熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置的制作方法

本实用新型涉及光纤传感测试技术领域，尤其涉及一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置。

背景技术：

保偏光纤，主要应用于光纤电流互感器，光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统，是一种具有广泛应用价值的特种光纤类型。应力双折射保偏光纤主要有领结型保偏光纤、熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤三种。其中，熊猫型保偏光纤应用最为广泛。

保偏光纤传输线偏振光，在以光学相干检测为基础的光纤传感器中使用，实现对物理量的高精度测量，是生产光纤陀螺（惯性制导系统）和光纤水听器（声呐系统）的核心原材料。随着光纤传感器的不断发展，对光纤性能的稳定性也提出了更高的要求。保偏光纤在生产制作和绕制成环的过程当中，会发生一定角度的扭转，这种扭转会引起偏振光在光纤中传播时偏振态的变化，从而引起光纤传感器测量精度的误差。为了提高光纤传感器的测量精度，有必要对保偏光纤的扭转进行测量。

现有技术中，中国专利文献CN103954240A公开了一种基于谱域OCT系统测量保偏光纤扭转的方法，利用谱域OCT成像系统对待测保偏光纤断面进行成像，得到保偏光纤不同位置的断面成像后，根据成像中两个应力区中心点的相对位置对保偏光纤的扭转角度进行测量，该方法在测试精度低，而且在测量过程中需要暂停光纤收线和放线，不可用于在线测量。中国专利文献CN103940373A公开了一种熊猫型保偏光纤外扭角度的测量方法，该检测方法基于熊猫型保偏光纤两个应力区对光线的会聚作用，探测两个应力区对应的光线会聚点之间的垂直距离，依据几何光学的原理，由应力区汇聚点之间的垂直距离计算得到保偏光纤的扭转角度，该方法在测量过程中，需要来回移动测试平台，还需要保持第一探测器与第二探测器在同一水平面上，该方法操作较为复杂，不利于产业化应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，无需过多的人为干预操作并且测量精度高，分辨率高，可以用于光纤拉丝或者绕制成环时的在线实时监测，同时可以有效的避免光纤在拉制或者绕制成环过程当中光纤轻微抖动造成的影响。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，熊猫型保偏光纤包括纤芯、第一应力区、第二应力区和石英包层，它包括第一激光入射装置、第二激光入射装置、第一CCD相机、第二CCD相机、光学传感器和计算机系统；

纤相邻的两侧，所述第一CCD相机和第二CCD相机分别设置在与第一激光入射装置和第二激光入射装置对应的熊猫型保偏光纤的两侧，所述第一CCD相机和第二CCD相机分别与计算机系统相连接，所述计算机系统与光学传感器相连接，所述光学传感器安装于拉丝设备或者绕环设备的牵引轮上。

一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，所述第一激光入射装置和第二激光入射装置分别发射出第一准直激光束和第二准直激光束，所述第一准直激光束和第二准直激光束呈正交分布，并垂直于光纤轴向方向。

一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，所述第一激光入射装置和第二激光入射装置发射的激光频率为2~50kHz。

一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，所述第一准直激光束和第二准直激光束形成的有效测量区域为4mm*4mm。

一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，所述第一激光入射装置和第二激光入射装置发射的入射光线经过石英包层后得到第一包层干涉光线和第二包层干涉光线，入射光线经过第一应力区和第二应力区得到应力区干涉光线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过分析准直入射光垂直通过光纤轴向方向之后的干涉图谱以及光强分布，并通过光线追迹的方法以及计算机模拟计算，可以得到应力区的相对位置以及扭转角度，该方法测量精度更高；

2、本实用新型的激光入射系统包括两个激光发射端头，发射出两束准直光，两束准直光呈正交分布，形成测有效测量区域较大，很大程度上减小了在光纤拉丝或者绕制成环的过程中抖动带来的影响；

3、本实用新型操作简单，设置合理，能够充分满足熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量的要求，而且便于安设和对现有设备的改造。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型一个实施例的入射光线入射光纤后的干涉图谱。

图3为本实用新型一个实施例的定义扭转角度为0度时的光纤追迹图。

图4为本实用新型一个实施例的扭转角度为0度时的光强分布图。

图5为本实用新型一个实施例的定义扭转角度为90度时的光纤追迹图。

图6为本实用新型一个实施例的扭转角度为90度时的光强分布图。

图7为本实用新型一个实施例的定义扭转角度为θ度时的光纤追迹图。

图8为本实用新型一个实施例的扭转角度为θ度时的光强分布图。

图9为本实用新型两个亮点离中心的距离L和扭转角度α的查找对应图。

其中：

熊猫型保偏光纤1、纤芯2、第一应力区3、第二应力区4、石英包层5、第一激光入射装置6、第二激光入射装置7、第一准直激光束8、第二准直激光束9、第一CCD相机10、第二CCD相机11、光学传感器12、计算机系统13、入射光线14、第一包层干涉光线15、第二包层干涉光线16、应力区干涉光线17。

具体实施方式

实施例1：

参见图1-9，本实用新型涉及的一种熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，它包括第一激光入射装置6、第二激光入射装置7、第一CCD相机10、第二CCD相机11、光学传感器12和计算机系统13。

熊猫型保偏光纤1包括纤芯2、第一应力区3、第二应力区4和石英包层5，所述第一激光入射装置6和第二激光入射装置7分别设置在熊猫型保偏光纤1相邻的两侧，所述第一CCD相机10和第二CCD相机11分别设置在与第一激光入射装置6和第二激光入射装置7对应的熊猫型保偏光纤的两侧，所述第一CCD相机10和第二CCD相机11分别与计算机系统13相连接，所述计算机系统13与光学传感器12相连接，所述光学传感器12安装于拉丝设备或者绕环设备的牵引轮上，可以得知实时的光纤位置。

所述第一激光入射装置6和第二激光入射装置7分别发射出第一准直激光束8和第二准直激光束9，所述第一准直激光束8和第二准直激光束9呈正交分布，并垂直于光纤轴向方向，所述第一准直激光束8和第二准直激光束9形成的有效测量区域为4mm*4mm。

所述第一激光入射装置6和第二激光入射装置7发射的激光频率为2~50kHz。

所述第一CCD相机10和第二CCD相机11分别用来捕捉第一准直激光束8和第二准直激光束9入射至光纤之后形成的干涉图谱。

所述第一激光入射装置6和第二激光入射装置7发射的入射光线14经过石英包层5后得到第一包层干涉光线15和第二包层干涉光线16，入射光线14经过第一应力区3和第二应力区4得到应力区干涉光线17。

所述熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）熊猫型保偏光纤1在拉制成纤或者绕制成环的过程中，垂直通过第一激光入射装置6和第二激光入射装置7形成的测量区域；

（2）所述第一激光入射装置6和第二激光入射装置7分别发射出第一准直激光束8和第二准直激光束9，第一准直激光束8和第二准直激光束9均垂直通过光纤轴向方向；

（3）第一CCD相机10和第二CCD相机11分别探测第一准直激光束8和第二准直激光束9垂直通过光纤轴向方向之后形成的干涉图谱；

由于熊猫型保偏光纤应力区与纤芯2以及石英包层5的折射率的差异，当入射光线通过光线后，后形成石英包层干涉光线以及应力区干涉光线17，对应的CCD系统会记录形成的干涉图谱；

（4）第一CCD相机10和第二CCD相机11分别与计算机系统13相连，通过光线追迹的方法得到应力区相对位置以及光强分布图，光强分布图上两个亮点离中心的距离为L；

（5）光纤的扭转角度为α，通过查找L-α的查找对应图和计算机系统，由光强分布图上两个亮点离中心的距离可以得知光纤的扭转角度；

（6）光学传感器12与计算机系统13相连从而得知实时的光纤位置，因此可以得到实时位置处对应的光纤的扭转角度。

以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。