CN103235389B - 基于光纤耦合的光纤旋转准直器及其机械轴和光轴同轴调试方法 - Google Patents

基于光纤耦合的光纤旋转准直器及其机械轴和光轴同轴调试方法 Download PDF

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Abstract

基于光纤耦合的光纤旋转准直器及其机械轴和光轴同轴调试方法，本发明属于光纤传感领域。现有光纤准直器进行光轴与机械轴同轴调试时需要将平面反射镜固定在旋转设备上同时借助外部光源，导致了光轴与机械轴同轴自准直的方法调试难度大的问题。本发明在光纤准直器的激光出射方向设置一个平面反射镜，调节平面反射镜直到光功率计接收到光信号的功率最大，旋转机械旋转装置的活动部180度，调节平面反射镜直到光功率计接收到的激光信号功率最大，反向调节平面反射镜的方位角与俯仰角，至旋转准直器机械轴与平面反射镜垂直，然后调节旋转螺栓使光纤准直器的光轴与机械轴重合，完成机械轴和光轴同轴的调试。本发明适用于光纤通信领域。

Description

基于光纤耦合的光纤旋转准直器及其机械轴和光轴同轴调试方法
技术领域
本发明属于光纤传感领域，具体涉及光纤准直器的机械轴和光轴同轴调试方法。
背景技术
光纤准直器是近年来发展起来的光纤器件，其作用是对光纤出射的光进行准直，减小光束的发散角，由光纤准直器发射的光束约为0.25度。当光纤传感技术应用在旋转设备上时，由于测试设备不能跟随旋转设备一起旋转，因此需要实现光纤与光纤间的非接触光传输。为了减小非接触光传输损耗，需要使用光纤准直器对光纤出射的光进行准直。将一个光纤准直器固定在旋转设备上，组成光纤旋转准直器。光纤准直器到光纤准直器间的非接触光传输损耗依赖于光纤旋转准直器光轴和机械轴夹角的大小，夹角越大，损耗越大，因此需要将光纤旋转准直器的光轴与机械轴调为同轴。调试光轴与机械轴同轴的方法通常可以使用自准直的方法，此方法需要将可调节平面反射镜固定在旋转设备上，并且需要借助外部光源将平面反射镜与旋转机械轴调垂直，因此增加了调试难度。
发明内容
本发明为了解决现有光纤准直器进行光轴与机械轴同轴调试时需要将平面反射镜固定在旋转设备上同时借助外部光源，导致了光轴与机械轴同轴自准直的方法调试难度大的问题，提出了基于光纤耦合的光纤旋转准直器及其机械轴和光轴的同轴调试方法。
基于光纤耦合的光纤旋转准直器，所述基于光纤耦合的光纤旋转准直器包括光功率计、激光器、一号光纤、二号光纤、光耦合器、三号光纤、机械旋转装置、两组调节螺栓和光纤准直器；
所述激光器的激光信号输出端连接一号光纤的一端，一号光纤的另一端连接光耦合器的激光信号输入端，所述光功率计的激光信号输入端连接二号光纤的一端，二号光纤的另一端连接光耦合器的一个激光信号输出端，所述光耦合器的激光信号输入输出端连接三号光纤的一端，机械旋转装置包括轴承和旋转头，所述轴承包括固定部和活动部，所述旋转头为圆筒形，该旋转头位于轴承沿轴向的一侧，且该旋转头与轴承同轴设置，该旋转头的一端与轴承的活动部固定连接，所述旋转头上的筒壁上设置两组调节螺栓，每组调节螺栓包含四根调节螺栓，该四根调节螺栓的轴线位于同一平面且相交于轴承的轴线，任意两个相邻的调节螺栓的轴线夹角为90度，每根调节螺栓的螺杆长度均等于旋转头的半径，所述光纤准直器嵌入在旋转头内，且通过两组调节螺栓固定，光纤准直器与旋转头同轴，三号光纤的另一端穿过轴承和旋转头与光纤准直器的一端连接。
根据上述基于光纤耦合的光纤旋转准直器的机械轴和光轴同轴调试方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、在光纤准直器的激光出射方向，距离光纤准直器L处设置一个平面反射镜，其中，1mm≤L≤5mm，开启激光器，旋转旋转头，在旋转过程中，检测光功率计是否接收到光信号，当检测到光信号时，停止旋转旋转头；
步骤二、调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，停止调节平面反射镜，此时光纤准直器的光轴与平面反射镜垂直，记录此时光功率计接收到的光功率Pmax，并记录此时平面反射镜的方位角α1和俯仰角β1；
步骤三、旋转旋转头180度，调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，停止调节平面反射镜，此时光纤准直器的光轴与平面反射镜再次垂直；记录此时平面反射镜的方位角α2与俯仰角β2；
步骤四、相对步骤三调节平面镜方位角方向的反向调节平面反射镜的方位角(α2-α1)/2，相对步骤三调节平面镜俯仰角方向的反向调节平面反射镜的俯仰角(β2-β1)/2，此时光纤准直器的机械轴和平面反射镜垂直；
步骤五、调节任意一组调节螺栓直到光功率计接收到的激光信号的功率值为Pmax，停止调节，完成机械轴和光轴同轴的调试。
本发明所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器在进行机械轴和光轴同轴的调试时无需外加光源，应用平面反射镜与光功率计配合及能够实现机械轴和光轴同轴的调试。
本发明所述基于光纤耦合的光纤旋转准直器的机械轴和光轴同轴调试方法与现有自准直的方法相比，降低了光纤准直器的机械轴和光轴同轴的调试难度。
附图说明
图1是具体实施方式二步骤二所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器的光轴与平面反射镜垂直时，基于光纤耦合的光纤旋转准直器的结构示意图，图中虚线表示光纤准直器的机械轴，实线表示光纤准直器的光轴；
图2是具体实施方式二步骤三所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器的光轴与平面反射镜次垂直时，基于光纤耦合的光纤旋转准直器结构示意图，图中虚线表示光纤准直器的机械轴，实线表示光纤准直器的光轴；
图3是具体实施方式二步骤四所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器的机械轴垂直于平面反射镜，基于光纤耦合的光纤旋转准直器的结构示意图，图中虚线表示光纤准直器的机械轴，实线表示光纤准直器的光轴。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器，所述基于光纤耦合的光纤旋转准直器包括光功率计1、激光器2、一号光纤3、二号光纤4、光耦合器5、三号光纤6、机械旋转装置7、两组调节螺栓8和光纤准直器9；
所述激光器2的激光信号输出端连接一号光纤3的一端，一号光纤3的另一端连接光耦合器5的激光信号输入端，所述光功率计1的激光信号输入端连接二号光纤4的一端，二号光纤4的另一端连接光耦合器5的一个激光信号输出端，所述光耦合器5的激光信号输入输出端连接三号光纤6的一端，所述机械旋转装置7包括轴承和旋转头7-3，所述轴承包括固定部7-1和活动部7-2，所述旋转头7-3为圆筒形，该旋转头7-3位于轴承沿轴向的一侧，且该旋转头7-3与轴承同轴设置，该旋转头7-3的一端与轴承的活动部7-2固定连接，所述旋转头7-3上的筒壁上设置两组调节螺栓，每组调节螺栓8包含四根调节螺栓，该四根调节螺栓的轴线位于同一平面且相交于轴承的轴线，任意两个相邻的调节螺栓的轴线夹角为90度，每根调节螺栓的螺杆长度均等于旋转头的半径，所述光纤准直器9嵌入在旋转头内，且通过两组调节螺栓8固定，光纤准直器9与旋转头同轴，三号光纤6的另一端穿过轴承和旋转头7-3与光纤准直器9的一端连接。
具体实施实施方式二:本实施方式是对具体实施方式一所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器的进一步说明，激光器2采用型号为DFB-1550的激光器。
具体实施实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器的进一步说明，光功率计1采用型号为AQ2211的光功率计。
具体实施方式四：下面结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方式是具体实施方式一所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器的机械轴和光轴同轴调试方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、在光纤准直器的激光出射方向，距离光纤准直器L处设置一个平面反射镜，其中，1mm≤L≤5mm，开启激光器2，旋转旋转头7-3，在旋转过程中，检测光功率计是否接收到光信号，当检测到光信号时，停止旋转旋转头；
步骤二、调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，停止调节平面反射镜，此时光纤准直器9的光轴与平面反射镜垂直，记录此时光功率计接收到的光功率Pmax，并记录此时平面反射镜的方位角α1和俯仰角β1；
步骤三、旋转旋转头180度，调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，停止调节平面反射镜，此时光纤准直器9的光轴与平面反射镜再次垂直；记录此时平面反射镜的方位角α2与俯仰角β2；
步骤四、相对步骤三调节平面镜方位角方向的反向调节平面反射镜的方位角(α2-α1)/2，相对步骤三调节平面镜俯仰角方向的反向调节平面反射镜的俯仰角(β2-β1)/2，此时光纤准直器的机械轴和平面反射镜垂直；
步骤五、调节任意一组调节螺栓8直到光功率计1接收到的激光信号的功率值为Pmax，停止调节，完成机械轴和光轴同轴的调试。

Claims (4)

1.基于光纤耦合的光纤旋转准直器，其特征在于，所述基于光纤耦合的光纤旋转准直器包括光功率计(1)、激光器(2)、一号光纤(3)、二号光纤(4)、光耦合器(5)、三号光纤(6)、机械旋转装置(7)、两组调节螺栓(8)和光纤准直器(9)；
所述激光器(2)的激光信号输出端连接一号光纤(3)的一端，一号光纤(3)的另一端连接光耦合器(5)的激光信号输入端，所述光功率计(1)的激光信号输入端连接二号光纤(4)的一端，二号光纤(4)的另一端连接光耦合器(5)的一个激光信号输出端，所述光耦合器(5)的激光信号输入输出端连接三号光纤(6)的一端，所述机械旋转装置(7)包括轴承和旋转头(7-3)，所述轴承包括固定部(7-1)和活动部(7-2)，所述旋转头(7-3)为圆筒形，该旋转头(7-3)位于轴承沿轴向的一侧，且该旋转头(7-3)与轴承同轴设置，该旋转头(7-3)的一端与轴承的活动部(7-2)固定连接，所述旋转头(7-3)上的筒壁上设置两组调节螺栓，每组调节螺栓(8)包含四根调节螺栓，该四根调节螺栓的轴线位于同一平面且相交于轴承的轴线，任意两个相邻的调节螺栓的轴线夹角为90度，每根调节螺栓的螺杆长度均等于旋转头的半径，所述光纤准直器(9)嵌入在旋转头内，且通过两组调节螺栓(8)固定，光纤准直器(9)与旋转头同轴，三号光纤(6)的另一端穿过轴承和旋转头(7-3)与光纤准直器(9)的一端连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器，其特征在于，激光器(2)采用型号为DFB-1550的激光器。
3.根据权利要求1所述的基于光纤耦合的光纤旋转准直器，其特征在于，光功率计(1)采用型号为AQ2211的光功率计。
4.根据权利要求1所述基于光纤耦合的光纤旋转准直器的机械轴和光轴同轴调试方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、在光纤准直器的激光出射方向，距离光纤准直器L处设置一个平面反射镜，其中，1mm≤L≤5mm，开启激光器(2)，旋转旋转头(7-3)，在旋转过程中，检测光功率计是否接收到光信号，当检测到光信号时，停止旋转旋转头；
步骤二、调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，停止调节平面反射镜，此时光纤准直器(9)的光轴与平面反射镜垂直，记录此时光功率计接收到的光功率Pmax，并记录此时平面反射镜的方位角α1和俯仰角β1；
步骤三、旋转旋转头180度，调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，停止调节平面反射镜，此时光纤准直器(9)的光轴与平面反射镜再次垂直；记录此时平面反射镜的方位角α2与俯仰角β2；
步骤四、相对步骤三调节平面镜方位角方向的反向调节平面反射镜的方位角(α2-α1)/2，相对步骤三调节平面镜俯仰角方向的反向调节平面反射镜的俯仰角(β2-β1)/2，此时光纤准直器的机械轴和平面反射镜垂直；
步骤五、调节任意一组调节螺栓(8)直到光功率计(1)接收到的激光信号的功率值为Pmax，停止调节，完成机械轴和光轴同轴的调试。
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