專(zhuān)利名稱(chēng)：一種檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于光的干涉的一種檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置與方法，屬光纖檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前光纖已被廣泛地應(yīng)用于通訊、傳感器、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。隨著光纖應(yīng)用日益廣泛，在一些領(lǐng)域(如軍事、醫(yī)療)對(duì)光纖的質(zhì)量提出了更高的要求。
光纖一般由纖芯、包層和起保護(hù)作用的涂覆層構(gòu)成。在生產(chǎn)過(guò)程中，容易產(chǎn)生氣泡、脫層、頸縮和裂口等缺陷。當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，這些缺陷起到散射中心的作用，會(huì)增大光纖的損耗。在階躍折射率光纖中存在于纖芯與包層界面間的缺陷特別有害，它們會(huì)造成耦合衰減，使導(dǎo)模變成非導(dǎo)模，從而影響光在光纖中的傳輸質(zhì)量，同時(shí)這些缺陷的存在還會(huì)使光纖的機(jī)械強(qiáng)度變差。
目前的檢測(cè)方法有顯微鏡觀察法、光電混合聯(lián)合變換法、背向傳輸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、在線比重計(jì)、離線光學(xué)比較計(jì)、在線透視照相法等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)顯微鏡觀察法操作簡(jiǎn)單精度高，但難以承受光纖的振動(dòng)，另外顯微鏡焦距很短，視場(chǎng)有限，測(cè)量速度非常慢；光電混合聯(lián)合變換法靈活，光路易調(diào)整，但缺點(diǎn)是每次檢測(cè)光纖的長(zhǎng)度為4mm，相對(duì)來(lái)說(shuō)，檢測(cè)速度慢；背向傳輸?shù)纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)法是從光電混合聯(lián)合變換法演變而來(lái)，測(cè)量裝置與光電混合聯(lián)合變換相同，其缺點(diǎn)同上；在線比重計(jì)、離線光學(xué)比較計(jì)、在線透視照相法均是用于測(cè)量或計(jì)算光纖尺寸的。光纖的一些缺陷，如裂口與頸縮可通過(guò)直徑的測(cè)量被測(cè)出，但另一些缺陷，如空氣泡則不能用這種辦法檢測(cè)出來(lái)。因此尋求一種非接觸的、快速的、在線的光纖微小缺陷檢測(cè)方法非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、速度快、靈敏度高、非接觸的測(cè)量光纖質(zhì)量的裝置與方法。
為了便于理解，簡(jiǎn)述本發(fā)明的測(cè)量原理是必要的。本發(fā)明采用激光器作為光源，通過(guò)光束的空間變換形成條形光束照射并覆蓋幾厘米的一段光纖，通過(guò)光纖上下方的光束與通過(guò)光纖內(nèi)部的光束相干涉，形成人眼可見(jiàn)的干涉條紋，此干涉條紋與光纖折射率相關(guān)。光纖是一種多層的折射率變化的同軸柱狀結(jié)構(gòu)，對(duì)一根質(zhì)量合格的標(biāo)準(zhǔn)光纖其干涉條紋是規(guī)則的，但當(dāng)樣品光纖某一層中存在缺陷，缺陷的折射率與光纖介質(zhì)的折射率不同，即光通過(guò)缺陷層時(shí)的光程與不存在缺陷時(shí)的光程不同。根據(jù)光的干涉原理，樣品光纖的干涉條紋會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)光纖干涉條紋不同，從而使干涉條紋發(fā)生畸變?；诖藴y(cè)量時(shí)先用高精度CCD照像機(jī)拍攝標(biāo)準(zhǔn)光纖的干涉條紋圖像，然后再拍攝待測(cè)光纖的干涉條紋圖像，在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用基于Gabor濾波的方法比較二者圖像之間的差異，并由含軟件程序的計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別光纖合格或不合格。
本發(fā)明由激光器在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面的光纖及其后的觀察屏、CCD照相機(jī)及以導(dǎo)線相連的含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)組成，且光纖放置在調(diào)節(jié)支架上，其軸與柱面透鏡的軸平行，并保持或符合光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸等相關(guān)光學(xué)原理?？紤]到在線檢測(cè)的具體情況，還可與上述計(jì)算機(jī)電連接一只光電報(bào)警器。
上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)是由凹透鏡、凸透鏡和柱面透鏡組成，且凹透鏡與凸透鏡前焦點(diǎn)重合，在技術(shù)上保證條形光束照射并覆蓋在光纖中部4-8cm為宜，而不是一個(gè)細(xì)光束照射在光纖的特殊點(diǎn)上，這也是本裝置的特點(diǎn)之一。
由此構(gòu)筑的本發(fā)明具有裝置簡(jiǎn)單、靈敏度高、精度高、自動(dòng)化程度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，是一種非接觸的、非破壞性的測(cè)量裝置與方法。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
圖3為本發(fā)明的測(cè)量流程示意圖。
其中1激光器；2凹透鏡；3凸透鏡；4柱面透鏡；5光纖； 6支架；7觀察屏；8箱體；9 CCD照像機(jī)；10計(jì)算機(jī)；11報(bào)警器。
具體實(shí)施例方式
如附圖1、圖2所示，本發(fā)明由激光器1在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面的光纖5及之后的觀察屏7、CCD照相機(jī)9和以導(dǎo)線相連的含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)10組成，且光纖5放置在一個(gè)調(diào)節(jié)支架6上，光纖的軸與柱面透鏡的軸平行，并保持光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸。
上述計(jì)算機(jī)10還可電連接一只光電報(bào)警器11，以及時(shí)告知光纖存在缺陷。
上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)由凹透鏡2、凸透鏡3和柱面透鏡4組成，且凹透鏡2與凸透鏡3前焦點(diǎn)重合，在技術(shù)上保證條形光束照射并覆蓋在光纖上。為縮小整個(gè)裝置的尺寸，凸透鏡3可用平凸透鏡代替，此時(shí)它與柱面透鏡緊鄰，如圖1所示。
如圖2，上述凹透鏡2的焦距為f1，凸透鏡3的焦距為f2，凹透鏡2與凸透鏡3的前焦點(diǎn)重合，焦距為f3的柱面透鏡4相鄰?fù)雇哥R3放置。光纖放置在一個(gè)調(diào)節(jié)支架上，光纖的軸與柱面透鏡4的軸平行，且在柱面透鏡4的焦平面上。觀察屏7為半透明屏。為消除雜散光，可以將凹透鏡2、凸透鏡3、柱面透鏡4、光纖調(diào)節(jié)架6和觀察屏7固定于一個(gè)箱體8中。箱體8的與光纖垂直的兩側(cè)面開(kāi)有能使光纖穿過(guò)的孔(圖省略)，以便于穿過(guò)或放置光纖。激光器發(fā)出的光束通過(guò)圖1中所有光學(xué)元器件的中心，經(jīng)凹透鏡2、凸透鏡3以及柱面透鏡4后形成照射并覆蓋光纖5的條形光束。柱面透鏡的軸與光纖的軸相平行。在光纖之后放置一觀察屏7，觀察清晰的干涉條紋，其軟件程序的具體流程如下(1)先用CCD照像機(jī)拍攝標(biāo)準(zhǔn)光纖的干涉條紋圖像，通過(guò)Gabor濾波生成標(biāo)準(zhǔn)干涉條紋的8幅特征圖像，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)干涉條紋的特性對(duì)其圖像及特征圖像進(jìn)行區(qū)域分割，以提取干涉條紋的全局和局部特征，構(gòu)造特征向量并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中供比較時(shí)使用；(2)然后再拍攝待測(cè)光纖的干涉條紋圖像，對(duì)于待測(cè)光纖的干涉條紋圖像，應(yīng)用同樣的Gabor濾波方法生成8幅特征圖像，然后參照標(biāo)準(zhǔn)干涉條紋圖像的區(qū)域分割對(duì)特征圖像進(jìn)行分割，生成特征向量并保存；(3)比較標(biāo)準(zhǔn)與待測(cè)光纖干涉條紋圖像特征向量的歐式距離之間的差異，當(dāng)兩者的差異大于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，計(jì)算機(jī)則顯示待測(cè)光纖不合格，或同時(shí)報(bào)警器發(fā)出警告，如二者的差值小于等于閾值，則待測(cè)光纖合格，檢測(cè)繼續(xù)進(jìn)行。
上述激光器1采用發(fā)可見(jiàn)光的連續(xù)功率輸出半導(dǎo)體激光器、氣體或固體激光器，如He-Ne激光器；特別是功率合適的半導(dǎo)體激光器，具有體積小、重量輕，可以制成便于攜帶的裝置；CCD照像機(jī)可選用具有GAMMA修正功能、高精度的為宜。
本發(fā)明的方法或步驟①?gòu)拇郎y(cè)光纖上截取長(zhǎng)7cm一段，在顯微鏡下觀察，如無(wú)缺陷，則將其作為標(biāo)準(zhǔn)光纖，②將標(biāo)準(zhǔn)光纖放置在光纖調(diào)節(jié)支架6上，用CCD照相機(jī)拍攝其干涉條紋并將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，③取下標(biāo)準(zhǔn)光纖，將待測(cè)光纖放置在同一位置，將產(chǎn)生的干涉條紋用CCD照相機(jī)拍攝并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，④用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序比較待測(cè)光纖與標(biāo)準(zhǔn)光纖的差異—?dú)W式距離，如歐式距離大于設(shè)置的閾值，那么計(jì)算機(jī)顯示光纖存在缺陷質(zhì)量不合格，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警。
測(cè)量時(shí)，只要將待測(cè)光纖放在支架上或使在線的光纖穿經(jīng)相應(yīng)的位置處就可以判晰出有無(wú)缺陷。
權(quán)利要求
1一種檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于它是由激光器(1)在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面上的光纖(5)及其后的觀察屏(6)以及CCD照相機(jī)(9)和含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)(10)組成，并保持光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸。
2如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)是由凹透鏡(2)，凸透鏡(3)和柱面透鏡(4)組成，而且凹透鏡(2)與凸透鏡(3)的前焦點(diǎn)重合，且條形光束照射并覆蓋在光纖(5)上。
3如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于可以將上述凹透鏡(2)、凸透鏡(3)、柱面透鏡(4)、調(diào)節(jié)支架(6)和觀察屏(7)固定于一個(gè)箱體(8)中并仍保持共軸關(guān)系。
4如權(quán)利要求2或3所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于上述凸透鏡(3)可用平凸透鏡代替。
5如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于上述計(jì)算機(jī)(10)的輸出端與一只光電報(bào)警器(11)電連接。
6如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于上述觀察屏(7)為半透明屏。
7如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于上述激光器(1)是連續(xù)功率輸出的發(fā)可見(jiàn)光的半導(dǎo)體激光器。
8如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置，其特征在于上述激光器(1)是連續(xù)功率輸出的發(fā)可見(jiàn)光的氣體或固體激光器，如He-Ne激光器。
9本發(fā)明的方法或步驟①?gòu)拇郎y(cè)光纖上截取長(zhǎng)幾厘米的一段光纖，在顯微鏡下觀察，如無(wú)缺陷，則將其作為標(biāo)準(zhǔn)光纖，②將標(biāo)準(zhǔn)光纖放置在光纖調(diào)節(jié)支架(6)上，用CCD照相機(jī)拍攝干涉條紋并將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，③取下標(biāo)準(zhǔn)光纖，將待測(cè)光纖放置在同一位置，產(chǎn)生干涉條紋并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，④用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序比較待測(cè)光纖與標(biāo)準(zhǔn)光纖的干涉條紋的特征圖像的特征向量的差異—?dú)W式距離，當(dāng)歐式距離大于設(shè)置的閾值，計(jì)算機(jī)顯示光纖質(zhì)量不合格，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)光纖質(zhì)量的裝置與方法。它由激光器在內(nèi)的形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)、處在焦平面的光纖及其后的觀察屏、CCD照相機(jī)及以導(dǎo)線相連的含有計(jì)算程序的計(jì)算機(jī)組成，且光纖放置在調(diào)節(jié)支架上，其軸與柱面透鏡的軸平行，并保持或符合光學(xué)系統(tǒng)與激光束共軸等相關(guān)光學(xué)原理?？紤]到在線檢測(cè)的具體情況，還可與上述計(jì)算機(jī)電連接一只光電報(bào)警器。上述形成條形光束的光學(xué)系統(tǒng)是由凹透鏡、凸透鏡和柱面透鏡組成，且凹透鏡與凸透鏡前焦點(diǎn)重合，在技術(shù)上保證條形光束照射并覆蓋在光纖中部為宜。由此構(gòu)筑的本發(fā)明具有裝置簡(jiǎn)單、靈敏度高、精度高、自動(dòng)化程度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，是一種非接觸的、非破壞性的測(cè)量裝置與方法。
文檔編號(hào)G01N21/84GK1598552SQ20041003561
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月28日
發(fā)明者楊?lèi)?ài)玲, 董軍宇, 李世榮 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)