一种用于光程差测试仪的校准装置及校准方法
【专利摘要】本发明公开了一种光程差测试仪校准装置以及使用该装置进行校准的方法，该装置包括耦合器、光纤延迟线和标准光纤，光源发出的光由输入尾纤进入耦合器，经分光后分别进入光纤延迟线和标准光纤，光纤延迟线包括一位移装置，位移装置包括可移动的滑块和标尺，位移装置的固定端上设置有准直器，滑块上设置有反射镜，第一光路通过反射镜反射至耦合器并由输出尾纤输出至光程差测试仪，第二光路通过标准光纤末端的反射面反射至耦合器并由输出尾纤输出至光程差测试仪，第一光路与第二光路之间存在光程差。本发明解决了光程差测试仪的计量校准问题，校准装置的测量不确定度优于0.1mm，满足了光程差测试仪在干涉型光纤传感器等应用中的计量需求。
【专利说明】
一种用于光程差测试仪的校准装置及校准方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种校准装置及校准方法，尤其涉及一种用于光程差测试仪的校准装置，及使用该校准装置的方法。
【背景技术】
[0002]在干涉型光纤传感器领域中，需要对传感器两条干涉光路的光程差进行精确的控制，以满足产品一致性和阵列规模化的要求。干涉型光纤传感器通常为Michelson干涉仪形式。光程差测试仪是对Michelson干涉仪两条干涉光路的光程差进行测量的有力工具，精度可以优于Imn1
[0003]现有的校准装置和校准方法，无法满足光程差测试仪如此高精度的计量需求；目前，光纤长度测量方法主要有后向散射法、脉冲法和相移法等，但分别存在如下缺陷:
[0004](I)后向散射法主要有光时域反射计OTDR和光频域反射计0FDR，其中OTDR精度不高;OFDR对光源、探测和处理设备要求高，结构复杂；
[0005](2)脉冲法和相移法的精度受探测器和数据处理的制约，对光网络分析仪等设备要求高，成本大；
[0006]因此，针对现有技术中精度不高、且无法直接应用于光程差测试仪的计量校准的不足，有必要提供一种用于光程差测试仪的校准装置及校准方法。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种结构简单、便于校准和计算光程差的校准装置。
[0008]与此相对的，本发明提供了上述校准装置的使用方法，该方法校准精确、快捷，便于校准光程差测试仪。
[0009]本发明的技术方案是:一种光程差测试仪校准装置，包括耦合器(I)、光纤延迟线
(2)和标准光纤(3)，所述耦合器设置有输入尾纤(I O)、输出尾纤(11)、第一连接尾纤(I 2)和第二连接尾纤(13)，其特征在于:所述第一连接尾纤(12)与所述光纤延迟线(2)相连接，所述第二连接尾纤(13)与所述标准光纤(3)相连接，光源发出的光由输入尾纤(10)进入耦合器，经分光后形成第一光路和第二光路分别进入光纤延迟线(2)和标准光纤(3)，光纤延迟线(2)包括一位移装置(21)，所述位移装置(21)包括可移动的滑块(210)和标尺(211)，所述位移装置(21)的固定端上设置有准直器(22)，所述滑块(210)上设置有反射镜(23)，反射镜
(23)与准直器(22)对准，第一光路通过反射镜(23)反射至耦合器(I)并由输出尾纤(11)输出至光程差测试仪，第二光路通过标准光纤(3)末端的反射面反射至耦合器(I)并由输出尾纤(I I)输出至光程差测试仪，第一光路与第二光路之间存在光程差。
[0010]进一步的，所述位移装置(21)还包括驱动滑块(210)移动的驱动鼓轮(212)。
[0011]进一步的，所述第一连接尾纤(12)通过焊接或光纤连接器与所述光纤延迟线(2)的输入光纤(20)—端相连接，所述输入光纤(20)的另一端与所述准直器(22)相连接。
[0012]进一步的，所述第二连接尾纤(13)通过光纤连接器与所述标准光纤(3)相连接。
[0013]进一步的，所述标准光纤(3)的末端反射面通过研磨抛光或镀上反射膜形成。
[0014]—种使用光程差测试仪校准装置进行校准的方法，其特征在于:该方法包括如下步骤:
[0015]步骤1:选择标准光纤
[0016]待校准光程差测试仪的测量基准光程差是Co，测量范围是土Δο，因此，选择使用标准光纤的长度为Lq = Cq/(2η)，其中，η为光纤纤芯折射率；
[0017]步骤2:计算光程差标称值
[0018]在第二连接尾纤上接入选定的标准光纤，光由耦合器分光后形成第一光路和第二光路分别进入光纤延迟线和标准光纤，第一光路和第二光路经反射后由输出尾纤输出，第一光路和第一■光路之间光程差的标称值为Cs = 2η X Lo_2m X Li，
[0019]其中，η为光纤的纤芯折射率;m为空气的折射率;Lo为标准光纤的长度;L1为光纤延迟线的标尺读数，光纤延迟线调节至O刻度时L1 = O;
[0020]步骤3:计量校准
[0021]将光程差测试仪校准装置接入待校准光程差测试仪，输入尾纤接至光程差测试仪的光输出口，输出尾纤接至光程差测试仪的光输入口，从待校准光程差测试仪上读出光程差的测试值C1，计算测试值C1与步骤2所得标称值Cs的偏差，所得偏差若满足用户需求或符合相应的计量校准规范，则为合格仪器;若不符合，则为不合格仪器。
[0022]进一步的，所述方法还包括如下步骤:
[0023]步骤4:调节光纤延迟线，计算光程差变化量标称值
[0024]调节光纤延迟线使标尺读数变化量为ΔL，光程差变化量的标称值为Δ Cs = 2m ΔL，
[0025]其中，m为空气的折射率，ΔL为光纤延迟线的变化量；
[0026]步骤5:计量校准
[0027]从待校准光程差测试仪上读出光程差测量值&，计算光程差变化量AC=IC2-C1I，计算待校准光程差测试仪的光程差变化量的测量值A C与标称值△ Cs的偏差，所得偏差若满足用户需求或符合相应的计量校准规范，则为合格仪器;若不符合，则为不合格仪器。
[0028]进一步的，在所述步骤I后，调节光纤延迟线，使其标尺读数为Li=八()/2和]^1 =-A 0/2，重复步骤2和步骤3分别对待校准仪器测量范围的上下限进行校准。
[0029]本发明具有如下有益效果:
[0030](I)本发明采用光纤耦合器将标准光纤和光纤延迟线连接，构成了具有已知光程差的光路结构；
[0031](2)本发明可以对光程差进行计量校准，也可以对光程差相对变化值进行计量校准；
[0032](3)本发明通过将测量值与标尺刻度进行比对，实现了量值溯源；
[0033](4)本发明解决了光程差测试仪的计量校准问题，光程差测试仪校准装置的测量不确定度优于0.1mm，满足了光程差测试仪在干涉型光纤传感器和相控阵雷达等应用中的计量需求；
[0034](5)本发明可快速、直观的对光程差进行计量校准，成本较低，具有较强的工程化实用性。
【附图说明】
[0035]图1为本发明一优选实施例的结构示意图；
[0036]图2为本发明一优选实施例中光纤延迟线的结构示意图。
[0037]图中:
[0038]1:親合器2:光纤延迟线 3:标准光纤
[0039]10:输入尾纤 11:输出尾纤 12:第一连接尾纤
[0040]13:第二连接尾纤20:输入光纤 21:位移装置[0041 ] 210:滑块211:标尺212:驱动鼓轮
[0042]22:准直器23:反射镜
【具体实施方式】
[0043]为了使本发明实现的技术手段、技术特征、发明目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0044]图1为本发明一优选实施例的结构示意图；
[0045]图2为本发明一优选实施例中光纤延迟线的结构示意图。
[0046]如图1、图2所示的一种光程差测试仪校准装置，包括耦合器1、光纤延迟线2和标准光纤3，耦合器设置有输入尾纤10、输出尾纤11、第一连接尾纤12和第二连接尾纤13，第二连接尾纤13通过光纤连接器与标准光纤相连接，标准光纤末端进行研磨抛光、镀反射膜等方法提高反射率，第一连接尾纤12与光纤延迟线相连接，具体而言，请参见图2，光纤延迟线包括一位移装置21和输入光纤20，第一连接尾纤12通过焊接或光纤连接器与光纤延迟线2的输入光纤20—端相连接，位移装置21包括滑块210、用于驱动滑块210移动的驱动鼓轮212和标尺211，位移装置21的固定端上设置有准直器22，滑块210上设置有反射镜23，准直器22与反射镜23相互对准，保证光在准直器和反射镜之间具有较高的耦合效率。
[0047]光源发出的光由由输入尾纤10进入耦合器I，经分光后形成第一光路和第二光路分别进入光纤延迟线2和标准光纤3，第一光路通过反射镜23反射至耦合器I并由输出尾纤11输出至光程差测试仪，第二光路反射至耦合器I并由输出尾纤11输出至光程差测试仪。由于两路光经过的光纤长度不同，第一光路与第二光路之间存在光程差，通过改变光纤延迟线的长度，就可以改变光程差，从而实现对光程差测试仪进行计量校准。
[0048]—种利用上述校准装置对光程差测试仪进行校准的方法，具体包括如下步骤:
[0049]步骤I:选择标准光纤
[0050]根据待校准光程差测试仪的测量范围选择长度合适的标准光纤，保证待校准光程差测试仪测量范围包含在光程差测试仪校准装置中可调延迟线的调节范围内。
[0051 ]本优选实施例中，待校准光程差测试仪的测量基准光程差是Co = 187.3296m，测量范围Δ ο是±50mm，光纤延迟线的调节范围Δ ι，是± 50mm，则标准光纤的长度为Lo = Co/(2n)，其中，η = 1.4681为光纤纤芯折射率，代入计算所得标准光纤的长度Lo = 63.8m，该标准光纤的长度经过计量校准；
[0052]步骤2:计算光程差标称值，计量标准
[0053]在第二连接尾纤上接入选定的标准光纤，光由耦合器分光后形成第一光路和第二光路分别进入光纤延迟线和标准光纤，第一光路和第二光路经反射后由输出尾纤输出，第一光路和第一■光路之间光程差的标称值为Cs = 2n X Lo_2m X Li，
[0054]其中，η为光纤的纤芯折射率，本实施例中，η取1.4681;
[0055]m为空气的折射率，本实施例中，m取I;
[0056]Lo为标准光纤的长度，本实施例中，Lo取63.8m；
[0057]L1为光纤延迟线的标尺读数，本实施例中，L1的调节范围A^±50mm。
[0058]本优选实施例中，当Li= O时，标称值为Cs = 2nLo-2m X Li = 2*I.4681*63.8-0 =187.3296m，继而将光程差测试仪校准装置接入待校准光程差测试仪，输入尾纤接至光程差测试仪的光输出口，输出尾纤接至光程差测试仪的光输入口，从待校准光程差测试仪读出光程差的测量值&，此时测量值C1= 187.3292m。待校准仪器的测量值(^与标称值Cs的偏差应满足用户需求或按相应的计量校准规范执行。本例中偏差为0.4mm，满足用户需求。
[0059]调节光纤延迟线，使其标尺读数为L1=A0/2和1^ = -& 0/2，分别对待校准仪器测量范围的上下限进行校准。
[0000]调节光纤延迟线，使其标尺读数为Li = 25mm，光程差标称值Cs = 2n X Lo_2ni X Li =2*1.4681*63.8-2*1*0.025= 187.27956m;从待校准光程差测试仪读出光程差的测量值C，此时测量值C=187.2797m，偏差为0.14_，待校准仪器测量范围下限满足用户需求；
[0061 ] 调节光纤延迟线，使其标尺读数为Li =-25mm光程差标称值Cs = 2n X Lo_2ni XLi =2*1.4681*63.8_2*1*(_0.025) = 187.37956m;从待校准光程差测试仪读出光程差的测量值C1，此时测量值C= 187.3794m，偏差为0.16mm，待校准仪器测量范围上限满足用户需求；
[0062]步骤3:调节光纤延迟线，计算光程差变化量标称值，计量校准
[0063]先读出待校准仪器的光程差测量值C1,C1 = 187.3292m，然后调节光纤延迟线，使标尺读数为A L，其数值通常选择待校准光程差测试仪的测量量程，在本实施例中光程差测试仪的量程为±50mm，因此Δ L = 50/2mm = 25mm，光程差变化量的标称值为Δ Cs = 2m Δ L(式中:m为空气的折射率，m = I)，此时光程差变化量的标称值为Δ Cs = 50mm。
[0064]此时读出待校准仪器的光程差测量值C2，C2=187.2797m，光程差变化量的测量值AC= I C2-Ci I = 1187.2797-187.3292 | =0.0495m = 49.5mm。待校准仪器的光程差变化量的测量值A C与标称值△ Cs的偏差应满足用户需求或按相应的计量校准规范执行。本例中偏差为0.5mm，满足用户需求。因此，待校准的光程差测试仪经计量校准为合格。
[0065]综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。
【主权项】
1.一种光程差测试仪校准装置，包括耦合器(I)、光纤延迟线(2)和标准光纤(3)，所述耦合器设置有输入尾纤(1)、输出尾纤(11)、第一连接尾纤(12)和第二连接尾纤(13)，其特征在于:所述第一连接尾纤(12)与所述光纤延迟线(2)相连接，所述第二连接尾纤(13)与所述标准光纤(3)相连接，光源发出的光由输入尾纤(10)进入耦合器，经分光后形成第一光路和第二光路分别进入光纤延迟线(2)和标准光纤(3)，光纤延迟线(2)包括一位移装置(21)，所述位移装置(21)包括可移动的滑块(210)和标尺(211)，所述位移装置(21)的固定端上设置有准直器(22)，所述滑块(210)上设置有反射镜(23)，反射镜(23)与准直器(22)对准，第一光路通过反射镜(23)反射至耦合器(I)并由输出尾纤(11)输出至光程差测试仪，第二光路通过标准光纤(3)末端的反射面反射至耦合器(I)并由输出尾纤(11)输出至光程差测试仪，第一光路与第二光路之间存在光程差。2.根据权利要求1所述的光程差测试仪校准装置，其特征在于:所述位移装置(21)还包括驱动滑块(210)移动的驱动鼓轮(212)。3.根据权利要求2所述的光程差测试仪校准装置，其特征在于:所述第一连接尾纤(12)通过焊接或光纤连接器与所述光纤延迟线(2)的输入光纤(20)—端相连接，所述输入光纤(20)的另一端与所述准直器(22)相连接。4.根据权利要求2所述的光程差测试仪校准装置，其特征在于:所述第二连接尾纤(13)通过光纤连接器与所述标准光纤(3)相连接。5.根据权利要求4所述的光程差测试仪校准装置，其特征在于:所述标准光纤(3)的末端反射面通过研磨抛光或镀上反射膜形成。6.—种使用光程差测试仪校准装置进行校准的方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 步骤1:选择标准光纤 待校准光程差测试仪的测量基准光程差是Co，测量范围是± △ ο，因此，选择使用标准光纤的长度为Lq = Cq/(2η)，其中，η为光纤纤芯折射率； 步骤2:计算光程差标称值 在第二连接尾纤上接入选定的标准光纤，光由耦合器分光后形成第一光路和第二光路分别进入光纤延迟线和标准光纤，第一光路和第二光路经反射后由输出尾纤输出，第一光路和第一■光路之间光程差的标称值为Cs = 2η X Lo_2m X Li， 其中，η为光纤的纤芯折射率;m为空气的折射率;Lo为标准光纤的长度;L1为光纤延迟线的标尺读数，光纤延迟线调节至O刻度时L1 = O; 步骤3:计量校准 将光程差测试仪校准装置接入待校准光程差测试仪，输入尾纤接至光程差测试仪的光输出口，输出尾纤接至光程差测试仪的光输入口，从待校准光程差测试仪上读出光程差的测试值C1，计算测试值C1与步骤2所得标称值Cs的偏差，所得偏差若满足用户需求或符合相应的计量校准规范，则为合格仪器;若不符合，则为不合格仪器。7.如权利要求6所述的一种使用光程差测试仪校准装置进行校准的方法，其特征在于:所述方法还包括如下步骤: 步骤4:调节光纤延迟线，计算光程差变化量标称值 调节光纤延迟线使标尺读数变化量为A L，光程差变化量的标称值为△ Cs = 2m Δ L， 其中，m为空气的折射率，AL为光纤延迟线的变化量； 步骤5:计量校准 从待校准光程差测试仪上读出光程差测量值C2，计算光程差变化量△ C= I C2-C11，计算待校准光程差测试仪的光程差变化量的测量值A C与标称值△ Cs的偏差，所得偏差若满足用户需求或符合相应的计量校准规范，则为合格仪器;若不符合，则为不合格仪器。8.如权利要求7所述的一种使用光程差测试仪校准装置进行校准的方法，其特征在于:在所述步骤I后，调节光纤延迟线，使其标尺读数为L1 = △ Q/2和L1 = - △ o/2，重复步骤2和步骤3分别对待校准仪器测量范围的上下限进行校准。
【文档编号】G01D18/00GK105890643SQ201610323568
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】张万经, 叶蕾, 陈小宝, 汤钧, 施海燕
【申请人】中国电子科技集团公司第二十三研究所