CN115389174B - 一种光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法，包括放线组件、舞蹈轮、张力轮和绕线组件；放线组件包括放线轮；舞蹈轮设于放线轮的上方，舞蹈轮与摇臂相连，摇臂连接有压力调节组件，压力调节组件驱动舞蹈轮横向移动；张力轮与舞蹈轮位于同一水平面上，且张力轮位于绕线组件的上方，张力轮上设有张力传感器；放线轮恒定转动将待测光纤经过舞蹈轮和所述张力轮绕制于绕线组件上。本发明装置可实现对待测光纤的均匀缠绕，且在进行缠绕时，一直保持待测光纤各处的张力相同，以避免因操作人员技术，水平不同，绕制的待测光纤松紧程度不同，进而避免待测光纤松紧程度对光纤宏弯测试的影响。

Description

一种光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法

技术领域

本发明属于光纤宏弯检测的技术领域，具体涉及一种光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法。

背景技术

随着网络时代大发展，互联网在人们生活中扮演着越来越重要的角色，互联网的应用则直接和数据传输速率关系密切，且随着科技的发展，人们对数据的传输速率要求越来越高，而光纤传输速率则比双绞线更高，所以现在越来越多的入户宽带以光纤为主。

由于在应用过程中现场环境的影响，光纤必然会发生弯曲，普通单模光纤在发生弯曲时，光纤内部的光信号就不能形成全反射，导致部分光通过光纤的包层进行传播，导致光纤损耗加大，传输性能下降，严重时影响用户互联网的正常使用，为此，各个厂商通过改变光纤内部结构开发出抗弯曲的光纤，这种让光纤在弯曲的情况下损耗比较小。但是，这种抗弯曲的光纤在出厂之前都需要进行弯曲附加损耗测试，即为宏弯测试，以保证光纤的标志、质量要求。

目前，按照光纤的宏弯测试要求，需要将光纤绕成不同直径的圈进行宏弯测试，现在的方法是测试人员将光纤直接绕到不同直径的金属棒上进行测试，目前的测试方法，由于是人工将光纤进行环绕，测试人员手动将光纤直接绕到不同直径的金属棒上进行测试，因操作人员技术，水平不同，故不同人员的绕制的松紧程度不同，光纤松紧程度对光纤宏弯测试影响比较大，导致测试误差较大。

且由于在测试小弯曲直径时，会出现部分光在包层，光纤的涂层界面上出现全反射，导致光纤宏弯测试有很大的随机性，导致测试误差较大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法，以解决人工手动环绕光纤和测试随机性导致光纤宏弯测试误差大的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

第一方面，一种光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法，其包括放线组件、舞蹈轮、张力轮和绕线组件；

放线组件包括放线轮；舞蹈轮设于放线轮的上方，舞蹈轮与摇臂相连，摇臂连接有压力调节组件，压力调节组件驱动所述舞蹈轮横向移动；张力轮与舞蹈轮位于同一水平面上，且张力轮位于绕线组件的上方，张力轮上设有张力传感器；

放线轮恒定转动将待测光纤经过舞蹈轮和所述张力轮绕制于绕线组件上。

进一步地，压力调节组件包括气缸和压力调节器；压力调节器与气缸相连，气缸的活塞杆与摇臂相连。

进一步地，摇臂与角度传感器相连。

进一步地，绕线组件包括用于缠绕待测光纤的测试滚筒；测试滚筒水平放置，测试滚筒内部设有花键槽；测试滚筒内穿设有一根与花键槽配合的花键轴；测试滚筒的边端与旋转件固定连接；旋转件与定位件转动连接；花键轴依次穿过测试滚筒、旋转件、定位件并与旋转电机相连；旋转电机后端安装有与花键轴同轴转动的旋转编码器。

进一步地，旋转件上开设有旋转环槽；定位件上设有多个连接件，连接件包括连杆和旋转头；连杆一端与定位件固定相连，其另一端与旋转头固定相连；旋转头位于所述旋转环槽内，并与旋转环槽转动相连；旋转件和定位件上均开设有供花键轴穿过的中心孔。

进一步地，定位件的底部与滑块顶部固定连接；滑块的底部开设有螺纹孔，螺纹孔内穿设有一根丝杆导轨；丝杆导轨的边端与排线电机转动相连，排线电机后端安装有与丝杆导轨同轴转动的排线编码器。

进一步地，还包括衰减检测仪；衰减检测仪的输出端和输入端分别与激光发射引纤和激光接收引纤相连；缠绕于测试滚筒上的待测光纤的两端分别与所述激光发射引纤和激光接收引纤熔接相连。

进一步地，张力传感器、压力调节器、角度传感器、旋转电机、旋转编码器、排线电机、排线编码器和衰减检测仪均与计算机电性相连。

第二方面，一种光纤宏弯测试绕线装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、恒定转动放线轮，将待测光纤从放线轮中放出，待测光纤依次经过舞蹈轮和张力轮绕制于测试滚筒上；

S2、同时启动旋转电机、旋转编码器、排线电机和排线编码器，测试滚筒匀速的进行待测光纤的缠绕，同时，丝杆导轨带动滑块、定位件和测试滚筒匀速的进行横向移动，将所述待测光纤在所述测试滚筒上进行等间距的缠绕；

S3、缠绕完成后，关闭旋转电机、旋转编码器、排线电机和排线编码器，将待测光纤从所述张力轮处切断，取出测试滚筒，将测试滚筒上的待测光纤的两端分别与所述激光发射引纤和激光接收引纤熔接相连；

S4、衰减检测仪从激光发射引纤发射波长为1548nm的激光，激光接收引纤接收波长为1548nm的激光强度对应的激光功率，记为Y₁₁₅₄₈；然后波长逐渐增加1nm进行发射和接收，并循环进行N次，N为循环次数；

S5、将待测光纤从测试滚筒中取下并进行平铺，并在光纤的尾端盘一个大于280mm的光纤环；

S6、衰减检测仪从激光发射引纤发射波长为1548nm的激光，激光接收引纤接收波长为1548nm的激光强度对应的激光功率，记为Y₂₁₅₄₈；然后波长逐渐增加1nm进行发射和接收，并循环进行N次；

S7、计算步骤S4与步骤S6中相同波长在光纤中传输对应功率的衰减差，并以该衰减差作为纵坐标，波长作为横坐标进行绘图，以拟合得到波长在光纤中传输的功率衰减差的曲线图；

S8、基于所述曲线图拟合得到波长功率衰减公式：

φ=Ae^Bx+C

C=Y₁

Y₁=Y₁₁₅₄₈-Y₂₁₅₄₈

其中，φ为波长在光纤中传输的功率衰减差；A、B和C为待定系数，e为自然常数，x为波长，Y₁为1548nm波长在光纤中传输的功率衰减差；

S9、对波长功率衰减公式进行变形：

φ-C=Ae^Bx

对两边进行取对：

Ln(φ-C) = Bx+lnA

令U = ln(φ-C) Z=lnA，则有：

U = Bx + Z

计算其偏差绝对值：

其中，

为第i次测试的理论衰减功率差，

为第i次测试的实际衰减功率差，n为总共的测试次数，i为测试序号；

偏差绝对值最小，即偏导数为0：

由此计算得到：

本发明提供的光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法，具有以下有益效果：

本发明装置可实现对待测光纤的均匀缠绕，且在进行缠绕时，一直保持待测光纤各处的张力相同，以避免因操作人员技术，水平不同，绕制的待测光纤松紧程度不同，进而避免待测光纤松紧程度对光纤宏弯测试的影响；

除此，本发明还可实现光纤宏弯测试曲线的拟合，通过对测试数据曲线两边取对数，然后按照加权平均最小的方法对宏弯测试误差进行消除，从而避免光纤在宏弯测试中，特别是小弯曲直径测试中，光在包层中传输导致的宏弯测试误差交到的问题，使光纤的宏弯测试的精度和重复性大幅提高。

附图说明

图1为本发明的结构图示意图；

图2为本发明绕线组件结构示意图；

图3为本发明待测光纤缠绕于测试滚筒时的测试示意图。

图4为本发明待测光纤平铺时的测试示意图。

图5为本发明定位件和旋转件配合图。

图6为本发明旋转件与旋转头配合时的剖视图。

图7为本发明激光波长在待测光纤中两种情况下的传输的功率衰减差的曲线图，即光纤的宏弯测试曲线，其中，纵坐标为相同波长在光纤中传输对应功率的衰减差，横坐标为波长。

图8为本发明的使用曲线拟合法得出衰减曲线图即拟合后的光纤宏弯测试曲线；其横坐标为波长，纵坐标为相同波长在光纤中传输对应功率的衰减差。

其中，1、绕线组件；2、张力轮；3、张力传感器；4、计算机；5、放线组件；6、压力调节器；7、气缸；8、舞蹈轮；9、角度传感器；10、待测光纤；11、排线编码器；12、排线电机；13、丝杆导轨；14、旋转编码器；15、旋转电机；16、测试滚筒；17、花键轴；18、定位件；19、旋转件；20、滑块；21、衰减检测仪；22、激光发射引纤；23、激光接收引纤；24、旋转头；25、连杆；26、中心孔；27、旋转环槽。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

参考图1，本方案的光纤宏弯测试绕线装置及其测试方法，包括放线组件5、舞蹈轮8、张力轮2和绕线组件1；

放线组件5包括放线轮，舞蹈轮8设于放线轮的上方，舞蹈轮8与摇臂相连，摇臂连接有压力调节组件，压力调节组件驱动所述舞蹈轮8横向移动；张力轮2与舞蹈轮8位于同一水平面上，且张力轮2位于绕线组件1的上方，张力轮2上设有张力传感器3；放线轮恒定转动将待测光纤10经过舞蹈轮8和张力轮2绕制于绕线组件1上。

具体的，放线轮与一个电机相连，用以带动放线轮进行放线作业。

压力调节组件包括气缸7和压力调节器6，压力调节器6与气缸7相连，气缸7的活塞杆与摇臂相连，摇臂与角度传感器9相连，且舞蹈轮8与摇臂相连。

角度传感器9实时测量舞蹈轮8位置并传送给计算机4，计算机4将接收到的角度信号与预设值进行比较，以调节旋转电机15的转速，让舞蹈轮8保持竖直，同时旋转编码器14将旋转角度和速度给控制器。

张力传感器3实时采集张力轮2上待测光纤10的张力，若当前待测光纤10的张力大于或者小于预设值时，计算机4控制压力调节器6作业，对气缸7进行充放气作业，进而通过气缸7上的活塞带动摇臂左右移动，以带动舞蹈轮8左右移动，以改变舞蹈轮8对待测光纤10的张力，直至张力轮2上的张力传感器3检测到此时的待测光纤10的张力与预设的张力值相同为止。

参考图2，本实施例具体给出一种绕线组件1，其包括用于缠绕待测光纤10的测试滚筒16；测试滚筒16水平放置，测试滚筒16内部设有花键槽，测试滚筒16内穿设有一根与花键槽配合的花键轴17，花键槽沿测试滚筒16的长度方向分布，花键轴17带动测试滚筒16做旋转运动，以将待测光纤10缠绕于测试滚筒16上。

测试滚筒16的边端与旋转件19固定连接，旋转件19与定位件18转动连接，花键轴17依次穿过测试滚筒16、旋转件19、定位件18并与旋转电机15相连，旋转电机15后端安装有与花键轴17同轴转动的旋转编码器14。

参考图5和图6，旋转件19上开设有旋转环槽27，定位件18上设有多个连接件，连接件包括连杆25和旋转头24，旋转头24为柱形状，连杆25一端与定位件18固定相连，其另一端与旋转头24固定相连；旋转头24位于旋转环槽27内，并与旋转环槽27转动相连；旋转件19和定位件18上均开设有供花键轴17穿过的中心孔26，花键轴17与中心孔26之间存在间隙。

定位件18和旋转件19均为环形结构，定位件18的底部与滑块20顶部固定连接；滑块20的底部开设有螺纹孔，螺纹孔内穿设有一根丝杆导轨13；丝杆导轨13的边端与排线电机12转动相连，排线电机12后端安装有与丝杆导轨13同轴转动的排线编码器11。

花键轴17与花键槽配合的作用下，带动测试滚筒16旋转作业，在旋转作业的过程中，由于旋转头24与旋转环槽27的转动作业，定位件18在该过程中并不会发生旋转运动；与此同时，滑块20与丝杆导轨13的旋转作用下，将在丝杆导轨13上进行直线运动，进而滑块20将带动定位件18左右移动，即定位件18带动旋转件19和整个测试滚筒16进行左右移动，以将待测光纤10等间距的缠绕与测试滚筒16上，即本实施例的测试滚筒16既可实现旋转作业，也可同时实现横向移动作业。

参考图3，衰减检测仪21的输出端和输入端分别与激光发射引纤22和激光接收引纤23相连；缠绕于测试滚筒16上的待测光纤10的两端分别与所述激光发射引纤22和激光接收引纤23熔接相连。

参考图4，将待测光纤10从测试滚筒16中取下并进行平铺，并在光纤的尾端盘一个大于280mm的光纤环。

张力传感器3、压力调节器6、角度传感器9、旋转电机15、旋转编码器14、排线电机12、排线编码器11和衰减检测仪21均与计算机4电性相连。

实施例2

参考图1~图6，一种光纤宏弯测试绕线装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤S1、恒定转动放线轮，将待测光纤10从放线轮中放出，待测光纤10依次经过舞蹈轮8和张力轮2绕制于测试滚筒16上；

步骤S2、同时启动旋转电机15、旋转编码器14、排线电机12和排线编码器11，测试滚筒16匀速的进行待测光纤10的缠绕，同时，丝杆导轨13带动滑块20、定位件18和测试滚筒16匀速的进行横向移动，将所述待测光纤10在所述测试滚筒16上进行等间距的缠绕；

步骤S3、缠绕完成后，关闭旋转电机15、旋转编码器14、排线电机12和排线编码器11，将待测光纤10从所述张力轮2处切断，取出测试滚筒16，将测试滚筒16上的待测光纤10的两端分别与所述激光发射引纤22和激光接收引纤23熔接相连；

步骤S4、衰减检测仪21从激光发射引纤22发射波长为1548nm的激光，激光接收引纤23接收波长为1548nm的激光强度对应的激光功率，记为Y₁₁₅₄₈；然后波长逐渐增加1nm进行发射和接收，并循环进行N次，N为循环次数；

步骤S5、将待测光纤10从测试滚筒16中取下并进行平铺，并在光纤的尾端盘一个大于280mm的光纤环；

步骤S6、衰减检测仪21从激光发射引纤22发射波长为1548nm的激光，激光接收引纤23接收波长为1548nm的激光强度对应的激光功率，记为Y₂₁₅₄₈；然后波长逐渐增加1nm进行发射和接收，并循环进行N次；

步骤S7、计算步骤S4与步骤S6中相同波长在光纤中传输对应功率的衰减差，并以该衰减差作为纵坐标，波长作为横坐标进行绘图，以拟合得到波长在光纤中传输的功率衰减差的曲线图，如图7所示；

步骤S8、基于所述曲线图拟合得到波长功率衰减公式：

φ=Ae^Bx+C

C=Y₁

Y₁=Y₁₁₅₄₈-Y₂₁₅₄₈

其中，φ为波长在光纤中传输的功率衰减差；A、B和C为待定系数，e为自然常数，x为波长，Y₁为1548nm波长在光纤中传输的功率衰减差；

步骤S9、对波长功率衰减公式进行变形：

φ-C=Ae^Bx

对两边进行取对：

Ln(φ-C) = Bx+lnA

令U = ln(φ-C) Z=lnA，则有：

U = Bx + Z

计算其偏差绝对值：

其中，

为第i次测试的理论衰减功率差，

为 第i次测试的实际衰减功率差，n为总共的测试次数，i为测试序号；

偏差绝对值最小，即偏导数为0：

由此计算得到：

。

如图8所示，进行误差分析，测试精度比较：

表1

如表1所示， 可以看出，使用本发明的测试方法相比于普通单点测试方法，传输波长在1500nm的测试精度提高了1.2%，传输波长在1625nm 测测试精度提高了2%。

测试重复性，对同一种光纤连续测试100次。

表2

由表2可以看出，使用本发明的测试方法相比于普通单点测试方法，传输波长在1500nm的测试标准偏差提高了0.011，传输波长在1625nm 测测试标准偏差提高了0.03。可以得出，本发明对光纤的宏弯测试重复和测试精度都有较大幅度的提升。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (1)

1.一种光纤宏弯测试绕线装置的测试方法，其特征在于，装置包括放线组件、舞蹈轮、张力轮和绕线组件；

所述放线组件包括放线轮；所述舞蹈轮设于放线轮的上方，所述舞蹈轮与摇臂相连，所述摇臂连接有压力调节组件，所述压力调节组件驱动所述舞蹈轮横向移动；所述张力轮与舞蹈轮位于同一水平面上，且所述张力轮位于绕线组件的上方，所述张力轮上设有张力传感器；

所述放线轮恒定转动将待测光纤经过所述舞蹈轮和所述张力轮绕制于绕线组件上；

所述压力调节组件包括气缸和压力调节器；所述压力调节器与气缸相连，所述气缸的活塞杆与所述摇臂相连；

所述摇臂与角度传感器相连；

所述绕线组件包括用于缠绕待测光纤的测试滚筒；所述测试滚筒水平放置，测试滚筒内部设有花键槽；所述测试滚筒内穿设有一根与花键槽配合的花键轴；所述测试滚筒的边端与旋转件固定连接；所述旋转件与定位件转动连接；所述花键轴依次穿过测试滚筒、旋转件、定位件并与旋转电机相连；所述旋转电机后端安装有与所述花键轴同轴转动的旋转编码器；

所述旋转件上开设有旋转环槽；所述定位件上设有多个连接件，所述连接件包括连杆和旋转头；所述连杆一端与定位件固定相连，其另一端与旋转头固定相连；所述旋转头位于所述旋转环槽内，并与所述旋转环槽转动相连；所述旋转件和定位件上均开设有供花键轴穿过的中心孔；

所述定位件的底部与滑块顶部固定连接；所述滑块的底部开设有螺纹孔，螺纹孔内穿设有一根丝杆导轨；所述丝杆导轨的边端与排线电机转动相连，所述排线电机后端安装有与所述丝杆导轨同轴转动的排线编码器；

还包括衰减检测仪；所述衰减检测仪的输出端和输入端分别与激光发射引纤和激光接收引纤相连；缠绕于所述测试滚筒上的待测光纤的两端分别与所述激光发射引纤和激光接收引纤熔接相连；

所述张力传感器、压力调节器、角度传感器、旋转电机、旋转编码器、排线电机、排线编码器和衰减检测仪均与计算机电性相连；

测试方法包括以下步骤：

S1、恒定转动放线轮，将待测光纤从放线轮中放出，待测光纤依次经过舞蹈轮和张力轮绕制于测试滚筒上；

S2、同时启动旋转电机、旋转编码器、排线电机和排线编码器，测试滚筒匀速的进行待测光纤的缠绕，同时，丝杆导轨带动滑块、定位件和测试滚筒匀速的进行横向移动，将所述待测光纤在所述测试滚筒上进行等间距的缠绕；

S3、缠绕完成后，关闭旋转电机、旋转编码器、排线电机和排线编码器，将待测光纤从所述张力轮处切断，取出测试滚筒，将测试滚筒上的待测光纤的两端分别与所述激光发射引纤和激光接收引纤熔接相连；

S4、衰减检测仪从激光发射引纤发射波长为1548nm的激光，激光接收引纤接收波长为1548nm的激光强度对应的激光功率，记为Y₁₁₅₄₈；然后波长逐渐增加1nm进行发射和接收，并循环进行N次，N为循环次数；

S5、将待测光纤从测试滚筒中取下并进行平铺，并在光纤的尾端盘一个大于280mm的光纤环；

S6、衰减检测仪从激光发射引纤发射波长为1548nm的激光，激光接收引纤接收波长为1548nm的激光强度对应的激光功率，记为Y₂₁₅₄₈；然后波长逐渐增加1nm进行发射和接收，并循环进行N次；

S7、计算步骤S4与步骤S6中相同波长在光纤中传输对应功率的衰减差，并以该衰减差作为纵坐标，波长作为横坐标进行绘图，以拟合得到波长在光纤中传输的功率衰减差的曲线图；

S8、基于所述曲线图拟合得到波长功率衰减公式：

φ=Ae^Bx+C

C=Y₁

Y₁=Y₁₁₅₄₈-Y₂₁₅₄₈

其中，φ为波长在光纤中传输的功率衰减差；A、B和C为待定系数，e为自然常数，x为波长，Y₁为1548nm波长在光纤中传输的功率衰减差；

S9、对波长功率衰减公式进行变形：

φ-C=Ae^Bx

对两边进行取对：

Ln(φ-C) = Bx+lnA

令U = ln(φ-C) Z=lnA，则有：

U = Bx + Z

计算其偏差绝对值：

其中，

为第i次测试的理论衰减功率差，

为第i次测试的实际衰减功率差，n为总共的测试次数，i为测试序号；

偏差绝对值最小，即偏导数为0：

由此计算得到：

。

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