本發明專利技術涉及基于光學相干斷層掃描技術的光纖環質量檢測方法及裝置，屬于光學測量、光纖傳感及檢測技術領域。該方法包括：將被測光纖環固定在一個旋轉機構上；將光學相干斷層掃描系統探頭垂直固定于被測光纖環上方；以光纖環圓心為旋轉軸旋轉該光纖環，同時光學相干斷層掃描系統的掃描探頭對被測光纖環沿著被測光纖環軸向進行一維掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息；根據OCT信息，進行三維圖像重建，通過重建圖像判斷該被測光纖環表面及表面以下是否存在缺陷，并根據圖像的不均勻位置對缺陷進行定位，以消除缺陷。該方法利用OCT檢測光纖環成品的質量以及繞制過程中產生的繞制缺陷，可以有效提高各種使用光纖環的角度傳感器的精度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學測量、光纖傳感及檢測
，涉及光學相干斷層掃描(OpticalCoherence Tomography,簡稱0CT)技術、光纖環繞制和檢測技術及方法。
技術介紹
光纖環是光纖陀螺的核心，它對光纖陀螺來說，光纖環既是提高精度的途徑，同時也是主要影響精度的主要因素。如何繞制高質量的光纖環，對光纖陀螺十分重要。光纖環在繞制過程中需采用特殊纏繞方式、精密繞制技術、完善的封裝工藝、合適的光纖環用膠選擇來保證光纖環具有高質量的靜態特性(低的偏振串音、低的插入損耗等)和高質量的瞬態特性(抗振動、抗沖擊、不受環境溫度和磁場的影響)。光纖環的纏繞方法有多種，四級對稱繞法是通用的一種方法。四級對稱光纖環的·繞制工藝復雜，繞制周期長，人工繞制不易保證質量，因為需要多次換層，在繞制光纖環時易出現一些缺陷。當光纖環繞制結束后，光纖環繞制過程中出現的這些缺陷大部分埋藏在光纖環的內部，采用現有一些簡單的放大成像技術，如CCD放大觀測系統、顯微鏡放大觀測系統均只能實現對光纖環外層光纖的排布情況進行檢測，無法對內部結構進行檢測。這些繞制缺陷均會引起光纖環內部出現偏振串擾，最終影響光纖陀螺的零偏穩定性，檢測光纖環內部缺陷并完善纏繞技術，有利于進一步提高光纖陀螺的性能。光纖環通常要求在繞環過程中，繞制的光纖根與根、層與層之間應緊密排繞，不出現凹和凸、變形和間隙，這樣繞制的光纖環對易受環境影響的內部壓力變得不敏感，從而也可以減少環境變化引起的光損耗和消偏影響。在現實當中，一方面由于光纖并非理想的圓，其直徑不是一成不變的，總存在誤差，導致在每一層中總會出現微小縫隙。另外在繞制時，由于機械加工精度及其它因素，每層繞纖時光纖與骨架的內壁對齊比較困難；在每層的結束時，由于繞纖時光纖之間存有不確定的微縫隙，骨架的寬度不能滿足一層的排纖做到光纖的整數倍，即在排纖結束一端剩余寬度可能小于光纖直徑，這樣就會造成兩端的光纖高于其他部位的光纖，這對下層的排纖造成困難。光纖陀螺的另一重要參數其抗振動性能優越，即要求耐沖擊性能好，而為了保證陀螺耐沖擊性，其常用的做法是在繞制光纖環時對其進行涂膠，固膠雖然能改善光纖環的抗振動性能，但也會帶來其它方面的問題，例如涂膠量及涂膠均勻與否對光纖陀螺的溫度及振動瞬態特性都會產生不同的影響。所以有必要對不同情況下光纖環的內部情況進行詳細的分析。目前，為了改善光纖環的熱穩定性，抑制外界溫度變化對其產生的影響，研究者通過不懈的努力先后對光纖環繞制工藝提出改進，總體的繞制方法包括有直接繞制法、雙極繞制法、四級繞制法、八級繞制法、十六級繞制法、交叉繞制法、免交叉繞制法。而用于繞制光纖環的光纖尺寸主要有兩種，一種是涂覆層為250um包層為125um的粗光纖，另一種是涂覆層為165um±20um包層為SOum的細光纖。盡管在光纖環的繞制過程中，采用不同尺寸、不同的繞制工藝，其最終繞制的光纖環內部結果均為光纖緊密排布的幾何層析結構，而且每一層的光纖厚度均勻。對于實際繞制完后以及在繞制過程中的光纖環，目前還沒有一種方法能有效的、直觀的檢測其內部結構。所以，目前所有光纖環制造者都沒有這樣的檢測環節，如果發現光纖環質量不好，最多只能拆開重新繞制，無法在不破壞已經繞好的光纖環情況下發現缺陷存在的具體情況，也無法判斷是什么原因引起質量問題，因而很可能在拆開光纖環后不能找到造成光纖環質量不好的原因，也就無法指導改進繞制工藝，提高光纖環的質量水平。光學相干斷層掃描(Optical Coherence Tomography)是一種新型的掃描技術,它具有高分辨率、無侵入式、快速成像檢測的特點，其采用低相干長度的寬帶光源，可以獲得很高的軸向分辨率(軸向就是指被測樣品沿表面向內部延伸的方向)，最高可以達到Iym;同時OCT在光學斷層成像上具有較大的優勢，OCT可以獲得被測樣品表層以下2-3_的結構特征。光學相干斷層掃描的工作原理,是將一束寬帶光源進行分光后，一束光進行不同量的延遲，另外一束光射入到被測物體并從物體不同深度層面產生反射光，然后再將這個反射光和延遲光進行相干干涉，不同的延遲量就對應于被測物體的不同深度。這些干涉信號就構成了該物體的OCT信息，通過對這些OCT信息的分析，就可以得到被測物體各個深度 層面的狀況。如果將這些OCT信息與探頭掃描軌跡綜合起來進行計算機運算，就可以生成整個被測物體的被測部分的三維立體圖像。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術的不足，提出了一種基于光學相干斷層掃描技術的光纖環質量檢測方法及裝置。該方法不僅能實現對光纖環繞制層表面光纖排布檢測，同時也可以對光纖環的內部結構進行了直觀的檢測，還可以分別從無膠環與涂膠環不同位置光纖分布、涂膠環上膠分布的均勻性和涂膠量等方面對光纖環質量進行離線及在線檢測，為進一步分析光纖環的內部結構，改進光纖環的繞制工藝提供了保障，提高了光纖環繞制的質量。本專利技術的基于光學相干斷層掃描技術的光纖環質量檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(I)將被測光纖環固定在一個旋轉機構上；(2)將光學相干斷層掃描系統探頭垂直固定于被測光纖環上方,使得入射光垂直對準被測光纖環；(3)以光纖環圓心為旋轉軸旋轉該光纖環，同時光學相干斷層掃描系統的掃描探頭對被測光纖環沿著被測光纖環軸向進行一維掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息；或光纖環靜止不動，掃描探頭沿著光纖環軸向和垂直光纖環軸向兩個方向進行二維掃描，從而獲得被測光纖環局部的OCT信息；或光纖環靜止不動,光學相干斷層掃描系統的掃描探頭相對被測光纖環沿著其外圍轉動，進行軸向掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息；(4)根據獲得的被測光纖環OCT信息，進行三維圖像重建，通過重建圖像判斷該被測光纖環表面及表面以下是否存在缺陷，并根據圖像的不均勻位置對缺陷進行定位，以消除缺陷。本專利技術還包括一套基于光學相干斷層掃描技術的光纖環質量檢測的裝置，該裝置具體包括—個安裝被測光纖環的轉動機構；一個光學相干斷層掃描系統，其探頭置于被測光纖環之上，用于對光纖環進行掃描，并采集光纖環的OCT信息；一臺計算機連接到光學相干斷層掃描系統上，用于處理被測光纖環OCT信息，對其進行三維成像，通過采集獲得的光纖環骨架、光纖環上光纖、光纖環上涂膠的圖像，以判斷光纖環質量的優劣。本專利技術的優點和積極效果本專利技術首次利用光學相干斷層掃描(Optical Coherence Tomography)技術應用于光纖環質量檢測，一方面光纖環內部光纖的層狀排布，決定了其具有很好的層析性，另一方面光纖的厚度在160 μ m-250 μ m之間保證了 OCT可以很好的對光纖環外層表面以下8至10層的光纖結構進行無損傷的直觀檢測?？梢栽诓黄茐墓饫w環的情況下，得到光纖環的三維OCT圖像，用來查找光纖環繞制過程中的缺陷，從而判斷光纖環繞制質量的優劣。同時可以檢測光纖環在繞制過程中存在的缺陷，并可以對缺陷進行處理，可提高光纖環的繞制工 藝水平，提高光纖環的繞制質量。附圖說明圖I為本專利技術基于OCT系統實現光纖環結構掃描的不意圖；圖2為本專利技術中OCT探頭橫向掃描，光纖環圓周轉動獲得的整個光纖環掃描圖；圖3為本專利技術中光纖環不動，OCT探頭做二維掃描示意圖；圖4為用圖3掃描方式得到的OCT圖像；圖5為傳統使用百分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于光學相干斷層掃描技術的光纖環質量檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：（1）將被測光纖環固定在一個旋轉機構上；（2）將光學相干斷層掃描系統探頭垂直固定于被測光纖環上方，使得入射光垂直對準被測光纖環；（3）以光纖環圓心為旋轉軸旋轉該光纖環，同時光學相干斷層掃描系統的掃描探頭對被測光纖環沿著被測光纖環軸向進行一維掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息；或光纖環靜止不動，掃描探頭沿著光纖環軸向和垂直光纖環軸向兩個方向進行二維掃描，從而獲得被測光纖環局部的OCT信息；或光纖環靜止不動，光學相干斷層掃描系統的掃描探頭相對被測光纖環沿著其外圍轉動，進行軸向掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息；（4）根據獲得的被測光纖環OCT信息，進行三維圖像重建，通過重建圖像判斷該被測光纖環表面及表面以下是否存在缺陷，并根據圖像的不均勻位置對缺陷進行定位，以消除缺陷。
【技術特征摘要】
1.一種基于光學相干斷層掃描技術的光纖環質量檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)將被測光纖環固定在一個旋轉機構上； (2)將光學相干斷層掃描系統探頭垂直固定于被測光纖環上方,使得入射光垂直對準被測光纖環； (3)以光纖環圓心為旋轉軸旋轉該光纖環，同時光學相干斷層掃描系統的掃描探頭對被測光纖環沿著被測光纖環軸向進行一維掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息；或光纖環靜止不動，掃描探頭沿著光纖環軸向和垂直光纖環軸向兩個方向進行二維掃描，從而獲得被測光纖環局部的OCT信息；或光纖環靜止不動,光學相干斷層掃描系統的掃描探頭相對被測光纖環沿著其外圍轉動，進行軸向掃描，從而獲得被測光纖環的OCT信息； (4)根據獲得的被測光纖環OCT信息，進行三維圖像重建，通過重建圖像判斷該被測光纖環表面及表面以下是否存在缺陷，并根據圖像的不均勻位置對缺陷進行定位，以消除缺陷。2.如權利要求I所述方法，其特征在于，旋轉機構為光纖繞環機。3.如權利要求I所述方法，其特征在于，步驟(4)所述三維圖像重建，包括將光纖折射率、涂膠折射率、光纖直徑、涂膠厚度、光纖環整體直徑以及旋轉機構旋轉速度中的任一種、幾種或全部作為基本因素進行三維圖像重建。4.如權利要求I所述方法，其特征在于，所述OCT信息是通過收集光學斷層掃描得到干涉信號轉換成的電信號，在經過電子運算處理生成的三維立體圖像。5.如權利要求I所述方法，其特征在于，所述光纖環缺陷是指由光纖繞制過程中光纖交疊、或光纖繞制過程中光纖爬起、或光纖繞制過程中涂膠不均勻造成。6.如權利要求I所述方法，其特征在于，所述光纖環為光纖陀螺用光纖環、或電流互感用光纖環、或光學延遲用光纖環。7.如權利要求2所述方法，其特征在于，所述步驟3)中以光纖環圓心為旋轉軸旋轉該光纖環，同時光學相干斷層掃...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚曉天，李志宏，孟卓，
申請(專利權)人：蘇州光環科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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