Способ измерения несоосности оптического волокна в соединительном наконечнике

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения несоосности оптического волокна и соединительного наконечника. В способе, заключающемся в том, что соединительный наконечник с оптическим волокном фиксируют с возможностью поворота вокруг своей оси, свободный конец волокна освещают источником света, а электронный блок измеряет координаты, по которым судят о величине смещения центра светового пятна относительно центра вращения, кромку зеркальной шторки устанавливают в положение, при котором она проходит через центр вращения базовой поверхности наконечника, а затем измеряют отраженный от зеркальной шторки световой поток при четырех взаимно перпендикулярных положениях оптического волокна. Для совмещения кромки зеркальной шторки с центром вращения базовой поверхности соединительного наконечника вначале перемещают кромку зеркальной шторки относительно торца исследуемого оптического волокна и соединительного наконечника, измеряют интенсивность отраженного от зеркальной шторки излучения и устанавливают ее в положение, при котором интенсивность отраженного светового потока равна полусумме минимальной и максимальной интенсивностей. При этом положении шторки определяют вращением вокруг своей оси угловое положение оптического волокна с соединительным наконечником, при котором интенсивность отраженного от зеркальной шторки светового излучения минимальна или максимальна, и устанавливают соединительный наконечник в одно из этих положений, затем поворачивают оптическое волокно на 90°, повторно измеряют величину минимальной и максимальной интенсивностей путем перемещения зеркальной шторки относительно торца оптического волокна и соединительного наконечника и устанавливают кромку зеркальной шторки в положение, соответствующее полусумме полученных значений интенсивности. После совмещения кромки зеркальной шторки с центром вращения базовой поверхности соединительного наконечника компенсируют постоянную составляющую, вводят максимальное усиление, выполняют градуировку измерительной схемы по лимбу долемикронной подвижки, снова совмещают кромку зеркальной шторки с центром вращения базовой поверхности соединительного наконечника, выполняют измерения и по величине измеренных значений интенсивности судят о величине несоосности и угловом смещении линии, соединяющей центр вращения базовой поверхности соединительного наконечника и центр светового излучения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества установки световодного волокна в соединительном наконечнике.

Известен способ измерения несоосности с помощью устройства, в котором измеряют интенсивность светового потока в четырех взаимно перпендикулярных положениях [1] . Однако известный способ не может обеспечить необходимой точности измерения, так как предполагает наличие жестко установленных четырех фотоприемников, разделенных зазором не менее 2,5 мкм. Это создает значительную зону нечувствительности и вносит существенную погрешность в измерения, поскольку исключается наиболее интенсивная часть светового потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании к предлагаемому является способ определения положения оптического волокна в соединительном наконечнике, включающий фиксирование соединительного наконечника с оптическим волокном с возможностью поворота вокруг своей оси, при этом свободный конец освещают источником света, а электронный блок измеряет координаты центра светового пятна, для чего вначале определяет положение на телевизионном экране координатных осей, а затем координаты смещения [2]. При этом электронный блок измеряет координаты центра светового пятна в плоскости кадра, затем фиксирующий патрон с наконечником и оптическим волокном поворачивают на 180^о и снова измеряют координаты светового пятна. Так как полученные координаты являются диаметрально противоположными и принадлежат одной окружности, то координаты центра вращения определяются как полусумма координат измеренных центров световых пятен, а координаты смещения светового пятна относительно него определяются как разность координат центра вращения и координат второго положения светового пятна.

Недостатком этого способа является использование оптической и телевизионной аппаратуры, которые вносят большие погрешности. Оптика определяет погрешности, связанные с явлением дифракции, а телевизионная техника не обеспечивает идеальной линейности развертки для изображения на экране, что служит источником существенной погрешности, не дающей возможность использовать этот способ для измерения несоосности с большой точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения несоосности оптического волокна в соединительном наконечнике, в результате чего могут быть уменьшены потери в оптическом соединителе и повышена эффективность работы волоконно-оптических линий.

Это достигается тем, что в известном способе определения положения оптического волокна в соединительном наконечнике, заключающемся в том, что наконечник с оптическим волокном фиксируют с возможностью проворота вокруг совей оси, свободный конец волокна освещают источником света, фиксируют прошедший волокно световой поток, преобразуют оптический сигнал в электрический, измеряют координаты центра светового пятна, по которым вычисляют величину смещения центра светового пятна относительно центра вращения, по смещению судят о несоосности, перед измерением в ходе светового потока из наконечника размещают зеркальную шторку, кромку которой устанавливают в положение, при котором она проходит через центр вращения базовой поверхности наконечника, измерения ведут по световому потоку, отраженному от зеркальной шторки при четырех взаимно перпендикулярных положениях оптического волокна.

Для установки кромки зеркальной шторки перемещают ее относительно торца исследуемого волокна с наконечником, измеряют интенсивность отраженного от шторки светового потока, фиксируют его минимальную и максимальную величины и устанавливают шторку в положение, при котором интенсивность равна полусумме зафиксированных величин, осуществляют вращение вокруг своей оси оптического волокна в наконечнике, фиксируют интенсивность отраженного от зеркальной шторки светового излучения, регистрируют его минимальное и максимальное значение, определяют угловое положение волокна при этих значениях и устанавливают соединительный наконечник в одном из этих положений, поворачивают его на 90^о, измеряют величину минимальной и максимальной интенсивностей путем перемещения зеркальной шторки относительно торца исследуемого волокна и устанавливают кромку зеркальной шторки в положение, соответствующее полусумме полученных значений интенсивности.

После совмещения кромки зеркальной шторки с центром вращения базовой поверхности наконечника компенсируют постоянную составляющую, выполняют градуировку измерительной схемы по лимбу долемикронной подвижки и возвращают кромку зеркальной шторки в положение, когда кромка зеркальной шторки совмещена с центром вращения базовой поверхности.

На чертеже представлена функциональная схема, реализующая предлагаемый способ.

Для измерения несоосности оптического волокна в соединительном наконечнике было разработано устройство, включающее осветитель 1, фотоприемник 2, оптический разветвитель 3, узел ввода излучения в исследуемое волокно 4, приспособление 5 для крепления и вращения оптического волокна 6 с соединительным наконечником 7 и зеркальной шторкой 8, установленной на долемикронной подвижке 9, приспособление 5 расположено на опорной плите 10. Выход фотоприемника соединен с входом преобразователя 11 фототока в напряжение, выход которого последовательно через компенсатор 12 напряжения и регулируемый усилитель 13 соединен с регистратором 14, представляющим собой аналого-цифровой преобразователь. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) 15, выход которой также соединен с видеоконтрольным устройством (ВКУ) 16 и устройством 17 документации измерений.

Исследуемое оптическое волокно 6 с соединительным наконечником 7 фиксируют с возможностью поворота вокруг своей оси в приспособлении 5. Свободный конец волокна освещают источником света 1 через оптический разветвитель 3 и узел ввода излучения в оптическое волокно 4. В ходе светового потока из наконечника 7 размещают зеркальную шторку 8. Отраженный световой поток, прошедший через волокно 6, узел 4 и разветвитель 3, фиксируют с помощью фотоприемника 2, и преобразуют его в напряжение преобразователя 11. Используя долемикронную подвижку 9, перемещают кромку зеркальной шторки относительно торца исследуемого волокна 6 и соединительного наконечника 7. По показаниям видеоконтрольного устройства 16 фиксируют положение зеркальной шторки 8 при минимальном и максимальном значениях интенсивности отраженного излучения 1i при I_макс и I_мин. Используя показания ЭВМ 15, на ВКУ 16 устанавливают кромку зеркальной шторки в положение I_ср = I_cp= При этом кромка зеркальной шторки 8 проходит через центр светового потока исследуемого оптического волокна 6. Используя долемикронную подвижку 9, приближают зеркальную шторку 8 так, что показание ЭВМ 15 на ВКУ 16 максимально, а их контакт отсутствует. Вращением оптического волокна 6 с соединительным наконечником 7 вокруг оси вращения базовой поверхности соединительного наконечника 7 на 360^оС с помощью ВКУ определяют положение соединительного наконечника 7, при котором интенсивность отраженного излучения принимает значения I_макс или I_мини устанавливают соединительный наконечник 7 с оптическим волокном 6 в одно из этих положений. При этом кромка зеркальной шторки оказывается перпендикулярной линии, соединяющей центр вращения базовой поверхности соединительного наконечника 7 с центром светового излучения.

После этого еще раз поворачивают соединительный наконечник 7 с оптическим волокном 6 на 90^о и снова с помощью ВКУ определяют значения I_макс и I_мин путем перемещения зеркальной шторки и, используя показания ЭВМ 15, на ВКУ 16 устанавливают кромку зеркальной шторки 8 в положение I_ср = I_cp= При этом кромка зеркальной шторки 8 оказывается совмещенной с линией, соединяющей центр вращения базовой поверхности соединительного наконечника 7 оптического волокна 6 с центром светового потока. В этом положении чувствительность схемы к перемещениям зеркальной шторки максимальная. Для использования этого эффекта вводят максимальное усиление с одновременной компенсацией постоянной составляющей и выполняют градуировку схемы по лимбу долемикронной подвижки с шагом 0,1 мкм, проходя все значения от I_макс до I_мин, фиксируя все значения в памяти ЭВМ.

Выполнив такую градуировку измерительной схемы, возвращают зеркальную шторку 8 в положение I_ср и выполняют четыре последовательных измерения интенсивности светового потока при взаимно перпендикулярных положениях соединительного наконечника 7 с оптическим волокном 6: 11, 12, 13, 14. По разнице между 11 - -13 = Х и 12 - 14 = Y судят о несоосности в двух взаимно перпендикулярных положениях, а расстояние от центра светового потока до центра вращения базовой поверхности соединительного наконечника определяют по формуле Н = H = Угловое положение линии, соединяющей центр светового потока и центр вращения базовой поверхности, вычисляют по формуле & = ARCTG & = ARCTG Результаты измерения фиксирует устройство 17 документации.

Результаты применения предлагаемого способа позволяют измерить несоосность с дискретностью 0,1 мкм. Устройство с использованием данного способа может быть аттестовано на измерение несоосности ступенчатых и градиентных оптических волокон диаметром 50 мкм относительно базовой поверхности наконечника диаметром 2500 мкм с погрешностью 0,3 мкм. Указанные результаты подтверждены экспериментальными испытаниями.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСООСНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА В СОЕДИНИТЕЛЬНОМ НАКОНЕЧНИКЕ, заключающийся в том, что наконечник с оптическим волокном фиксируют с возможностью поворота вокруг своей оси, свободный конец волокна освещают источником света, фиксируют прошедший волокно световой поток, преобразуют оптический сигнал в электрический, измеряют координаты центра светового пятна, по которым вычисляют величину смещения центра светового пятна относительно центра вращения, по смещению судят о несоосности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед измерением в ходе светового потока из наконечника размещают зеркальную шторку, кромку которой устанавливают в положение, при котором она проходит через центр вращения базовой поверхности наконечника, измерение ведут по световому потоку, отраженному от зеркальной шторки при четырех взаимно перпендикулярных положениях оптического волокна.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для установки кромки зеркальной шторки перемещают ее относительно торца исследуемого волокна с наконечником, измеряют интенсивность отраженного от шторки светового потока, фиксируют его минимальную и максимальную величины и устанавливают шторку в положение, при котором интенсивность равна полусумме зафиксированных величин, осуществляют вращение вокруг своей оси волокна в наконечнике, фиксируют интенсивность отраженного от зеркальной шторки светового излучения, регистрируют его минимальное значение, определяют угловое положение волокна при этих значениях и устанавливают соединительный наконечник в одном из этих положений, поворачивают его на 90^o, измеряют величину минимальной и максимальной интенсивностей путем перемещения зеркальной шторки относительно торца исследуемого волокна и устанавливают кромку зеркальной шторки в положение, соответствующее полусумме полученных значений интенсивности.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после совмещения кромки зеркальной шторки с центром вращения базовой поверхности наконечника компенсируют постоянную составляющую, выполняют градуировку измерительной схемы по лимбу долемикронной подвижки и возвращают кромку зеркальной шторки в положение, когда кромка зеркальной шторки совмещена с центром вращения базовой поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1