技术方案是:一种在线检测有源光纤漏光的系统包括内嵌式环形光功率探测器的定位轮、磁感传感器和电源组成的光功率感知模块;包括由模/数转换器和计算机组成的数据处理模块;包括由感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面组成的数据显示界面;还包括高清摄像头和转速记录器;其中,内嵌于定位轮里的环形光功率探测器实现探测可见光全波段;所述电源分别连接内嵌于定位轮里的环形光功率探测器和磁感传感器,磁感传感器与环形光功率探测器单向连接,环形光功率探测器与模/数转换器单向连接,所述高清摄像头和转速记录器分别通过HDMI数据线和DB9数据线与计算机连接,计算机完成数据处理,输出至感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面。
一种采用在线检测有源光纤漏光的系统进行检测的方法是:首先同时开启电源、转速记录器和高清摄像头开始工作;当电源开启后,判断磁感传感器是否启动,若启动则环形光功率探测器工作,若未启动则启动报警;接下来环形光功率探测器的模拟信号传输至模/数转换器,转化为数字信号后计算机完成数据处理,然后在感光功率与拉丝长度关系输出界面显示对应关系曲线;当转速记录器工作后,转速记录器将记录的转速数据信息传输至计算机进行数据处理,同时进行拉丝长度计算,然后在拉丝长度输出界面上显示;当高清摄像头工作后,将数据信息传输至计算机进行数据处理,判断采集的光信号是否有颜色,若没有颜色进行提示或报警,若有颜色,则在颜色与拉丝长度关系输出界面显示对应关系曲线。
本发明系统包括具有光功率探测功能的定位轮(可探测的波长为380~880nm),能够进行光功率感知、检测,同时对于部分可见光(白光、黄色、橙色光、红光)颜色可进行图像识别,以进行漏光程度的判断。
有源光纤拉制的过程中,高温加热炉内部的光(视为光源),由于光透射原理,加热炉内部发热体所发出的光传导到光纤预制棒中,预制棒(8~50mm)在拉丝过程中受到垂直向下的牵引力,预制棒变径后成为光纤(40~1500μm),其后完成内、外层涂覆材料涂敷,光纤通过收线机复绕在光纤桶上,在此过程中加热炉发热体所发出的光一直沿光纤纤芯及其内包层传导,本发明就是通过对于该传导光的测量、识别,完成对于拉制有源光纤有效长度的精确定位。
本发明系统可以在有源光纤拉丝过程中实时监测光纤漏光程度、检测光纤漏光位置与拉丝长度的对应关系,其原理为:加热炉内部发热体所发出的光传导到光纤预制棒中,因内层涂覆材料失效,致使固化后折射率(正常固化时:低折射率材质≤1.375,包层数值孔径≥0.46;异常时:折射率升高,数值孔径<0.46)失效,不能满足全反射条件导致漏光现象。
本发明的实用性在于,有源光纤拉制完成后,需要根据用户需求进行定长(几米~几十米)截取,通过本系统记录的过程数据,可以标定存在问题或失效光纤的具体位置,快速完成对问题光纤的剔除,提升合格光纤处理效率。
本发明的有益效果是:有源光纤研发或量产的过程中,操作人员可以更高效率确认有源光纤质量及性能,标定有效区域,剔除缺陷光纤,减少研发及生产中的浪费,提高截断效率。
附图说明
图1本发明系统组成原理框图;
图2为本发明实施例中光功率感知模块结构主视示意图;
图3为本发明实施例中光功率感知模块结构侧视示意图;
图4为在线检测有源光纤漏光位置示意图;
图5本发明系统软件逻辑流程图。
图中:1-定位轮;2-第一导向轮;3-第二导向轮;4-牵引轮;1-1-环形光功率探测器;1-2-磁感传感器;1-3-轴承;1-4-覆盖层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例:本发明系统组成如图1所示,系统包括内嵌式环形光功率探测器的定位轮、磁感传感器和电源组成的光功率感知模块;包括由模/数转换器和计算机组成的数据处理模块;包括由感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面组成的数据显示界面;还包括高清摄像头和转速记录器;其中,内嵌于定位轮里的环形光功率探测器实现探测可见光全波段:380~880nm;电源分别连接内嵌于定位轮里的环形光功率探测器和磁感传感器,磁感传感器与环形光功率探测器单向连接,环形光功率探测器与模/数转换器单向连接,高清摄像头和转速记录器分别通过HDMI数据线和DB9数据线与计算机连接,计算机完成数据处理,输出至感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面。
本发明的光功率感知模块的结构如图2、图3所示,采用适合本系统使用环境、具有特定机械功能的自制环形光功率探测器1-1。内嵌式环形光功率探测器的定位轮置于拉丝塔上,其中环形光功率探测器1-1置于定位轮V型槽下方。
在定位轮V型槽下方设计用于内嵌环形光功率探测器的凹槽,将环形光功率探测器1-1整体内嵌于定位轮V型槽下方的凹槽里,环形光功率探测器1-1上覆硬质透明材料(采用丙烯酸酯材料或聚乙烯材料)作为覆盖层1-4,透光、可加工,能够保证定位轮功能及机械性能。环形光功率探测器1-1可实现探测可见光全波段:380~880nm,其几何尺寸可自主设计或采用柔性材料适应所处环境。
如图2、图3所示,光功率感知模块的磁感传感器1-2共四个,间隔90°分别均匀固定于内嵌式环形光功率探测器定位轮的侧壁;电源固定于内嵌式环形光功率探测器定位轮的轴承1-3内部。电源采用5~24V直流电源供电,本实施例采用5V,使用导电滑环分别连接内嵌于定位轮里的环形光功率探测器1-1和四个磁感传感器1-2。
有源光纤在光纤拉制过程中,拉丝速度满足7m/min,如图4所示,该光纤经过定位轮1、第一导向轮2和第二导向轮3,且经过牵引轮4,使光纤在恒定的拉丝速度下持续稳定运行、定向移动;光纤被牵引后,连续从内嵌式环形光功率探测器的定位轮初始相切点到出离相切点移动,四个磁感传感器1-2跟随定位轮1转动,当磁感传感器1-2产生磁感应时,磁控传感器1-2启动环形光功率探测器检测,使环形光功率探测器1-1能够充分感知由于弯曲而泄漏的光,并测量出泄漏的光功率值(模拟信号),通过模/数转换器转化为数字信号传输至计算机,计算机完成数据处理,可输出感知功率与拉丝长度对应关系的变化曲线,显示在数据显示界面上,并存储在计算机上。
本发明的高清摄像头通过支架固定在拉丝塔上,高清摄像头与定位轮出射光纤平行,距离为:1~2cm。高清摄像头对拉丝过程移动中的有源光纤进行采集,通过HDMI数据线将影像数据传输至计算机,计算机完成对于光纤所呈现颜色(白、黄、橙、红)进行判定、区分,经过数据处理后,可输出识别颜色与拉丝长度对应关系的变化曲线,显示在数据显示界面上,并存储在计算机上。
本发明的拉丝长度记录模块通过拉丝塔牵引轮电机编码器实现,牵引轮4的周长为1m,每分钟牵引电机的转速通过DB9数据线传输至计算机,计算机计算出拉丝长度,显示在数据显示界面上,并存储至计算机中。
本发明的数据处理模块是将光纤拉制过程中光功率感知模块、图像识别模块、拉丝长度记录模块采集的数据(拉丝长度、光功率变化、颜色变化),通过数据处理模块将功率变化量、颜色变更与拉丝实时计数长度形成对应关系,并分别呈现在数据显示界面上,便于拉丝工艺过程中的实时监控。
本发明的数据显示界面主要输出拉丝长度、感光功率与拉丝长度关系、光纤颜色与拉丝长度关系,共三个要素,便于科研及操作人员的现场监控,提升后续处理光纤的能力。通过记录牵引轮转速,根据其周长通过计算机实时计算并记录拉丝长度,计算机对各个模块采集的实时数据进行分析,在数据显示界面中显示拉丝长度、光功率及颜色与实际拉丝长度的对应关系。
如图5所示,在线检测有源光纤漏光的系统进行检测的方法是:首先开启电源、同时转速记录器和高清摄像头开始工作,当电源开启后,判断磁感传感器是否启动,若启动则环形光功率探测器工作,若未启动则启动报警;接下来将环形光功率探测器的模拟信号传输至模/数转换器,转化为数字信号传输至计算机,计算机完成数据处理,在感光功率与长度关系输出界面上显示对应关系曲线;当转速记录器工作后,转速记录器将记录的转速数据信息传输至计算机,进行拉丝长度计算,在拉丝长度输出界面显示实时拉丝长度;当高清摄像头工作后,将影像数据通过HDMI数据线传输至计算机,计算机完成采集光信号的颜色判断,若没有颜色进行提示或报警,若有颜色则将采集到的几种颜色与拉丝长度进行数据处理,在颜色与拉丝长度关系输出界面上显示对应关系曲线。
当有源光纤经过内嵌式环形光功率探测器的定位轮时,高清摄像头采集有源光纤呈现出的不同颜色,通过以下四种颜色判断有源光纤漏光程度:
1、当呈红光时,判断为不漏光;
2、当呈橙光时,判断为轻微漏光;
3、当呈黄色时,判断为漏光严重;
4、当呈白色时,判断为漏光极其严重。
Claims (5)
1.一种在线检测有源光纤漏光的系统,其特征在于,所述系统包括由内嵌式环形光功率探测器的定位轮、磁感传感器和电源组成的光功率感知模块;包括由模/数转换器和计算机组成的数据处理模块;包括由感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面组成的数据显示界面;还包括高清摄像头和转速记录器;
其中,内嵌于定位轮里的环形光功率探测器实现探测可见光全波段;
所述电源分别连接内嵌于定位轮里的环形光功率探测器和磁感传感器,磁感传感器与环形光功率探测器单向连接,环形光功率探测器与模/数转换器单向连接,所述高清摄像头和转速记录器分别通过HDMI数据线和DB9数据线与计算机连接,计算机完成数据处理,输出至感光功率与拉丝长度关系输出界面、颜色与拉丝长度关系输出界面、拉丝长度输出界面。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测有源光纤漏光的系统,其特征在于,所述环形光功率探测器固定于定位轮V型槽下方;所述磁感传感器共4个,间隔90°均匀固定于内嵌式环形光功率探测器定位轮的侧壁。
3.根据权利要求2所述的一种在线检测有源光纤漏光的系统,其特征在于,电源采用5V~24V直流电源供电,使用导电滑环分别连接内嵌于定位轮的环形光功率探测器和磁感传感器。
4.一种采用如权利要求1至3任一项所述的在线检测有源光纤漏光的系统进行检测的方法,其特征在于,首先同时开启电源、转速记录器和高清摄像头开始工作;当电源开启后,判断磁感传感器是否启动,若启动则环形光功率探测器工作,若未启动则启动报警;
接下来环形光功率探测器的模拟信号传输至模/数转换器,转化为数字信号后计算机完成数据处理,然后在感光功率与拉丝长度关系输出界面显示对应关系曲线;
当转速记录器工作后,转速记录器将记录的转速数据信息传输至计算机进行数据处理,同时进行拉丝长度计算,然后在拉丝长度输出界面上显示;
当高清摄像头工作后,将数据信息传输至计算机进行数据处理,判断采集的光信号是否有颜色,若没有颜色进行提示或报警,若有颜色,则在颜色与拉丝长度关系输出界面显示对应关系曲线。
5.根据权利要求4所述的一种采用在线检测有源光纤漏光的系统进行检测的方法,其特征在于,当有源光纤经过内嵌式环形光功率探测器的定位轮时,高清摄像头采集有源光纤呈现出的不同颜色,通过以下四种颜色判断有源光纤漏光程度:
A、当呈红光时,判断为不漏光;
B、当呈橙光时,判断为轻微漏光;
C、当呈黄色时,判断为漏光严重;
D、当呈白色时,判断为漏光极其严重。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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