CN103743412A - 一种光纤陀螺光路无损检测装置 - Google Patents

一种光纤陀螺光路无损检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺光路无损检测装置，属于光纤陀螺检测技术领域。该装置包括红外成像***、镜头支架、照明***、光纤陀螺固定组件、五自由度位移装置和光学平板；红外成像***与镜头支架固定连接，镜头支架安装在光学平板上，红外成像***与光学平板垂直，照明***安装在光学平板上，照明***与安装在光纤陀螺固定组件上的待测光纤陀螺正对，光纤陀螺固定组件安装在五自由度位移装置上，五自由度位移装置安装在光学平板上。

Description

一种光纤陀螺光路无损检测装置
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺光路无损检测装置，特别涉及一种用于光纤陀螺后端光路缺陷检测的装置，属于光纤陀螺检测技术领域。
背景技术
光纤陀螺是一种新型的全固态惯性仪表，具有高可靠、长寿命的特点，经过十多年的努力，国内光纤陀螺技术已经在多个武器、宇航型号上取得了成功应用。随着各型号任务的深入推进，光纤陀螺的可靠性和长寿命要求越来越高。
光纤陀螺光路由光源、光纤耦合器、Y波导、光纤环等光学器件通过光纤相互连接而成，光纤是其中可靠性的薄弱环节。在光纤陀螺产品中，光纤经过在光纤环上长距离的缠绕，再经过多个熔接点与Y波导、光源等光电器件连接，各种器件和连接用光纤还要通过硅橡胶粘固在光纤环的一侧，操作过程复杂且均需要操作人员手工操作，对于细而脆的光纤而言，操作过程易引起光纤损坏。由于光路装配过程复杂，操作过程损伤光纤的可能较大，而仅依靠过程中的人为控制措施，难以完全杜绝对光纤的损伤。
光纤损伤程度的不同，光纤失效的时间早晚不同，会造成不同影响程度的后果，损伤较严重的，则在光纤陀螺的检验、测试阶段就可能暴露问题，在产品交付前后的短期内失效；如果损伤较轻微，属于光路微缺陷，则可能要一两年或更长时间失效，在光纤陀螺产品的长期存储和运输过程中失效，由于暴露时间较晚，该种情形更危险，极有可能导致光纤陀螺的整体失效，造成巨大损失。因此，仅靠人为控制措施是无法完全保证光纤陀螺产品质量的，必须要有先进、可靠的技防手段。
目前，还缺乏有效手段对光纤陀螺中光纤的缺陷进行检测。已有的检测方法仅对光纤缺陷进行检测，已公开专利“检测光纤缺陷的方法(CN1340155A)”，采用激光束从光纤光轴横向方向照射到光纤上以检查透过光纤内部并散射的前向散射光线光强分布，根据光强度分布模式检测光纤的缺陷，该专利用于光纤拉丝过程的检查；已公开专利“光纤检测装置(ZL200820093943.3)CN201210045Y”利用干涉光路检查光纤的几何参数；已公开专利“一种光纤端面检测仪ZL200620149898.X(CN200972426Y)”仅涉及光纤端面的检测方法。这些方法仅是针对光纤本身缺陷的检测，而对光纤的制成产品——光纤陀螺，因受到光纤安装固定及结构的限制，无法采用现有的针对光纤的检测方法，目前仍没有较好的方法检测光纤陀螺中光纤的缺陷。
光纤陀螺中的光纤光路可分为前端光路、后端光路和光纤环光路，其中，前端光路可通过激光器经空头光纤注入激光检测光纤缺陷，光纤环光路可通过光时域反射(OTDR)检测装置进行检测。但在缠绕并加胶粘固光纤后，后端光路已通过熔接点闭合，无法再接入检测设备进行检测，只能设法通过外部观察检测光纤缺陷，而光纤缠绕在光纤环腔体内，与各种光电器件距离较近，且有光纤缠绕成束，互相重叠，直接用普通显微镜无法观察光纤背面及遮挡区域的缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种光纤陀螺光路无损检测装置，一种光纤陀螺中后端光路光纤缺陷的检测装置，从而实现对光纤陀螺的光纤光路进行无损检测。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种光纤陀螺光路无损检测装置，该装置包括红外成像***、镜头支架、照明***、光纤陀螺固定组件、五自由度位移装置和光学平板；
红外成像***与镜头支架固定连接，镜头支架安装在光学平板上，红外成像***与光学平板垂直，照明***安装在光学平板上，照明***与安装在光纤陀螺固定组件上的待测光纤陀螺正对，光纤陀螺固定组件安装在五自由度位移装置上，五自由度位移装置安装在光学平板上；
红外成像***包括红外相机和红外显微镜头组件；
其中，红外显微镜头组件包括显微镜设备、手动转盘和A远场校正红外物镜、B远场校正红外物镜、滤光镜和滤光镜；
红外相机与显微镜设备固定连接，显微镜设备与手动转盘固定连接，A远场校正红外物镜和B远场校正红外物镜均固定连接在手动转盘上，A远场校正红外物镜为2倍的放大镜头，B远场校正红外物镜为10倍的放大镜头；A远场校正红外物镜和B远场校正红外物镜分别与滤光镜和滤光镜固定连接，滤光镜和滤光镜的滤波谱均为矩形，滤波谱的范围均为1200～1650nm，抑制比不低于20dB；
镜头支架包括转接板、横杆、竖杆和底座；转接板的一端与横杆的顶端固定相连，横杆另外一端带有螺纹孔与竖杆带有螺纹孔的一端垂直固定连接相连，竖杆另一端的顶端与底座垂直固定相连；
照明***包括可见光光源、紫色光光源、两个光源支架和光源底板，可见光光源和紫色光光源分别固定安装在光源支架上，光源支架固定安装在光源底板上；
光纤陀螺固定组件包括压条、定位螺钉、胶垫、支柱、支撑板和支撑架。支撑板固定安装在支撑架上，定位螺钉通过螺纹孔将压条固定在支柱上，压条可在支柱上垂直上下滑动，胶垫固定安装在压条伸出端的底面并压在待测光纤陀螺的上表面，防止划伤陀螺表面。支柱一端带螺纹，固定安装在支撑板上，四根支柱之间为90°分布。
五自由度调节装置包括角位台、Z向升降台、旋转台、X向水平位移台和Y向水平位移台，其中Z向为与光学平板垂直的方向，X向为光学平板的长方向，Y向为光学平板的宽方向；待测光纤陀螺固定安装在角位台上；Y向水平位移台固定安装在光学平板上，移动方向为沿Y方向的水平移动；X向水平位移台固定安装在Y向水平位移台上，移动方向为移动方向为沿X方向的水平移动；旋转台固定安装在X向位移台上；Z向升降台固定安装在旋转台上，移动方向为沿Z方向的垂直移动；角位台固定安装在Z向升降台上。
该检测装置中各部分的主要连接关系为：红外成像***与光学平板垂直，并通过显微镜设备上螺纹与镜头支架中的转接板固定连接。镜头支架中的底座与光学平板固定连接。照明***中的光源底板固定安装在光学平板上，照明***位于五自由度调节装置的一侧。光纤陀螺固定组件中的支撑架与角位台固定连接。
该检测装置工作时，检测缺陷时A远场校正红外物镜或B远场校正红外物镜对准放置在支撑板上的待测光纤陀螺，通过五自由度位移装置调整待测光线陀螺位置，在粗略检测光纤陀螺缺陷时，使用低倍放大物镜，即转动手动转盘，使A远场校正红外物镜转动到显微镜设备下方；精细检测时，转动手动转盘，使B远场校正红外物镜转动到显微镜设备下方。可见光光源或紫色光光源的照射方向正对待测光纤陀螺。支撑板和支撑架可以使待测光纤陀螺在角位台上获得较大的倾斜角度，避免发生干涉。
为避免环境光对红外成像***的干扰，检测装置放置在光学暗室中。可见光光源用于调整光纤陀螺位置时照明，红外相机利用可见光中的红外谱段对待测光纤成像，操作人员通过计算机的实时显示图像，观察待测目标，调整相机的工作距离，使相机对焦清晰。紫色光光源用于光纤检测时的辅助照明，操作人员在暗室内能够看到物体，进行必要的操作动作，且紫色光谱段范围不在红外成像***的敏感范围内，不会干扰红外相机对光纤中红外泄露光的探测。
本发明的一种光纤陀螺光路无损检测装置，利用红外相机检测陀螺通电后光纤缺陷处泄露的红外光，由于红外光的穿透性不受光纤束相互遮挡的影响，则由红外成像***获取的缺陷图像可实现光纤陀螺后端光路缺陷检测。红外相机用于对待检测光纤成像，并将图像传送给计算机，再由计算机进行后续的图像处理计算，对获取的光纤缺陷图像进行识别、判断，确认缺陷的类型。
本发明针对光纤陀螺后端光路的特点，采用红外成像***并利用光纤陀螺中光纤中传输的光信号检测光纤缺陷，实现对缠绕加固后光纤的缺陷检测。具有如下优点：
对光纤的检测若采用放大镜直接观察，很难检测到光纤的微小缺陷。采用显微镜观察，可以检查光纤端面，而对于经过缠绕并加胶粘固的光纤，无法检测光纤束缠绕的不可见区域。现有对光纤缺陷的检测方法均是针对光纤制造过程中光纤质量的控制，但对于光纤的制成产品——光纤陀螺，目前还没有一种完善的方法对全部光纤环节进行有效检测。
(1)能够检测在可见光条件下无法观察的一些遮挡区域；
(2)直接检测光纤安装后的缺陷情况，不接触光纤，不破坏光纤，检测过程不会对光纤造成二次损伤；
(3)利用陀螺自身的光信号，无需增加额外的仪器设备；
(4)通过红外相机探测光纤的红外泄露光，检测光纤存在的微小缺陷，及时的发现光纤陀螺的安全隐患，避免陀螺产品的后续质量问题；五自由度的调节装置能够灵活的调整光纤陀螺的位姿，方便对缠绕在光纤环壁上光纤的检测。
附图说明
图1为本发明无损检测装置结构图；
图2为红外成像***图；
图3为照明***图；
图4为光源支架图；
图5A、图5B为光纤陀螺固定组件图；
图6为五自由度调节装置图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。
该装置包括红外成像***1、镜头支架2、照明***3、光纤陀螺固定组件4、五自由度位移装置5和光学平板6。如图1所示，红外成像***1与镜头支架2相连，镜头支架2安装在光学平板6上，红外成像***1与光学平板6垂直，照明***3安装在光学平板6上，正对安装在光纤陀螺固定组件4上的待测光纤陀螺，光纤陀螺固定组件4安装在五自由度位移装置5上，五自由度位移装置5安装在光学平板6上。
如图2所示，红外成像***1包括红外相机11、红外显微镜头组件12。其中，红外显微镜头组件12包括显微镜设备121、手动转盘122和远场校A正红外物镜123和B远场校正红外物镜124。红外相机11与显微镜设备121相连，显微镜设备121与手动转盘122相连，A远场校正红外物镜123和B远场校正红外物镜124安装在手动转盘122上，A物镜123为2倍的放大镜头，B物镜124为10倍的放大镜头。A远场校正红外物镜123和B远场校正红外物镜124分别与滤光镜125和滤光镜126连接，滤光镜的滤波谱为矩形，滤波谱的范围为1200～1650nm，抑制比不低于20dB。
如图3所示，镜头支架2包括转接板21、横杆22、竖杆23、底座24。转接板21与横杆22相连，横杆22与竖杆23相连，竖杆23与底座24相连。
如图4所示，照明***3包括可见光光源31和紫色光光源32，两个照明光源分别固定安装在光源支架33上。
如图5A、图5B所示，光纤陀螺固定组件4包括压条41、定位螺钉42、胶垫43、支柱45、支撑板46和支撑架47。支撑板46安装在支撑架47上。定位螺钉42与压条41相连，将压条41固定在支柱45上，胶垫43安装在压条41的一端，与待测陀螺44接触，防止划伤陀螺表面。支柱45一端带螺纹，安装在支撑板46上，四根支柱45之间为90°分布。
如图6所示，五自由度调节装置5包括三维位移、一维旋转和一维角位移，待测光纤陀螺44位于五自由度调节装置5上。在最下面的安装Y向水平位移台55，移动方向为垂直镜头光轴的方向水平移动，X向水平位移台54安装在Y向水平位移台55上，移动方向为与Y轴垂直的水平移动，旋转台53安装在X向位移台54上，Z向升降台52安装在旋转台53上，移动方向为沿镜头光轴的垂直移动，角位台51安装在Z向升降台52上。
该检测装置中各部分的主要连接关系为：红外成像***1与光学平板6垂直，并通过显微镜设备121上螺纹与镜头支架2中的转接板21固定连接。镜头支架2中的底座24与光学平板6固定连接。照明***3中的光源支架33固定安装在光学平板6上，固定连接，位于五自由度调节装置5的一侧。光纤陀螺固定组件4中的支撑架47与角位台51固定安装。
该检测装置工作时，检测缺陷时物镜对准放置在支撑板46上的待测光纤陀螺44，通过五自由度位移装置5调整待测陀螺位置，在粗略检测光纤陀螺缺陷时，使用低倍放大物镜，即转动手动转盘122，使A物镜123转动到显微镜设备121下方；精细检测时，转动手动转盘122，使B物镜124转动到显微镜设备121下方。光源的照射方向正对光纤陀螺44。支撑板46和支撑架47可以使光纤陀螺在角位台51上获得较大的倾斜角度，避免发生干涉。
可见光光源31用于调整光纤陀螺位置时照明，红外相机11利用可见光中的红外谱段对待测光纤成像，操作人员通过计算机的实时显示图像，观察待测目标，调整相机的工作距离，使相机对焦清晰。紫色光光源32用于光纤检测时的辅助照明，操作人员在暗室内能够看到物体，进行必要的操作动作，且紫色光谱段范围不在红外成像***的敏感范围内，不会干扰红外相机对光纤中红外泄露光的探测。
本发明的一种光纤陀螺光路无损检测装置，利用红外相机检测陀螺通电后光纤缺陷处泄露的红外光，由于红外光的穿透性不受光纤束相互遮挡的影响，则由红外成像***获取的缺陷图像可实现光纤陀螺后端光路缺陷检测。红外相机11用于对待检测光纤成像，并将图像传送给计算机，再由计算机进行后续的图像处理计算，对获取的光纤缺陷图像进行识别、判断，确认缺陷的类型。检测装置放置在光学暗室中，避免环境光对红外成像***的干扰。
实施例
一种光纤陀螺光路无损检测装置，如图1所示，该装置包括红外成像***1、镜头支架2、照明***3、光纤陀螺固定组件4、五自由度位移装置5和光学平板6；
红外成像***1与镜头支架2固定连接，镜头支架2安装在光学平板6上，红外成像***1与光学平板6垂直，照明***3安装在光学平板6上，照明***3与安装在光纤陀螺固定组件4上的待测光纤陀螺正对，光纤陀螺固定组件4安装在五自由度位移装置5上，五自由度位移装置5安装在光学平板6上；
如图2所示，红外成像***1包括红外相机11和红外显微镜头组件12；
其中，红外显微镜头组件12包括显微镜设备121、手动转盘122和A远场校正红外物镜123、B远场校正红外物镜124、滤光镜125和滤光镜126；
红外相机11与显微镜设备121固定连接，显微镜设备121与手动转盘122固定连接，A远场校正红外物镜123和B远场校正红外物镜124均固定连接在手动转盘122上，A远场校正红外物镜123为2倍的放大镜头，B远场校正红外物镜124为10倍的放大镜头；A远场校正红外物镜123和B远场校正红外物镜124分别与滤光镜125和滤光镜126固定连接，滤光镜125和滤光镜126的滤波谱均为矩形，滤波谱的范围均为1200～1650nm，抑制比不低于20dB；
如图3所示，镜头支架2包括转接板21、横杆22、竖杆23和底座24；转接板21的一端与横杆22的顶端固定相连，横杆22另外一端带有螺纹孔与竖杆23带有螺纹孔的一端垂直固定连接相连，竖杆23另一端的顶端与底座24垂直固定相连；
如图4所示，照明***3包括可见光光源31、紫色光光源32、两个光源支架33和光源底板34，可见光光源31和紫色光光源32分别固定安装在光源支架33上，光源支架33固定安装在光源底板34上；
如图5A和图5B所示，光纤陀螺固定组件4包括压条41、定位螺钉42、胶垫43、支柱45、支撑板46和支撑架47。支撑板46固定安装在支撑架47上，定位螺钉42通过螺纹孔将压条41固定在支柱45上，压条41可在支柱45上垂直上下滑动，胶垫43固定安装在压条41伸出端的底面并压在待测光纤陀螺44的上表面，防止划伤陀螺表面。支柱45一端带螺纹，固定安装在支撑板46上，四根支柱45之间为90°分布。
如图6所示，五自由度调节装置5包括角位台51、Z向升降台52、旋转台53、X向水平位移台54和Y向水平位移台55，其中Z向为与光学平板6垂直的方向，X向为光学平板6的长方向，Y向为光学平板6的宽方向；待测光纤陀螺44固定安装在角位台51上；Y向水平位移台55固定安装在光学平板6上，移动方向为沿Y方向的水平移动；X向水平位移台54固定安装在Y向水平位移台55上，移动方向为移动方向为沿X方向的水平移动；旋转台53固定安装在X向位移台54上；Z向升降台52固定安装在旋转台53上，移动方向为沿Z方向的垂直移动；角位台51固定安装在Z向升降台52上。
该检测装置中各部分的主要连接关系为：红外成像***1与光学平板6垂直，并通过显微镜设备121上螺纹与镜头支架2中的转接板21固定连接。镜头支架2中的底座24与光学平板6固定连接。照明***3中的光源底板34固定安装在光学平板6上，照明***3位于五自由度调节装置5的一侧。光纤陀螺固定组件4中的支撑架47与角位台51固定连接。
该检测装置工作时，检测缺陷时A远场校正红外物镜123或B远场校正红外物镜124对准放置在支撑板46上的待测光纤陀螺44，通过五自由度位移装置5调整待测光线陀螺44位置，在粗略检测光纤陀螺缺陷时，使用低倍放大物镜，即转动手动转盘122，使A远场校正红外物镜123转动到显微镜设备121下方；精细检测时，转动手动转盘122，使B远场校正红外物镜124转动到显微镜设备121下方。可见光光源31或紫色光光源32的照射方向正对待测光纤陀螺44。支撑板46和支撑架47可以使待测光纤陀螺44在角位台51上获得较大的倾斜角度，避免发生干涉。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：该装置包括红外成像***、镜头支架、照明***、光纤陀螺固定组件、五自由度位移装置和光学平板；
红外成像***与镜头支架固定连接，镜头支架安装在光学平板上，红外成像***与光学平板垂直，照明***安装在光学平板上，照明***与安装在光纤陀螺固定组件上的待测光纤陀螺正对，光纤陀螺固定组件安装在五自由度位移装置上，五自由度位移装置安装在光学平板上。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：红外成像***包括红外相机和红外显微镜头组件；
其中，红外显微镜头组件包括显微镜设备、手动转盘和A远场校正红外物镜、B远场校正红外物镜、滤光镜和滤光镜；
红外相机与显微镜设备固定连接，显微镜设备与手动转盘固定连接，A远场校正红外物镜和B远场校正红外物镜均固定连接在手动转盘上，A远场校正红外物镜和B远场校正红外物镜分别与滤光镜和滤光镜固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：A远场校正红外物镜为2倍的放大镜头，B远场校正红外物镜为10倍的放大镜头。
4.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：滤光镜和滤光镜的滤波谱均为矩形，滤波谱的范围均为1200～1650nm，抑制比不低于20dB。
5.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：镜头支架包括转接板、横杆、竖杆和底座；转接板的一端与横杆的顶端固定相连，横杆另外一端带有螺纹孔与竖杆带有螺纹孔的一端垂直固定连接相连，竖杆另一端的顶端与底座垂直固定相连。
6.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：照明***包括可见光光源、紫色光光源、两个光源支架和光源底板，可见光光源和紫色光光源分别固定安装在光源支架上，光源支架固定安装在光源底板上。
7.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：光纤陀螺固定组件包括压条、定位螺钉、胶垫、支柱、支撑板和支撑架；支撑板固定安装在支撑架上，定位螺钉通过螺纹孔将压条固定在支柱上，压条可在支柱上垂直上下滑动，胶垫固定安装在压条伸出端的底面并压在待测光纤陀螺的上表面，防止划伤陀螺表面；支柱一端带螺纹，固定安装在支撑板上，四根支柱之间为90°分布。
8.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺光路无损检测装置，其特征在于：五自由度调节装置包括角位台、Z向升降台、旋转台、X向水平位移台和Y向水平位移台，其中Z向为与光学平板垂直的方向，X向为光学平板的长方向，Y向为光学平板的宽方向；待测光纤陀螺固定安装在角位台上；Y向水平位移台固定安装在光学平板上，移动方向为沿Y方向的水平移动；X向水平位移台固定安装在Y向水平位移台上，移动方向为移动方向为沿X方向的水平移动；旋转台固定安装在X向位移台上；Z向升降台固定安装在旋转台上，移动方向为沿Z方向的垂直移动；角位台固定安装在Z向升降台上。
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