光纖端面自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】光纖端面自動(dòng)化測(cè)試；偏振相關(guān)損耗；插損測(cè)試回?fù)p測(cè)試

1引言

光纖端面拋光技術(shù)在光纖連接器、光分路器等光學(xué)器件加工和制作工程中是十分重要的，拋光后的光纖端面質(zhì)量是否滿足要求，還需要進(jìn)行可靠的檢測(cè)來(lái)進(jìn)行判定。目前對(duì)光纖端面檢測(cè)技術(shù)手段的需求非常迫切，傳統(tǒng)的光纖端面檢測(cè)需要人工從研磨盤挨個(gè)取下，再接入光纖端面檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行端面檢測(cè)，如還需要測(cè)試其他光學(xué)指標(biāo)，則再接入其他相應(yīng)設(shè)備或系統(tǒng)中，基本上全靠人工測(cè)試，測(cè)試效率非常低。本文實(shí)現(xiàn)的光纖端面自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是一款集數(shù)據(jù)采集、圖像識(shí)別、軟件、光測(cè)試器件于一體的綜合測(cè)試技術(shù)，是專門為檢測(cè)光器件的光纖端面、插入損耗、回波損耗等指標(biāo)而設(shè)計(jì)的一項(xiàng)新技術(shù)。通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)手段和軟件控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理、一鍵式測(cè)試、數(shù)據(jù)可追溯等功能，本文提供的自動(dòng)化檢測(cè)手段減少了人工干預(yù)，讓計(jì)算機(jī)代替人工操作，降低了人工成本和測(cè)試的硬件成本，使生產(chǎn)效率得到了極大的提高。

2光纖端面自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)方案

在本文實(shí)現(xiàn)的測(cè)試系統(tǒng)中，盡可能的讓計(jì)算機(jī)成為測(cè)試的主體，盡量減少人工操作，通過(guò)靈活的軟件及硬件組合，能快速地應(yīng)用于器件的插損、回?fù)p、光纖端面質(zhì)量等光學(xué)指標(biāo)的測(cè)試，計(jì)算機(jī)代替人工操作，能更好地實(shí)現(xiàn)測(cè)試的準(zhǔn)確性，提高測(cè)試效率，降低生產(chǎn)測(cè)試成本。本文實(shí)現(xiàn)的測(cè)試系統(tǒng)原理如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)為處理控制中心，所有數(shù)據(jù)均通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集和處理，不同功能配備不同的硬件設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)備由三部分組成：圖像采集、插回?fù)p模塊、其他輔助設(shè)備，待測(cè)器件經(jīng)過(guò)端面檢測(cè)設(shè)備，數(shù)據(jù)由軟件中心進(jìn)行記錄，自動(dòng)分辨出端面合格產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品，合格則進(jìn)行下一步測(cè)試，由插回?fù)p設(shè)備以及其他輔助設(shè)備，測(cè)試出器件的插回?fù)p、偏振等其他參數(shù)指標(biāo)，軟件處理中心將數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、打印以及其他管理工作?，F(xiàn)在介紹各個(gè)模塊的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法。

2.1光纖端面測(cè)試

將待測(cè)器件的端面放入端面檢測(cè)系統(tǒng)中，CCD將端面的圖片通過(guò)圖像采集卡傳輸?shù)杰浖幚碇行模幚碇行膶⒔邮盏降膱D像與標(biāo)準(zhǔn)端面的圖像進(jìn)行對(duì)比，將采樣的圖像轉(zhuǎn)換為與標(biāo)準(zhǔn)圖片相同大小，把圖像進(jìn)行灰度化和二值化，并將圖像進(jìn)行區(qū)域劃分，根據(jù)相似度公式進(jìn)行相似度比較，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果判定采樣的端面是否合格，合格產(chǎn)品進(jìn)入下一環(huán)節(jié)測(cè)試，并將合格產(chǎn)品圖片進(jìn)行存儲(chǔ)記錄。其工作流程如圖3所示。圖像采集獲取到光學(xué)放大系統(tǒng)傳來(lái)的圖像后，交給PC軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析，最后將分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，以進(jìn)行后續(xù)操作。

2.2插入損耗、回波損耗測(cè)試

在本系統(tǒng)中，插損和回?fù)p采用自動(dòng)測(cè)試方式，插損、回?fù)p測(cè)試的實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。插入損耗和回波損耗測(cè)試的硬件框圖如圖4所示，由光源、光路選擇模塊、分光器以及功率采集單元構(gòu)成。走向可由光功率采集模塊采集到不同功率值，通過(guò)輔助參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算即可測(cè)量出被測(cè)器件連接到功率模塊端的端面回?fù)p值?；夭〒p耗測(cè)試方法：本文采用功率計(jì)測(cè)量計(jì)算方法測(cè)量回?fù)p，控制中心通過(guò)光路選擇模塊改變光路路由，采集到經(jīng)過(guò)待測(cè)器件的入射光功率和反射光功率，進(jìn)行計(jì)算即可測(cè)量出被測(cè)器件連接到功率模塊端的端面回?fù)p值，計(jì)算公式：RL(dB)=－10lg(反射光功率/入射光功率)*光路選擇模塊衰減系k+校準(zhǔn)參數(shù)具體測(cè)量步驟如下：控制光路選擇模塊，讓功率采集單元測(cè)量出光源進(jìn)入待測(cè)器件之前的入射光功率值Pin，在控制光路選擇模塊讓光源經(jīng)過(guò)待測(cè)器件端面反射進(jìn)入功率采集單元，測(cè)量出經(jīng)過(guò)待測(cè)器件的反射光功率Pr?？刂乒饴愤x擇模塊經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)件測(cè)出相應(yīng)的入射功率PCI，反射功率PCR，與定標(biāo)回?fù)p測(cè)量?jī)x器值進(jìn)行比較獲得校準(zhǔn)參數(shù)RLref，以及光路選擇模塊的衰減系數(shù)k。代入回?fù)p計(jì)算公式即可算出待測(cè)器件的回波損耗。插入損耗測(cè)試方法：控制光路選擇模塊讓光源直接進(jìn)入功率采集單元，測(cè)量出進(jìn)入待測(cè)器件之前的入射光功率PIN，接入待測(cè)器件后，控制光路選擇模塊讓光源經(jīng)過(guò)待測(cè)器件再進(jìn)入功率采集單元，測(cè)量出經(jīng)過(guò)待測(cè)器件后的輸出光功率POUT，則插損為IL=10log(POUT/PIN)-ILreff。其中ILreff為插損修正值，可通過(guò)與定標(biāo)功率計(jì)進(jìn)行比較獲得。通過(guò)控制光路選擇開(kāi)關(guān)的切換，可以次方法逐個(gè)測(cè)試所有待測(cè)器件的插入損耗。

2.3偏振相關(guān)損耗測(cè)試

偏振相關(guān)損耗是衡量無(wú)源光器件性能的一個(gè)重要參數(shù)，系統(tǒng)及器件的偏振特性是影響傳輸質(zhì)量的重要因素，目前很多無(wú)源器件生產(chǎn)廠家及使用無(wú)源器件的系統(tǒng)商都將偏振相關(guān)損耗定為一個(gè)必不可少的測(cè)試參數(shù)。我們一般情況下定義的偏振相關(guān)損耗是指，當(dāng)輸入偏振狀態(tài)從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，引起的插入損耗的變化，將在偏振狀態(tài)改變時(shí)引起的插入損耗最大值與最小值的差作為器件的偏振相關(guān)損耗。國(guó)內(nèi)偏振相關(guān)損耗測(cè)試主要使用了機(jī)械式和電動(dòng)式兩種偏振控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)采用的式電動(dòng)式偏振控制器來(lái)改變輸入偏振態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)偏振相關(guān)損耗的測(cè)試，本系統(tǒng)采用的電動(dòng)偏振控制器內(nèi)含四個(gè)獨(dú)立的光纖擠壓器，可通過(guò)改變每個(gè)擠壓器的輸入電壓讓擠壓器快速變化擠壓控制器內(nèi)部的光纖，當(dāng)光纖在某一方向受壓時(shí)，被擠壓段產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，通過(guò)彈光效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生相位延遲從而改變偏振態(tài)。

2.4其他輔助設(shè)備

上述測(cè)試方法是針對(duì)單通道的測(cè)試，如果針對(duì)多通道測(cè)試，可由控制中心外加輔助設(shè)備完成，輔助設(shè)備控制研磨盤上的光纖端面進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一次測(cè)試一個(gè)通道的值，最后將所有測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總得出整個(gè)器件的測(cè)試數(shù)據(jù)。如圖5所示，以圓中心為軸，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)完成整個(gè)測(cè)試。

2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件為本系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件采用的是目前最流行的windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)程序VisualStudio軟件，它包括了整個(gè)軟件生命周期中所需要的大部分工具。它將控制各功能模塊按照測(cè)試案例的流程進(jìn)行操作，并將采集的數(shù)據(jù)按照參數(shù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果按照數(shù)字或者圖形的方式進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存。并向提供管理功能，系統(tǒng)軟件的測(cè)量界面如圖6所示。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)主要包括以下功能：系統(tǒng)設(shè)置、圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理等。

2.5.1系統(tǒng)設(shè)置（1）合格門限設(shè)置設(shè)置IL、RL、端面潔凈度判定門限，超過(guò)門限進(jìn)行報(bào)警。（2）測(cè)試類型設(shè)置設(shè)置需進(jìn)行的數(shù)據(jù)測(cè)試類型，可以選擇僅光纖端面檢測(cè)、插損檢測(cè)、回?fù)p檢測(cè)，也可以進(jìn)行組合測(cè)試。

2.5.2數(shù)據(jù)管理（1）數(shù)據(jù)查找功能。通過(guò)查找條件進(jìn)行數(shù)據(jù)查找。（2）數(shù)據(jù)判定功能。自動(dòng)篩選數(shù)據(jù)列表中不合格器件數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)刪除功能。根據(jù)需要?jiǎng)h除或者清空存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。（4）導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能。將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel格式。（5）打印數(shù)據(jù)功能。根據(jù)報(bào)表模板打印當(dāng)前數(shù)據(jù)

3結(jié)束語(yǔ)

本文實(shí)現(xiàn)的光纖端面自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，軟件使用VisualStudio為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，根據(jù)測(cè)試需求，將系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能模塊化，盡可能地讓計(jì)算機(jī)代替人工操作，減少人工干預(yù)，讓計(jì)算機(jī)和軟件成為測(cè)試的主體，數(shù)據(jù)采集后由軟件實(shí)現(xiàn)分析、總結(jié)、顯示及存儲(chǔ)等功能。本方案的實(shí)現(xiàn)，不但提高了生產(chǎn)測(cè)試的效率，也降低了測(cè)試成本，還提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性。隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光器件的測(cè)試要求也日新月異。今后在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將增加對(duì)一些特殊要求的器件的測(cè)試，將測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試與管理分離，讓其能更快速地應(yīng)用于各種光器件的測(cè)試場(chǎng)合

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作者：高洪明  李云燕 單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所