一種用于光程差測試儀的校準裝置及校準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光程差測試儀校準裝置以及使用該裝置進行校準的方法，該裝置包括耦合器、光纖延遲線和標準光纖，光源發(fā)出的光由輸入尾纖進入耦合器，經分光后分別進入光纖延遲線和標準光纖，光纖延遲線包括一位移裝置，位移裝置包括可移動的滑塊和標尺，位移裝置的固定端上設置有準直器，滑塊上設置有反射鏡，第一光路通過反射鏡反射至耦合器并由輸出尾纖輸出至光程差測試儀，第二光路通過標準光纖末端的反射面反射至耦合器并由輸出尾纖輸出至光程差測試儀，第一光路與第二光路之間存在光程差。本發(fā)明解決了光程差測試儀的計量校準問題，校準裝置的測量不確定度優(yōu)于0.1mm，滿足了光程差測試儀在干涉型光纖傳感器等應用中的計量需求。
【專利說明】
一種用于光程差測試儀的校準裝置及校準方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種校準裝置及校準方法，尤其涉及一種用于光程差測試儀的校準裝置，及使用該校準裝置的方法。
【背景技術】
[0002]在干涉型光纖傳感器領域中，需要對傳感器兩條干涉光路的光程差進行精確的控制，以滿足產品一致性和陣列規(guī)?；囊?。干涉型光纖傳感器通常為Michelson干涉儀形式。光程差測試儀是對Michelson干涉儀兩條干涉光路的光程差進行測量的有力工具，精度可以優(yōu)于Imn1
[0003]現(xiàn)有的校準裝置和校準方法，無法滿足光程差測試儀如此高精度的計量需求；目前，光纖長度測量方法主要有后向散射法、脈沖法和相移法等，但分別存在如下缺陷:
[0004](I)后向散射法主要有光時域反射計OTDR和光頻域反射計0FDR，其中OTDR精度不高;OFDR對光源、探測和處理設備要求高，結構復雜；
[0005](2)脈沖法和相移法的精度受探測器和數(shù)據處理的制約，對光網絡分析儀等設備要求高，成本大；
[0006]因此，針對現(xiàn)有技術中精度不高、且無法直接應用于光程差測試儀的計量校準的不足，有必要提供一種用于光程差測試儀的校準裝置及校準方法。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中的問題，提供一種結構簡單、便于校準和計算光程差的校準裝置。
[0008]與此相對的，本發(fā)明提供了上述校準裝置的使用方法，該方法校準精確、快捷，便于校準光程差測試儀。
[0009]本發(fā)明的技術方案是:一種光程差測試儀校準裝置，包括耦合器(I)、光纖延遲線
(2)和標準光纖(3)，所述耦合器設置有輸入尾纖(I O)、輸出尾纖(11)、第一連接尾纖(I 2)和第二連接尾纖(13)，其特征在于:所述第一連接尾纖(12)與所述光纖延遲線(2)相連接，所述第二連接尾纖(13)與所述標準光纖(3)相連接，光源發(fā)出的光由輸入尾纖(10)進入耦合器，經分光后形成第一光路和第二光路分別進入光纖延遲線(2)和標準光纖(3)，光纖延遲線(2)包括一位移裝置(21)，所述位移裝置(21)包括可移動的滑塊(210)和標尺(211)，所述位移裝置(21)的固定端上設置有準直器(22)，所述滑塊(210)上設置有反射鏡(23)，反射鏡
(23)與準直器(22)對準，第一光路通過反射鏡(23)反射至耦合器(I)并由輸出尾纖(11)輸出至光程差測試儀，第二光路通過標準光纖(3)末端的反射面反射至耦合器(I)并由輸出尾纖(I I)輸出至光程差測試儀，第一光路與第二光路之間存在光程差。
[0010]進一步的，所述位移裝置(21)還包括驅動滑塊(210)移動的驅動鼓輪(212)。
[0011]進一步的，所述第一連接尾纖(12)通過焊接或光纖連接器與所述光纖延遲線(2)的輸入光纖(20)—端相連接，所述輸入光纖(20)的另一端與所述準直器(22)相連接。
[0012]進一步的，所述第二連接尾纖(13)通過光纖連接器與所述標準光纖(3)相連接。
[0013]進一步的，所述標準光纖(3)的末端反射面通過研磨拋光或鍍上反射膜形成。
[0014]—種使用光程差測試儀校準裝置進行校準的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:
[0015]步驟1:選擇標準光纖
[0016]待校準光程差測試儀的測量基準光程差是Co，測量范圍是土Δο，因此，選擇使用標準光纖的長度為Lq = Cq/(2η)，其中，η為光纖纖芯折射率；
[0017]步驟2:計算光程差標稱值
[0018]在第二連接尾纖上接入選定的標準光纖，光由耦合器分光后形成第一光路和第二光路分別進入光纖延遲線和標準光纖，第一光路和第二光路經反射后由輸出尾纖輸出，第一光路和第一■光路之間光程差的標稱值為Cs = 2η X Lo_2m X Li，
[0019]其中，η為光纖的纖芯折射率;m為空氣的折射率;Lo為標準光纖的長度;L1為光纖延遲線的標尺讀數(shù)，光纖延遲線調節(jié)至O刻度時L1 = O;
[0020]步驟3:計量校準
[0021]將光程差測試儀校準裝置接入待校準光程差測試儀，輸入尾纖接至光程差測試儀的光輸出口，輸出尾纖接至光程差測試儀的光輸入口，從待校準光程差測試儀上讀出光程差的測試值C1，計算測試值C1與步驟2所得標稱值Cs的偏差，所得偏差若滿足用戶需求或符合相應的計量校準規(guī)范，則為合格儀器;若不符合，則為不合格儀器。
[0022]進一步的，所述方法還包括如下步驟:
[0023]步驟4:調節(jié)光纖延遲線，計算光程差變化量標稱值
[0024]調節(jié)光纖延遲線使標尺讀數(shù)變化量為ΔL，光程差變化量的標稱值為Δ Cs = 2m ΔL，
[0025]其中，m為空氣的折射率，ΔL為光纖延遲線的變化量；
[0026]步驟5:計量校準
[0027]從待校準光程差測試儀上讀出光程差測量值&，計算光程差變化量AC=IC2-C1I，計算待校準光程差測試儀的光程差變化量的測量值A C與標稱值△ Cs的偏差，所得偏差若滿足用戶需求或符合相應的計量校準規(guī)范，則為合格儀器;若不符合，則為不合格儀器。
[0028]進一步的，在所述步驟I后，調節(jié)光纖延遲線，使其標尺讀數(shù)為Li=八()/2和]^1 =-A 0/2，重復步驟2和步驟3分別對待校準儀器測量范圍的上下限進行校準。
[0029]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0030](I)本發(fā)明采用光纖耦合器將標準光纖和光纖延遲線連接，構成了具有已知光程差的光路結構；
[0031](2)本發(fā)明可以對光程差進行計量校準，也可以對光程差相對變化值進行計量校準；
[0032](3)本發(fā)明通過將測量值與標尺刻度進行比對，實現(xiàn)了量值溯源；
[0033](4)本發(fā)明解決了光程差測試儀的計量校準問題，光程差測試儀校準裝置的測量不確定度優(yōu)于0.1mm，滿足了光程差測試儀在干涉型光纖傳感器和相控陣雷達等應用中的計量需求；
[0034](5)本發(fā)明可快速、直觀的對光程差進行計量校準，成本較低，具有較強的工程化實用性。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的結構示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實施例中光纖延遲線的結構示意圖。
[0037]圖中:
[0038]1:親合器2:光纖延遲線 3:標準光纖
[0039]10:輸入尾纖 11:輸出尾纖 12:第一連接尾纖
[0040]13:第二連接尾纖20:輸入光纖 21:位移裝置[0041 ] 210:滑塊211:標尺212:驅動鼓輪
[0042]22:準直器23:反射鏡
【具體實施方式】
[0043]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、技術特征、發(fā)明目的與技術效果易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0044]圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的結構示意圖；
[0045]圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實施例中光纖延遲線的結構示意圖。
[0046]如圖1、圖2所示的一種光程差測試儀校準裝置，包括耦合器1、光纖延遲線2和標準光纖3，耦合器設置有輸入尾纖10、輸出尾纖11、第一連接尾纖12和第二連接尾纖13，第二連接尾纖13通過光纖連接器與標準光纖相連接，標準光纖末端進行研磨拋光、鍍反射膜等方法提高反射率，第一連接尾纖12與光纖延遲線相連接，具體而言，請參見圖2，光纖延遲線包括一位移裝置21和輸入光纖20，第一連接尾纖12通過焊接或光纖連接器與光纖延遲線2的輸入光纖20—端相連接，位移裝置21包括滑塊210、用于驅動滑塊210移動的驅動鼓輪212和標尺211，位移裝置21的固定端上設置有準直器22，滑塊210上設置有反射鏡23，準直器22與反射鏡23相互對準，保證光在準直器和反射鏡之間具有較高的耦合效率。
[0047]光源發(fā)出的光由由輸入尾纖10進入耦合器I，經分光后形成第一光路和第二光路分別進入光纖延遲線2和標準光纖3，第一光路通過反射鏡23反射至耦合器I并由輸出尾纖11輸出至光程差測試儀，第二光路反射至耦合器I并由輸出尾纖11輸出至光程差測試儀。由于兩路光經過的光纖長度不同，第一光路與第二光路之間存在光程差，通過改變光纖延遲線的長度，就可以改變光程差，從而實現(xiàn)對光程差測試儀進行計量校準。
[0048]—種利用上述校準裝置對光程差測試儀進行校準的方法，具體包括如下步驟:
[0049]步驟I:選擇標準光纖
[0050]根據待校準光程差測試儀的測量范圍選擇長度合適的標準光纖，保證待校準光程差測試儀測量范圍包含在光程差測試儀校準裝置中可調延遲線的調節(jié)范圍內。
[0051 ]本優(yōu)選實施例中，待校準光程差測試儀的測量基準光程差是Co = 187.3296m，測量范圍Δ ο是±50mm，光纖延遲線的調節(jié)范圍Δ ι，是± 50mm，則標準光纖的長度為Lo = Co/(2n)，其中，η = 1.4681為光纖纖芯折射率，代入計算所得標準光纖的長度Lo = 63.8m，該標準光纖的長度經過計量校準；
[0052]步驟2:計算光程差標稱值，計量標準
[0053]在第二連接尾纖上接入選定的標準光纖，光由耦合器分光后形成第一光路和第二光路分別進入光纖延遲線和標準光纖，第一光路和第二光路經反射后由輸出尾纖輸出，第一光路和第一■光路之間光程差的標稱值為Cs = 2n X Lo_2m X Li，
[0054]其中，η為光纖的纖芯折射率，本實施例中，η取1.4681;
[0055]m為空氣的折射率，本實施例中，m取I;
[0056]Lo為標準光纖的長度，本實施例中，Lo取63.8m；
[0057]L1為光纖延遲線的標尺讀數(shù)，本實施例中，L1的調節(jié)范圍A^±50mm。
[0058]本優(yōu)選實施例中，當Li= O時，標稱值為Cs = 2nLo-2m X Li = 2*I.4681*63.8-0 =187.3296m，繼而將光程差測試儀校準裝置接入待校準光程差測試儀，輸入尾纖接至光程差測試儀的光輸出口，輸出尾纖接至光程差測試儀的光輸入口，從待校準光程差測試儀讀出光程差的測量值&，此時測量值C1= 187.3292m。待校準儀器的測量值(^與標稱值Cs的偏差應滿足用戶需求或按相應的計量校準規(guī)范執(zhí)行。本例中偏差為0.4mm，滿足用戶需求。
[0059]調節(jié)光纖延遲線，使其標尺讀數(shù)為L1=A0/2和1^ = -& 0/2，分別對待校準儀器測量范圍的上下限進行校準。
[0000]調節(jié)光纖延遲線，使其標尺讀數(shù)為Li = 25mm，光程差標稱值Cs = 2n X Lo_2ni X Li =2*1.4681*63.8-2*1*0.025= 187.27956m;從待校準光程差測試儀讀出光程差的測量值C，此時測量值C=187.2797m，偏差為0.14_，待校準儀器測量范圍下限滿足用戶需求；
[0061 ] 調節(jié)光纖延遲線，使其標尺讀數(shù)為Li =-25mm光程差標稱值Cs = 2n X Lo_2ni XLi =2*1.4681*63.8_2*1*(_0.025) = 187.37956m;從待校準光程差測試儀讀出光程差的測量值C1，此時測量值C= 187.3794m，偏差為0.16mm，待校準儀器測量范圍上限滿足用戶需求；
[0062]步驟3:調節(jié)光纖延遲線，計算光程差變化量標稱值，計量校準
[0063]先讀出待校準儀器的光程差測量值C1,C1 = 187.3292m，然后調節(jié)光纖延遲線，使標尺讀數(shù)為A L，其數(shù)值通常選擇待校準光程差測試儀的測量量程，在本實施例中光程差測試儀的量程為±50mm，因此Δ L = 50/2mm = 25mm，光程差變化量的標稱值為Δ Cs = 2m Δ L(式中:m為空氣的折射率，m = I)，此時光程差變化量的標稱值為Δ Cs = 50mm。
[0064]此時讀出待校準儀器的光程差測量值C2，C2=187.2797m，光程差變化量的測量值AC= I C2-Ci I = 1187.2797-187.3292 | =0.0495m = 49.5mm。待校準儀器的光程差變化量的測量值A C與標稱值△ Cs的偏差應滿足用戶需求或按相應的計量校準規(guī)范執(zhí)行。本例中偏差為0.5mm，滿足用戶需求。因此，待校準的光程差測試儀經計量校準為合格。
[0065]綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬于本發(fā)明的技術范疇。
【主權項】
1.一種光程差測試儀校準裝置，包括耦合器(I)、光纖延遲線(2)和標準光纖(3)，所述耦合器設置有輸入尾纖(1)、輸出尾纖(11)、第一連接尾纖(12)和第二連接尾纖(13)，其特征在于:所述第一連接尾纖(12)與所述光纖延遲線(2)相連接，所述第二連接尾纖(13)與所述標準光纖(3)相連接，光源發(fā)出的光由輸入尾纖(10)進入耦合器，經分光后形成第一光路和第二光路分別進入光纖延遲線(2)和標準光纖(3)，光纖延遲線(2)包括一位移裝置(21)，所述位移裝置(21)包括可移動的滑塊(210)和標尺(211)，所述位移裝置(21)的固定端上設置有準直器(22)，所述滑塊(210)上設置有反射鏡(23)，反射鏡(23)與準直器(22)對準，第一光路通過反射鏡(23)反射至耦合器(I)并由輸出尾纖(11)輸出至光程差測試儀，第二光路通過標準光纖(3)末端的反射面反射至耦合器(I)并由輸出尾纖(11)輸出至光程差測試儀，第一光路與第二光路之間存在光程差。2.根據權利要求1所述的光程差測試儀校準裝置，其特征在于:所述位移裝置(21)還包括驅動滑塊(210)移動的驅動鼓輪(212)。3.根據權利要求2所述的光程差測試儀校準裝置，其特征在于:所述第一連接尾纖(12)通過焊接或光纖連接器與所述光纖延遲線(2)的輸入光纖(20)—端相連接，所述輸入光纖(20)的另一端與所述準直器(22)相連接。4.根據權利要求2所述的光程差測試儀校準裝置，其特征在于:所述第二連接尾纖(13)通過光纖連接器與所述標準光纖(3)相連接。5.根據權利要求4所述的光程差測試儀校準裝置，其特征在于:所述標準光纖(3)的末端反射面通過研磨拋光或鍍上反射膜形成。6.—種使用光程差測試儀校準裝置進行校準的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 步驟1:選擇標準光纖 待校準光程差測試儀的測量基準光程差是Co，測量范圍是± △ ο，因此，選擇使用標準光纖的長度為Lq = Cq/(2η)，其中，η為光纖纖芯折射率； 步驟2:計算光程差標稱值 在第二連接尾纖上接入選定的標準光纖，光由耦合器分光后形成第一光路和第二光路分別進入光纖延遲線和標準光纖，第一光路和第二光路經反射后由輸出尾纖輸出，第一光路和第一■光路之間光程差的標稱值為Cs = 2η X Lo_2m X Li， 其中，η為光纖的纖芯折射率;m為空氣的折射率;Lo為標準光纖的長度;L1為光纖延遲線的標尺讀數(shù)，光纖延遲線調節(jié)至O刻度時L1 = O; 步驟3:計量校準 將光程差測試儀校準裝置接入待校準光程差測試儀，輸入尾纖接至光程差測試儀的光輸出口，輸出尾纖接至光程差測試儀的光輸入口，從待校準光程差測試儀上讀出光程差的測試值C1，計算測試值C1與步驟2所得標稱值Cs的偏差，所得偏差若滿足用戶需求或符合相應的計量校準規(guī)范，則為合格儀器;若不符合，則為不合格儀器。7.如權利要求6所述的一種使用光程差測試儀校準裝置進行校準的方法，其特征在于:所述方法還包括如下步驟: 步驟4:調節(jié)光纖延遲線，計算光程差變化量標稱值 調節(jié)光纖延遲線使標尺讀數(shù)變化量為A L，光程差變化量的標稱值為△ Cs = 2m Δ L， 其中，m為空氣的折射率，AL為光纖延遲線的變化量； 步驟5:計量校準 從待校準光程差測試儀上讀出光程差測量值C2，計算光程差變化量△ C= I C2-C11，計算待校準光程差測試儀的光程差變化量的測量值A C與標稱值△ Cs的偏差，所得偏差若滿足用戶需求或符合相應的計量校準規(guī)范，則為合格儀器;若不符合，則為不合格儀器。8.如權利要求7所述的一種使用光程差測試儀校準裝置進行校準的方法，其特征在于:在所述步驟I后，調節(jié)光纖延遲線，使其標尺讀數(shù)為L1 = △ Q/2和L1 = - △ o/2，重復步驟2和步驟3分別對待校準儀器測量范圍的上下限進行校準。
【文檔編號】G01D18/00GK105890643SQ201610323568
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】張萬經, 葉蕾, 陳小寶, 湯鈞, 施海燕
【申請人】中國電子科技集團公司第二十三研究所