[发明专利]一种熊猫型保偏光纤扭转检测及退扭的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量熊猫型保偏光纤的扭转程度及绕制消扭的熊猫型保偏光纤环的装置和方法。

背景技术

高精度光纤陀螺中主要使用保偏光纤绕制光纤环，而熊猫型保偏光纤又是保偏光纤中最常使用的类型之一。保偏光纤陀螺的磁场敏感性与光纤环绕制时保偏光纤的扭转程度紧密相关，扭转程度越大，光纤陀螺对径向磁场越敏感。

由于光纤扭转具有随机性，因此径向磁场对保偏光纤陀螺输出所造成的影响也具有随机性，从而难以进行有效补偿。在不存在扭转的理想情况下，保偏光纤环对径向磁场不敏感，显著降低光纤陀螺的磁场敏感性。绕制低扭转的保偏光纤环对降低保偏光纤陀螺径向磁场敏感性有重要意义。

本发明利用熊猫型保偏光纤侧面的透镜效应测量光纤扭转量，对保偏光纤扭转测量的过程不影响光纤绕环。绕环过程中可连续测量光纤扭转量，实现边绕环边退扭，从而绕制出低扭转的熊猫型保偏光纤环。下文中如未特别说明，所述光纤均为熊猫型保偏光纤。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种熊猫型保偏光纤扭转检测及退扭的装置和方法，能够在不影响保偏光纤环绕制的情况下测量熊猫型保偏光纤的扭转量，并根据光纤扭转量的大小及方向，控制运动机构进行退扭，绕制出消扭的保偏光纤环，降低保偏光纤陀螺对径向磁场的敏感性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种熊猫型保偏光纤扭转测量及退扭的装置，包括放纤装置、收纤装置、退扭转台、光源、光学镜头、图像传感器、计算机和控制器，其中，放纤装置安装在退扭转台上；光源放置在放纤光纤环和收纤光纤环之间的光纤上方，垂直对光纤侧面照射；光学镜头安装在图像传感器上，置于光源所照射光纤的下方，光学镜头与光源共轴；图像传感器连接计算机；计算机可与控制器进行通信；控制器与控制退扭转台连接，控制退扭转台运动。

进一步地，所述退扭转台为由步进电机或伺服电机驱动的电控旋转台。

进一步地，所述光学镜头为放大倍率不小于10倍的显微物镜。

进一步地，所述图像传感器为CCD型或CMOS型图像传感器。

进一步地，所述光源为波长在图像传感器5敏感波长范围内的非相干平行光源。

一种熊猫型保偏光纤扭转测量及退扭的方法，包括如下步骤：

(1)取一缠绕有未退扭熊猫型保偏光纤的光纤环，置于放纤装置中放纤，同时收纤装置进行收纤，放纤装置与收纤装置之间的平直光纤段为待测光纤；

(2)图像传感器通过光学镜头采集经过待测光纤折射后包含光纤扭转角度信息的光强分布曲线；图像传感器将采集到的光强分布曲线送计算机进行图像处理；

(3)在收纤初始阶段，计算机识别出待测光纤的快轴初始方位角为θ₀；收纤过程中时刻t，计算机识别出的待测光纤的快轴方位角为θ_t；因此，时刻t相对于初始时刻的扭转角为Δθ＝θ_t-θ₀；

(4)计算机将计算出的扭转角度信息发送给控制器，控制器控制退扭转台带动放纤装置向减小扭转的方向旋转角Δθ，从而带动待测光纤向减小扭转的方向旋转；

(5)图像传感器以等时间隔采集光强分布曲线，计算机相应的以等时间隔向控制器发送识别出的扭转角度信息，控制器控制退扭转台重复上述退扭过程，从而显著减小光纤环的扭转量。

进一步地，所述步骤(3)中，所述计算机识别出待测光纤的快轴方位角θ具体包括以下子步骤：

(3.1)图像传感器采集到的沿垂直与光纤轴向的光强分布曲线具有如下特征，即在中心峰值两侧有两个明显的次峰峰值，计算机通过局部扫描法，识别出两侧次峰峰值与中心峰值所在位置，进而计算出两侧次峰峰值之间的距离L，以及左右两侧次峰峰值与中心峰值的距离，分别为L1和L2；

(3.2)两侧次峰峰值之间的距离L与光纤快轴方位角θ的绝对值成正比关系，即L值与光纤快轴方位角θ的绝对值一一对应，且由于熊猫型保偏光纤几何结构具有对称性，可获得L＝f(|θ|)的标定曲线；将检测到的L值带入标定曲线即可得到对应方位角θ的绝对值；

(3.3)根据L1与L2的大小可判断扭转方向，其中，若L1>L2，则光纤向L1对应一侧扭转了|θ|角，则θ<0；反之，则光纤向L2一侧扭转了|θ|角，则θ>0。