RU2028578C1

RU2028578C1 - Method of measuring misalignment of optical fiber in connecting tip

Info

Publication number: RU2028578C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Кириллов; Б.К. Антонов; В.Г. Шавыкин; А.Д. Пономаренко; А.С. Харин
Original assignee: Харьковский научно-исследовательский институт точного машиностроения
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: connecting tip with fiber is fixed for rotation about its own axis. Free end of fiber is illuminated by light source. Electron unit measures coordinates which are used for judging value of shift of center of light spot relatively center of revolution. Edge of mirror shutter is set into position at which it passes through center of revolution of basic surface of the tip. Light flux being reflected from mirror shutter is measured at four mutual perpendicular positions of optical fiber. In order to coincide edge of mirror shutter with center of revolution of basic surface of connecting tip, the edge of mirror shutter is shifted relatively end of tested optical fiber at first and connecting tip. Intensity of radiation reflected from mirror shutter is measured and then the shutter is set into position at which intensity of reflected light flux is equal to half sum of minimal and maximal intensities. In this case angular position of the optical fiber with connecting tip is defined by rotation about its axis at that position of the shutter at which intensity of light radiation reflected from mirror shutter is minimal or maximal. After that connecting tip is set at one of these positions and optical fiber is rotated to 90 deg. Values of minimal and maximal intensities are measured repeatedly by means of shifting mirror shutter relatively end of optical fiber and connecting tip. Then edge of mirror shutter is set into the position which corresponds to half sum of values of intensities achieved. After edge of mirror shutter is coincided with center of revolution of basic surface of connecting tip, the constant component is compensated and maximal amplification is introduced. Measuring circuit is calibrated for dial of shifter which determined portions of microns. Then edge of mirror shutter is coincided again with center of revolution of basic surface of connecting tip. Measurements are conducted and values measured are used for determining misalignment and angular shift of the line, which connects center of revolution of basic surface of connecting tip and center of light radiation. EFFECT: improved precision of measurement. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества установки световодного волокна в соединительном наконечнике. The invention relates to measuring equipment and can be used to control the quality of the installation of the optical fiber in the connecting tip.

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. A known method for measuring misalignment using a device in which the light intensity is measured in four mutually perpendicular positions [1]. However, the known method cannot provide the necessary measurement accuracy, since it assumes the presence of rigidly mounted four photodetectors separated by a gap of at least 2.5 μm. This creates a significant deadband and introduces a significant measurement error, since the most intense part of the light flux is excluded.

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.The closest in technical essence and the achieved result when used to the proposed one is a method for determining the position of the optical fiber in the connecting tip, including fixing the connecting tip with the optical fiber with the possibility of rotation around its axis, while the free end is illuminated by a light source, and the electronic unit measures the coordinates of the center light spot, for which first determines the position on the television screen of the coordinate axes, and then the coordinates of the displacement [2]. In this case, the electronic unit measures the coordinates of the center of the light spot in the plane of the frame, then the fixing cartridge with the tip and the optical fiber is rotated 180 ^° and the coordinates of the light spot are measured again. Since the obtained coordinates are diametrically opposite and belong to the same circle, the coordinates of the center of rotation are defined as the half-sum of the coordinates of the measured light spot centers, and the coordinates of the displacement of the light spot relative to it are determined as the difference between the coordinates of the center of rotation and the coordinates of the second position of the light spot.

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. The disadvantage of this method is the use of optical and television equipment, which introduce large errors. Optics determines the errors associated with the diffraction phenomenon, and television technology does not provide ideal linearity of the sweep for the image on the screen, which serves as a source of significant error, which does not make it possible to use this method to measure misalignment with great accuracy.

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. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring misalignment of the optical fiber in the connection tip, as a result of which losses in the optical connector can be reduced and the efficiency of the fiber optic lines can be improved.

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. This is achieved by the fact that in the known method for determining the position of the optical fiber in the connecting tip, which consists in the fact that the tip with the optical fiber is fixed with a possibility of rotation around its axis, the free end of the fiber is illuminated with a light source, the transmitted light flux is fixed, the optical signal is converted into electric, measure the coordinates of the center of the light spot, which calculate the displacement of the center of the light spot relative to the center of rotation, misalignment is judged by the offset , before measuring during the light flux from the tip, a mirror curtain is placed, the edge of which is set to the position at which it passes through the center of rotation of the base surface of the tip, measurements are made according to the light flux reflected from the mirror curtain at four mutually perpendicular positions of the optical fiber.

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.To set the edge of the mirror curtain, it is moved relative to the end of the investigated fiber with a tip, the intensity of the light flux reflected from the curtain is measured, its minimum and maximum values are fixed and the curtain is set to a position at which the intensity is half the fixed values, rotation around its axis of the optical fiber in tip, record the intensity of light radiation reflected from the mirror curtain, record its minimum and maximum value, determine edelyayut angular position of the fiber at these values and set the connection end in one of these positions, rotated through 90 ^{about the} measured magnitude of the minimum and maximum intensities by moving the mirror shutter respect to the end of the test fiber and mounted edge mirror shutter in a position corresponding to half the sum of the received intensity values .

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. After combining the edge of the mirror curtain with the center of rotation of the base surface of the tip, the constant component is compensated, the measurement circuit is calibrated by the dolomicron movement and the edge of the mirror curtain is returned to the position where the edge of the mirror curtain is aligned with the center of rotation of the base surface.

На чертеже представлена функциональная схема, реализующая предлагаемый способ. The drawing shows a functional diagram that implements the proposed method.

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. To measure the misalignment of the optical fiber in the connecting tip, a device was developed that includes a illuminator 1, a photodetector 2, an optical splitter 3, an input unit for radiation into the test fiber 4, a device 5 for attaching and rotating an optical fiber 6 with a connecting tip 7 and a mirror shutter 8 installed on dolomicron slide 9, the device 5 is located on the base plate 10. The output of the photodetector is connected to the input of the converter 11 of the photocurrent to voltage, the output of which is sequentially black voltage of the compensator 12 and the adjustable amplifier 13 is connected with the registrar 14, constituting an analog-digital converter. The output of the analog-to-digital Converter is connected to an electronic computer (computer) 15, the output of which is also connected to a video monitoring device (VKU) 16 and the device 17 documentation of measurements.

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.The studied optical fiber 6 with a connecting tip 7 is fixed with the possibility of rotation around its axis in the fixture 5. The free end of the fiber is illuminated by a light source 1 through an optical splitter 3 and a radiation input unit into the optical fiber 4. A mirror curtain 8 is placed during the light flux from the tip 7 The reflected luminous flux passing through the fiber 6, the node 4 and the splitter 3, is fixed using a photodetector 2, and convert it to the voltage of the Converter 11. Using the dolomicron slide 9, moving the edge of the mirror curtain relative to the end of the test fiber 6 and the connecting tip 7. According to the testimony of the video monitoring device 16, the position of the mirror curtain 8 is fixed at the minimum and maximum values of the intensity of the reflected radiation 1i at I _max and I _min . Using the testimony of the computer 15, on the VKU 16 set the edge of the mirror curtain in position
I _cf = I _cp =

In this case, the edge of the mirror shutter 8 passes through the center of the light flux of the studied optical fiber 6. Using the dolomicron shift 9, the mirror shutter 8 is brought closer so that the reading of the computer 15 on the VKU 16 is maximum, and their contact is absent. By rotating the optical fiber 6 to the connecting lug 7 about the base surface rotation axis of the connecting tip 7 360 ^C using DCCH determine the position of the connector ferrule 7, wherein the intensity of the reflected light take values I _max and I _mini establish connection end 7 with the optical fiber 6 one of these provisions. The edge of the mirror curtain is perpendicular to the line connecting the center of rotation of the base surface of the connecting tip 7 with the center of light radiation.

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.Then again rotated connecting nipple 7 with the optical fiber 6 to ⁹⁰ and again via DCCH determine the values I _max and I _min by moving the mirror shutter and using the

readings computer

15, 16 mounted on the DCCH edge mirror shutter 8 to
I _cf = I _cp =

In this case, the edge of the mirror curtain 8 is combined with the line connecting the center of rotation of the base surface of the connecting tip 7 of the optical fiber 6 with the center of the light flux. In this position, the sensitivity of the circuit to the movements of the mirror curtain is maximum. To use this effect, the maximum gain is introduced while the DC component is compensated, and the circuit is calibrated by the dolomicron step with a step of 0.1 μm, passing all the values from I _max to I _min , fixing all the values in the computer memory.

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.Having completed such a calibration of the measuring circuit, the mirror shutter 8 is returned to position I _cf and four consecutive measurements of the light flux intensity are performed at mutually perpendicular positions of the connecting tip 7 with the optical fiber 6: 11, 12, 13, 14. By the difference between 11 - -13 = X and 12 - 14 = Y judge misalignment in two mutually perpendicular positions, and the distance from the center of the light flux to the center of rotation of the base surface of the connecting tip is determined by the formula
H = H =

The angular position of the line connecting the center of the light flux and the center of rotation of the base surface is calculated by the formula & = ARCTG & = ARCTG

The measurement results are recorded by the device 17 documentation.

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. The results of the application of the proposed method allow to measure misalignment with a resolution of 0.1 μm. A device using this method can be certified for measuring the misalignment of stepwise and gradient optical fibers with a diameter of 50 μm relative to the base surface of the tip with a diameter of 2500 μm with an accuracy of 0.3 μm. These results are confirmed by experimental tests.

Claims

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. 1. METHOD FOR MEASURING THE INCONSISTENCY OF OPTICAL FIBER IN THE CONNECTING TIP, which consists in the fact that the tip with the optical fiber is fixed with the possibility of rotation around its axis, the free end of the fiber is illuminated with a light source, the transmitted light flux is fixed, the optical signal is converted into electrical signal, and the center coordinates are measured and the center coordinates are measured the light spot, by which the magnitude of the shift of the center of the light spot relative to the center of rotation is calculated, the misalignment is judged by the offset, characterized in that, in order to increase Nia accuracy, before the measurement in the light flux from the handpiece arranged mirror visor, the edge of which is set to a position in which it extends through the base surface of the center of rotation of the tip, the measurement lead for the luminous flux reflected from the mirror shutter at four mutually perpendicular positions of the optical fiber.

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.2. The method according to claim 1, characterized in that to set the edge of the mirror curtain, move it relative to the end of the test fiber with a tip, measure the intensity of the light flux reflected from the curtain, record its minimum and maximum values and set the curtain to a position at which the intensity is a half-sum of the fixed values, they rotate around their axis of the fiber in the tip, record the intensity of the light radiation reflected from the mirror curtain, record its minimum value nation, determine the angular position of the fiber at these values and install the connecting tip in one of these positions, turn it 90 ^° , measure the minimum and maximum intensities by moving the mirror curtain relative to the end of the fiber under study and set the edge of the mirror curtain to the position corresponding to half the sum of intensity values.

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. 3. The method according to p. 1, characterized in that after combining the edge of the mirror curtain with the center of rotation of the base surface of the tip, the constant component is compensated, the measurement circuit is calibrated by the dolomicron limb and the edge of the mirror curtain is returned to the position where the edge of the mirror curtain is aligned with the center rotation of the base surface.