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光纖形貌的測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖形貌的測量系統(tǒng)和測量方法，主要解決已有測量方法中需要人為判斷、準(zhǔn)確性低，且需要花費(fèi)大量時間、無法迅速測量的問題。該測量系統(tǒng)包括載物臺(1)、結(jié)構(gòu)支架(3)、位移臺(4)、控制器(7)、拍攝系統(tǒng)(10)和圖像處理器(11)。測量時，將被測光纖固定在載物臺的夾持槽上，通過控制器控制位移臺移動，帶動拍攝系統(tǒng)對光纖進(jìn)行多次對焦拍攝，獲得光纖圖像，傳送給圖像處理器處理計(jì)算，得到光纖的形貌參數(shù)，即軸向長度、端面徑向直徑、中間最細(xì)處直徑和表面傾斜角度。本發(fā)明無需人為判斷，且通過多次測量求平均值和圖像處理器自動處理圖像，提高了測量精度和測量速度，可用于篩選合格光纖產(chǎn)品，提高光纖器件的性能。
【專利說明】光纖形貌的測量系統(tǒng)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種對光纖形貌的測量系統(tǒng)，可用于篩選出合格的光纖產(chǎn)品，提高光纖器件的性能。
【背景技術(shù)】
[0002]作為光纖陀螺的主要材料，光纖的形貌參數(shù)關(guān)系到光功率的分配、復(fù)用/解復(fù)用、功率耦合和增益平坦化等方面的功能，其形貌參數(shù)的精確測量對光纖的制造、應(yīng)用以及光纖陀螺的性能至關(guān)重要。
[0003]目前國內(nèi)外提出的測量光纖形貌的方法較多，主要有:直接測量法、圖像剪切法、機(jī)械接觸法、圖像翻轉(zhuǎn)顯微鏡法、旋轉(zhuǎn)鏡偏移法、前向散射法、后向散射法、CCD非接觸測量法等。例如利用顯微鏡的直接測量，需要顯微鏡聚焦在光纖的一個端面上，移動側(cè)位目鏡中的十字準(zhǔn)線以便它和光纖各個邊緣線交叉，然后記下讀數(shù)，此方法不僅消耗了大量時間，還受到操作者主觀決定光纖邊界而產(chǎn)生誤差的限制。又如前向或后向散射干涉法，是利用激光束作為入射光垂直照射光纖，使散射光產(chǎn)生干涉，觀察并測量相干光的干涉條紋，根據(jù)散射光圖樣分析法獲得光纖的數(shù)學(xué)模型，此方法理論相對成熟，但是測量精度低，實(shí)際應(yīng)用意義不大。
[0004]這些方法最主要的缺點(diǎn)就是都需要人為判斷，降低了準(zhǔn)確性，而且需要花費(fèi)大量的時間，無法迅速測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種對光纖形貌的測量系統(tǒng)和測量方法，避免人為判斷，提高測量精度和測量速度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的測量系統(tǒng)包括:
[0007]載物臺、結(jié)構(gòu)支架、位移臺、控制器、拍攝系統(tǒng)和圖像處理器，結(jié)構(gòu)支架和控制器固定在載物臺上，位移臺與控制器電連接，拍攝系統(tǒng)與圖像處理器電連接，其特征在于:
[0008]載物臺的中間表面設(shè)有夾持槽，用于固定被測光纖；
[0009]位移臺，包括豎直電動位移臺和水平電動位移臺，該豎直電動位移臺固定在結(jié)構(gòu)支架上，該水平電動位移臺通過第一平面轉(zhuǎn)接板固定在豎直電動位移臺上；
[0010]拍攝系統(tǒng)，采用帶有同軸光源的工業(yè)相機(jī)，并通過第二平面轉(zhuǎn)接板固定在水平電動位移臺上；
[0011]通過控制器控制位移臺移動，使工業(yè)相機(jī)對光纖進(jìn)行多次對焦拍攝，獲得光纖圖像，傳送給圖像處理器進(jìn)行處理計(jì)算，得到光纖的形貌參數(shù)，即軸向長度1、端面徑向直徑Cl1和d2、中間最細(xì)處直徑Cltl和表面傾斜角度Θ。
[0012]上述測量系統(tǒng)，其特征在于位移臺的移動，包括水平和豎直雙方向移動，且移動的單步步進(jìn)量為0.ΙΟμπι。
[0013]上述測量系統(tǒng)，其特征在于所述拍攝系統(tǒng)采用的同軸光源工業(yè)相機(jī)，其選擇參數(shù)為:
[0014]分辨率為:2592 X 1944、單像元尺寸為:2.2 μ mX 2.2 μ m ；
[0015]鏡頭放大倍率為6.0、工作距離為65mm、景深為0.06mm、標(biāo)準(zhǔn)C 口安裝。
[0016]上述測量系統(tǒng)，其特征在于圖像處理器，包括:
[0017]存儲模塊:用于保存拍攝的光纖圖像；
[0018]處理模塊:用于對光纖圖像進(jìn)行校準(zhǔn)、去除噪聲和去除模糊處理；
[0019]計(jì)算與顯示模塊:用于根據(jù)相機(jī)參數(shù)計(jì)算出光纖的形貌參數(shù)并顯示在顯示器上。
[0020]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的測量方法，包括如下步驟:
[0021]I)將被測光纖固定在載物臺的夾持槽上，調(diào)節(jié)被測光纖和位移臺，使光纖的軸向方向與位移臺的水平步進(jìn)方向一致；
[0022]2)通過控制器控制位移臺以0.ΙΟμπι精度沿豎直方向步進(jìn)，調(diào)節(jié)鏡頭與光纖的距離，使光纖清晰成像；再通過控制器控制位移臺以0.ΙΟμπι精度沿水平方向步進(jìn)，進(jìn)行對焦拍攝，獲得光纖圖像；
[0023]3)重復(fù)步驟2)，對光纖進(jìn)行對焦拍攝η次，η≥4，獲得η幅光纖圖像并輸入給圖像處理器；
[0024]4)圖像處理器對光纖圖像進(jìn)行處理:
[0025]4a)保存拍攝的η幅光纖圖像；
[0026]4b)對光纖圖像進(jìn)行校正、去除噪聲和去除模糊處理；
[0027]4c)設(shè)置η幅光纖圖像的坐標(biāo):
[0028]光纖兩端面的中點(diǎn)坐標(biāo)L表不軸向，i = l,2, 3......η ；
[0029]光纖兩端面的四個頂點(diǎn)坐標(biāo)XxDliIJDliI)和，(Χβ2(1，.>’￡>2--)和(xC^IvDj)，D1表示第一端面的徑向，D2表示第二端面的徑向，i = 1,2, 3……η ；
[0030]光纖中間最細(xì)處的兩個頂點(diǎn)坐標(biāo)，D0表不中間最細(xì)處的徑向，i = 1，2，3......η ；
[0031]4d)計(jì)算η幅光纖圖像的如下參數(shù):
[0032]光纖軸向長度所占像素?cái)?shù)
【權(quán)利要求】
1.一種光纖形貌的測量系統(tǒng)，包括:載物臺(I)、結(jié)構(gòu)支架(3)、位移臺(4)、控制器(7)、拍攝系統(tǒng)(10)和圖像處理器(11)，結(jié)構(gòu)支架(3)和控制器(7)固定在載物臺(I)上，位移臺(4)與控制器(7)電連接，拍攝系統(tǒng)(10)與圖像處理器(11)電連接，其特征在于: 載物臺(I)的中間表面設(shè)有夾持槽(2)，用于固定被測光纖； 位移臺(4)，包括豎直電動位移臺(5)和水平電動位移臺(6)，該豎直電動位移臺(5)固定在結(jié)構(gòu)支架(3 )上，該水平電動位移臺(6 )通過第一平面轉(zhuǎn)接板(8 )固定在豎直電動位移臺(5)上； 拍攝系統(tǒng)(10)，采用帶有同軸光源的工業(yè)相機(jī)，并通過第二平面轉(zhuǎn)接板(9)固定在水平電動位移臺(6)上； 通過控制器(7)控制位移臺(4)移動，使工業(yè)相機(jī)對光纖進(jìn)行多次對焦拍攝，獲得光纖圖像，傳送給圖像處理器(11)進(jìn)行處理計(jì)算，得到光纖的形貌參數(shù)，即軸向長度1、端面徑向直徑Cl1和d2、中間最細(xì)處直徑Cltl和表面傾斜角度Θ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于位移臺(4)的移動，包括水平和豎直雙方向移動，且移動的單步步進(jìn)量為0.1Oym0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述拍攝系統(tǒng)(10)采用的同軸光源工業(yè)相機(jī)，其選擇參數(shù)為: 分辨率為:2592 X 19 44、單像元尺寸為:2.2 μ mX 2.2 μ m ； 鏡頭放大倍率為6.0、工作距離為65mm、景深為0.06mm、標(biāo)準(zhǔn)C 口安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于圖像處理器(11)，包括: 存儲模塊:用于保存拍攝的光纖圖像； 處理模塊:用于對光纖圖像進(jìn)行校準(zhǔn)、去除噪聲和去除模糊處理； 計(jì)算與顯示模塊:用于根據(jù)工業(yè)相機(jī)參數(shù)計(jì)算出光纖的形貌參數(shù)并顯示在顯示器上。
5.一種光纖形貌的測量方法，包括如下步驟: 1)將被測光纖固定在載物臺的夾持槽上，調(diào)節(jié)被測光纖和位移臺，使光纖的軸向方向與位移臺的水平步進(jìn)方向一致； 2)通過控制器控制位移臺以0.10 μ m精度沿豎直方向步進(jìn)，調(diào)節(jié)鏡頭與光纖的距離，使光纖清晰成像；再通過控制器控制位移臺以0.ΙΟμπι精度沿水平方向步進(jìn)，進(jìn)行對焦拍攝，獲得光纖圖像； 3)重復(fù)步驟2)，對光纖進(jìn)行對焦拍攝η次，η> 4，獲得η幅光纖圖像并輸入給圖像處理器； 4)圖像處理器對光纖圖像進(jìn)行處理: 4a)保存拍攝的η幅光纖圖像； 4b)對光纖圖像進(jìn)行校正、去除噪聲和去除模糊處理； 4c)設(shè)置η幅光纖圖像的坐標(biāo): 光纖兩端面的中點(diǎn)坐標(biāo):(\ι，J7ZiI)和(氣2，九,2)，L表不軸向，i = l,2, 3......η ；
光纖兩端面的四個頂點(diǎn)坐標(biāo):(xDliI 5 ^Dli I ) (-tD1, 2 5 )!Du 2 )，^xD2l P 1) ^Ρ(-ΤΛ, 2 5 2 )，Dl 表示第一端面的徑向，D2表示第二端面的徑向，i = 1，2，3……η ； 光纖中間最細(xì)處的兩個頂點(diǎn)坐標(biāo):(xDuiHvX^I)和2) , D0表不中間最細(xì)處的徑向，
【文檔編號】G01B11/24GK103808278SQ201410081853
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】邵曉鵬, 張少輝, 杜娟, 王琳 申請人:西安電子科技大學(xué)