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光纤形貌的测量系统及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤形貌的测量系统和测量方法，主要解决已有测量方法中需要人为判断、准确性低，且需要花费大量时间、无法迅速测量的问题。该测量系统包括载物台(1)、结构支架(3)、位移台(4)、控制器(7)、拍摄系统(10)和图像处理器(11)。测量时，将被测光纤固定在载物台的夹持槽上，通过控制器控制位移台移动，带动拍摄系统对光纤进行多次对焦拍摄，获得光纤图像，传送给图像处理器处理计算，得到光纤的形貌参数，即轴向长度、端面径向直径、中间最细处直径和表面倾斜角度。本发明无需人为判断，且通过多次测量求平均值和图像处理器自动处理图像，提高了测量精度和测量速度，可用于筛选合格光纤产品，提高光纤器件的性能。
【专利说明】光纤形貌的测量系统及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测量【技术领域】，特别涉及一种对光纤形貌的测量系统，可用于筛选出合格的光纤产品，提高光纤器件的性能。
【背景技术】
[0002]作为光纤陀螺的主要材料，光纤的形貌参数关系到光功率的分配、复用/解复用、功率耦合和增益平坦化等方面的功能，其形貌参数的精确测量对光纤的制造、应用以及光纤陀螺的性能至关重要。
[0003]目前国内外提出的测量光纤形貌的方法较多，主要有:直接测量法、图像剪切法、机械接触法、图像翻转显微镜法、旋转镜偏移法、前向散射法、后向散射法、CCD非接触测量法等。例如利用显微镜的直接测量，需要显微镜聚焦在光纤的一个端面上，移动侧位目镜中的十字准线以便它和光纤各个边缘线交叉，然后记下读数，此方法不仅消耗了大量时间，还受到操作者主观决定光纤边界而产生误差的限制。又如前向或后向散射干涉法，是利用激光束作为入射光垂直照射光纤，使散射光产生干涉，观察并测量相干光的干涉条纹，根据散射光图样分析法获得光纤的数学模型，此方法理论相对成熟，但是测量精度低，实际应用意义不大。
[0004]这些方法最主要的缺点就是都需要人为判断，降低了准确性，而且需要花费大量的时间，无法迅速测量。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种对光纤形貌的测量系统和测量方法，避免人为判断，提高测量精度和测量速度。
[0006]为实现上述目的，本发明的测量系统包括:
[0007]载物台、结构支架、位移台、控制器、拍摄系统和图像处理器，结构支架和控制器固定在载物台上，位移台与控制器电连接，拍摄系统与图像处理器电连接，其特征在于:
[0008]载物台的中间表面设有夹持槽，用于固定被测光纤；
[0009]位移台，包括竖直电动位移台和水平电动位移台，该竖直电动位移台固定在结构支架上，该水平电动位移台通过第一平面转接板固定在竖直电动位移台上；
[0010]拍摄系统，采用带有同轴光源的工业相机，并通过第二平面转接板固定在水平电动位移台上；
[0011]通过控制器控制位移台移动，使工业相机对光纤进行多次对焦拍摄，获得光纤图像，传送给图像处理器进行处理计算，得到光纤的形貌参数，即轴向长度1、端面径向直径Cl1和d2、中间最细处直径Cltl和表面倾斜角度Θ。
[0012]上述测量系统，其特征在于位移台的移动，包括水平和竖直双方向移动，且移动的单步步进量为0.ΙΟμπι。
[0013]上述测量系统，其特征在于所述拍摄系统采用的同轴光源工业相机，其选择参数为:
[0014]分辨率为:2592 X 1944、单像元尺寸为:2.2 μ mX 2.2 μ m ；
[0015]镜头放大倍率为6.0、工作距离为65mm、景深为0.06mm、标准C 口安装。
[0016]上述测量系统，其特征在于图像处理器，包括:
[0017]存储模块:用于保存拍摄的光纤图像；
[0018]处理模块:用于对光纤图像进行校准、去除噪声和去除模糊处理；
[0019]计算与显示模块:用于根据相机参数计算出光纤的形貌参数并显示在显示器上。
[0020]为实现上述目的，本发明的测量方法，包括如下步骤:
[0021]I)将被测光纤固定在载物台的夹持槽上，调节被测光纤和位移台，使光纤的轴向方向与位移台的水平步进方向一致；
[0022]2)通过控制器控制位移台以0.ΙΟμπι精度沿竖直方向步进，调节镜头与光纤的距离，使光纤清晰成像；再通过控制器控制位移台以0.ΙΟμπι精度沿水平方向步进，进行对焦拍摄，获得光纤图像；
[0023]3)重复步骤2)，对光纤进行对焦拍摄η次，η≥4，获得η幅光纤图像并输入给图像处理器；
[0024]4)图像处理器对光纤图像进行处理:
[0025]4a)保存拍摄的η幅光纤图像；
[0026]4b)对光纤图像进行校正、去除噪声和去除模糊处理；
[0027]4c)设置η幅光纤图像的坐标:
[0028]光纤两端面的中点坐标L表不轴向，i = l,2, 3......η ；
[0029]光纤两端面的四个顶点坐标XxDliIJDliI)和，(Χβ2(1，.>’￡>2--)和(xC^IvDj)，D1表示第一端面的径向，D2表示第二端面的径向，i = 1,2, 3……η ；
[0030]光纤中间最细处的两个顶点坐标，D0表不中间最细处的径向，i = 1，2，3......η ；
[0031]4d)计算η幅光纤图像的如下参数:
[0032]光纤轴向长度所占像素数
【权利要求】
1.一种光纤形貌的测量系统，包括:载物台(I)、结构支架(3)、位移台(4)、控制器(7)、拍摄系统(10)和图像处理器(11)，结构支架(3)和控制器(7)固定在载物台(I)上，位移台(4)与控制器(7)电连接，拍摄系统(10)与图像处理器(11)电连接，其特征在于: 载物台(I)的中间表面设有夹持槽(2)，用于固定被测光纤； 位移台(4)，包括竖直电动位移台(5)和水平电动位移台(6)，该竖直电动位移台(5)固定在结构支架(3 )上，该水平电动位移台(6 )通过第一平面转接板(8 )固定在竖直电动位移台(5)上； 拍摄系统(10)，采用带有同轴光源的工业相机，并通过第二平面转接板(9)固定在水平电动位移台(6)上； 通过控制器(7)控制位移台(4)移动，使工业相机对光纤进行多次对焦拍摄，获得光纤图像，传送给图像处理器(11)进行处理计算，得到光纤的形貌参数，即轴向长度1、端面径向直径Cl1和d2、中间最细处直径Cltl和表面倾斜角度Θ。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于位移台(4)的移动，包括水平和竖直双方向移动，且移动的单步步进量为0.1Oym0
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于所述拍摄系统(10)采用的同轴光源工业相机，其选择参数为: 分辨率为:2592 X 19 44、单像元尺寸为:2.2 μ mX 2.2 μ m ； 镜头放大倍率为6.0、工作距离为65mm、景深为0.06mm、标准C 口安装。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于图像处理器(11)，包括: 存储模块:用于保存拍摄的光纤图像； 处理模块:用于对光纤图像进行校准、去除噪声和去除模糊处理； 计算与显示模块:用于根据工业相机参数计算出光纤的形貌参数并显示在显示器上。
5.一种光纤形貌的测量方法，包括如下步骤: 1)将被测光纤固定在载物台的夹持槽上，调节被测光纤和位移台，使光纤的轴向方向与位移台的水平步进方向一致； 2)通过控制器控制位移台以0.10 μ m精度沿竖直方向步进，调节镜头与光纤的距离，使光纤清晰成像；再通过控制器控制位移台以0.ΙΟμπι精度沿水平方向步进，进行对焦拍摄，获得光纤图像； 3)重复步骤2)，对光纤进行对焦拍摄η次，η> 4，获得η幅光纤图像并输入给图像处理器； 4)图像处理器对光纤图像进行处理: 4a)保存拍摄的η幅光纤图像； 4b)对光纤图像进行校正、去除噪声和去除模糊处理； 4c)设置η幅光纤图像的坐标: 光纤两端面的中点坐标:(\ι，J7ZiI)和(气2，九,2)，L表不轴向，i = l,2, 3......η ；
光纤两端面的四个顶点坐标:(xDliI 5 ^Dli I ) (-tD1, 2 5 )!Du 2 )，^xD2l P 1) ^Ρ(-ΤΛ, 2 5 2 )，Dl 表示第一端面的径向，D2表示第二端面的径向，i = 1，2，3……η ； 光纤中间最细处的两个顶点坐标:(xDuiHvX^I)和2) , D0表不中间最细处的径向，
【文档编号】G01B11/24GK103808278SQ201410081853
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】邵晓鹏, 张少辉, 杜娟, 王琳 申请人:西安电子科技大学