塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置的製作方法
2023-07-25 21:07:06 2
專利名稱：塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，可實現塑料光纖傳輸損耗的無 損檢測，同時，也可以直接應用在料光纖生產線上，實現對塑料光纖傳輸損耗的在線無損檢 測。
背景技術：
塑料光纖的傳輸損耗係數是衡量塑料光纖質量的重要參數，然而目前對其進行測 量的手段不多。如文獻「塑料光纖衰減測試方法的探討」中所述，現在主要的測量方法有三 種截斷法、插入損耗法和後向散射法。其中市場上有一種基於截斷法的測量儀器(北京萬 豐通達公司的FibKey WF6803)，但是以上方法都不能應用到生產線上進行實時測量，而是 將生產出的光纖產品進行截斷採樣，然後在樣品光纖的截面上注入和提取光能量，通過處 理注入與提取的光功率信息獲得光纖的傳輸損耗係數。其缺點是一、通過提取產品光纖中 的一段樣品進行採樣測量，不能實現在線測量，無法及時獲得生產線上的光纖質量信息，實 時性很差；二、因為是採樣測量，所以需要投入部分人力，還要切除大量樣品光纖，造成了人 力、物力的浪費；三、通過測量樣品的損耗係數，來標定全部產品的損耗信息，準確性和可靠 性差。另一方面，傳統的石英光纖傳輸損耗在線測量系統也無法複製到塑料光纖生產 線上，如發明專利 「Method for using on line optic fiber loss monitor (專利號: US4, 081, 258) 」提出如下方案在固定於拉絲塔上的光纖預製棒一端注入光信號，在光纖 產品接收端提取光信號，通過處理注入與提取的光信號來獲得光纖傳輸損耗係數。但是這 種方案無法應用到塑料光纖生產線上，因為石英光纖傳輸損耗極低，光在纖芯內傳輸甚至 數十千米後，在產品接收端依舊可以提取到足夠強度的光信號；然而，塑料光纖傳輸損耗極 大，在擠出機處注入光信號，隨著光纖產品擠出到一定長度後(比如200m)，在產品接收端 將無法探測到足夠強度的光信號。綜上，目前市場上沒有一種可以應用在生產線上的塑料 光纖傳輸損耗實時檢測裝置。
發明內容
本發明提供了一種塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，主要解決了現有檢測裝置必 須截斷塑料光纖才能檢測，以及無法對塑料光纖傳輸損耗進行在線檢測的問題。本發明的具體技術解決方案如下該塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，包括將光信號射入被測塑料光纖的光源，沿 光源出射光的光傳輸方向依次設置有光注入模塊、光提取模塊和用於記錄輻射出塑料光纖 光功率的數據採集裝置；所述光注入模塊和光提取模塊的材料折射率應大於或等於塑料光 纖包層的折射率，兩模塊均使得光纖固定並以適當曲率半徑彎曲，光注入模塊和光提取模 塊之間的光纖長度大於20m。所述光提取模塊和採集裝置之間設置光匯聚裝置，用於匯聚那些輻射出光纖的攜帶光能量信息的光束。所述光源與光注入模塊之間設置有光準直裝置。所述光注入模塊包括折射率匹配塊和光纖彎曲夾持器,折射率匹配塊內填充有折 射率匹配液。所述折射率匹配介質為蔗糖溶液、丙烯酸、甘油、環氧樹脂等。所述折射率匹 配塊的材料為丙烯酸樹脂、PMMA、聚苯乙烯等。所述光提取模塊包括折射率匹配塊和光纖彎曲夾持器，折射率匹配塊內填充有折 射率匹配液。所述折射率匹配介質為蔗糖溶液、丙烯酸、甘油、環氧樹脂等。所述折射率匹 配塊的材料為丙烯酸樹脂、PMMA、聚苯乙烯等。所述雷射器是650nm波長雷射器。該塑料光纖傳輸損耗無損在線檢測裝置，包括製備被測塑料光纖的光纖拉制裝 置、將光信號射入被測塑料光纖的光源，沿光源出射光的光傳輸方向依次設置有用於固定 彎曲被測塑料光纖光注入模塊、光提取模塊和用於記錄輻射出塑料光纖光功率的數據採集 裝置；所述光注入模塊和光提取模塊內介質的折射率大於或等於塑料光纖包層的折射率， 光注入模塊和光提取模塊之間的光纖長度大於20m。所述光提取模塊和數據採集裝置之間設置有用於匯聚輻射出光纖的出射光的光 匯聚裝置。所述光源與光注入模塊之間設置有光準直裝置。所述光注入模塊包括折射率匹配塊和光纖彎曲夾持器，折射率匹配塊內填充有折 射率匹配液。所述折射率匹配介質為蔗糖溶液、丙烯酸、甘油、環氧樹脂等。所述折射率匹 配塊的材料為丙烯酸樹脂、PMMA、聚苯乙烯等。所述光提取模塊包括折射率匹配塊和光纖彎曲夾持器，折射率匹配塊內填充有折 射率匹配液。所述折射率匹配介質為蔗糖溶液、丙烯酸、甘油、環氧樹脂等。所述折射率匹 配塊的材料為丙烯酸樹脂、PMMA、聚苯乙烯等。所述光纖拉制裝置與光注入模塊之間設置有儲纖裝置，用於臨時存儲測量過程中 生產的塑料光纖。所述雷射器以650nm波長雷射器為佳。本發明的優點是1、該塑料光纖傳輸損耗在線檢測裝置，主要通過由折射率匹配塊、折射率匹配液、 光纖彎曲夾持器三者構成的光注入模塊和光提取模塊在生產線上任意一段適當長度的光 纖兩節點處分別實現光信號注入和光信號提取，通過處理探測到的光功率信息獲得光纖傳 輸損耗係數，進而實現生產線上的傳輸損耗係數實時測量，實現全天候在線監測生產過程。2、該塑料光纖傳輸損耗在線檢測裝置的核心是提出了一種新穎的光注入與光提 取方法，即提出了一種新式的光注入模塊和光提取模塊的方案。光注入模塊和光提取模塊 均使光纖彎曲，並且使彎曲處的光纖整體或其部分表面浸沒在高折射率介質環境中。在浸 沒於高折射率介質環境中的光纖彎曲部分的表面處，實現光信號的注入與提取。該裝置無 需截斷光纖，在光注入和光提取過程中不會對光纖產生任何損壞、損傷，從而可實現無損傷 測量。3、上文提及的新式光注入與光提取方法的光耦合效率較高，理論模擬表明，在光 注入節點處將光能量耦合到光纖纖芯以及在光提取節點處將纖芯內光能量耦合到光纖包50% VXAio
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測量時，光纖彎曲夾持器帶動待測光纖緊貼到折射率匹配塊上，使得光纖彎曲。此 時折射率匹配液灌注系統將折射率匹配液導入折射率匹配塊與塑料光纖之間的空隙中。之 後,650nm雷射器輸出的雷射通過光束準直系統，輸出一束平行光或準平行光照射到折射率 匹配塊上，光束通過折射率匹配塊、折射率匹配液後，在光纖彎曲處通過光纖包層注入到光 纖纖芯中，由於大部分光線滿足全內反射條件，在纖芯內形成穩定的纖芯模式，這就完成了 光能量的注入。理論模擬了光注入節點之後10cm處的光纖纖芯截面光功率分布(如圖3)， 實際注入功率達到了入射光功率的50%以上。當光信號在待測光纖內傳輸一定距離L(單位m)後，在提取節點處通過光纖彎曲 夾持器、折射率匹配塊和折射率匹配液，將光纖彎曲，並且使彎曲處的光纖整體或其部分表 面浸沒在高折射率介質環境中，具體方法與光注入模塊類似。此時，在光纖的彎曲處會有大 量光能量通過光纖包層輻射出光纖，並通過折射率匹配塊傳輸到外側空氣中，用光束匯聚 透鏡組將這部分能量匯聚到光功率計探頭上，記錄此時光功率Pi。第一次功率測量結束後， 將光提取模塊沿光纖向後移動AL(單位m)，重複第一次測量過程並得到提取出的光功率 P2。由兩次光功率值及兩次測量對應的光纖長度間隔AI可求出光纖傳輸損耗係數a (單 位dB/m)
權利要求
1.一種塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，包括將光信號射入被測塑料光纖的光源，其特徵在於沿光源出射光的光傳輸方向依次設置有光注入模塊、光提取模塊和用於記錄輻射出塑料光纖光功率的數據採集裝置；所述光注入模塊和光提取模塊內介質材料的折射率應大於或等於塑料光纖包層的折射率，兩模塊均使得光纖固定並以適當曲率半徑彎曲，光注入模塊和光提取模塊之間的光纖長度大於20m。
2.根據權利要求I所述的塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，其特徵在於所述光源與光注入模塊之間設置有光準直裝置；所述光提取模塊和採集裝置之間設置光匯聚裝置，用於匯聚那些輻射出光纖的攜帶光能量信息的光束。
3.根據權利要求2所述的塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，其特徵在於所述光注入模塊和/或光提取模塊均/或任意一個包括折射率匹配塊和光纖彎曲夾持器，折射率匹配塊內填充有折射率匹配液體。
4.根據權利要求3所述的塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，其特徵在於所述折射率匹配液與折射率匹配塊的折射率要求大於或等於光纖包層材料折射率；折射率匹配液為蔗糖溶液、丙烯酸、甘油或環氧樹脂；折射率匹配塊的材料為丙烯酸樹脂、PMMA或聚苯乙烯。
5.一種塑料光纖傳輸損耗無損在線檢測裝置，包括製備被測塑料光纖的光纖拉制裝置、將光信號射入被測塑料光纖的光源，其特徵在於沿光源出射光的光傳輸方向依次設置有用於固定彎曲被測塑料光纖光注入模塊、光提取模塊和用於記錄輻射出塑料光纖光功率的數據採集裝置；所述光注入模塊和光提取模塊內材料的折射率大於或等於塑料光纖包層的折射率，光注入模塊和光提取模塊之間的光纖長度大於20m。
6.根據權利要求5所述的塑料光纖傳輸損耗無損在線檢測裝置，其特徵在於所述光源與光注入模塊之間設置有光準直裝置；所述光提取模塊和採集裝置之間設置光匯聚裝置，用於匯聚那些輻射出光纖的攜帶光能量信息的光束。
7.根據權利要求6所述的塑料光纖傳輸損耗無損在線檢測裝置，其特徵在於所述光注入模塊和/或光提取模塊均/或任意一個包括折射率匹配塊和光纖彎曲夾持器，折射率匹配塊內填充有折射率匹配液。
8.根據權利要求7所述的塑料光纖傳輸損耗無損在線檢測裝置，其特徵在於所述折射率匹配液與折射率匹配塊的折射率要求大於或等於光纖包層材料折射率；折射率匹配液為蔗糖溶液、丙烯酸、甘油或環氧樹脂；折射率匹配塊的材料為丙烯酸樹脂、PMMA或聚苯乙烯。
9.根據權利要求8所述的塑料光纖傳輸損耗無損在線檢測裝置，其特徵在於所述光纖拉制裝置與光注入模塊之間設置有儲纖裝置，用於臨時存儲測量過程中生產的塑料光纖。
10.根據權利要求4或9所述的塑料光纖傳輸損耗無損檢測或在線檢測裝置，其特徵在於所述雷射器是650nm波長雷射器。
全文摘要
本發明提供了一種塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，主要解決了現有檢測裝置必須截斷塑料光纖才能檢測，以及無法對塑料光纖傳輸損耗進行在線檢測的問題。該塑料光纖傳輸損耗無損檢測裝置，包括將光信號射入被測塑料光纖的光源，沿光源出射光的光傳輸方向依次設置有光注入模塊、光提取模塊和用於記錄輻射出塑料光纖光功率的數據採集裝置。該裝置無需截斷光纖，在光注入和光提取過程中不會對光纖產生任何損壞、損傷，從而可實現無損傷測量。
文檔編號G01M11/02GK102661850SQ20121010708
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者任立勇, 林霄 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所, 陝西翰威科技發展有限公司