在线写弱光纤光栅的实时监测装置及其应用方法

摘要

一种在线写弱光纤光栅的实时监测装置及其应用方法。该装置包括输入光纤、定子、转子、拨杆、拨筒、输出光纤、V型槽快速连接器、电机、收线盘、滑动导轨、光源、光谱仪和Y型分路器；定子支撑在滑动导轨上，定子一端接输入光纤，转子与输出光纤相连，定子和转子非接触耦合传光，转子上下对称有两根拨杆，拨筒上下对称有两条形槽，拨杆可以进出拨筒的条形槽，拨筒固定在收线盘上，收线盘固定在电机轴上，V型槽快速连接器固定在收线盘边缘上，输出光纤穿过拨筒的条形槽与收线盘上的光纤对接定位在V型槽快速连接器的槽中并夹紧，Y型分路器的一端分别与光源和光谱仪相连，另一端与输入光纤1相连。本装置用于弱光纤光栅的写入状态的在线监测。

权利要求

1.一种光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置，其特征在于：该装置包括输入光纤(1)、定子(2)、转子(3)、拨杆(4)、拨筒(5)、输出光纤(6)、V型槽快速连接器(7)、电机(8)、收线盘(9)、滑动导轨(10)、光源(11)、光谱仪(12)和Y型分路器(13)；定子(2)支撑在滑动导轨(10)上，定子(2)一端连接输入光纤(1)，转子(3)与输出光纤(6)相连，定子(2)和转子(3)非接触式耦合传光，转子(3)上下对称安装有两根拨杆(4)，拨筒(5)上下对称加工有两个条形槽，拨杆(4)可以进出拨筒(5)的条形槽，拨筒(5)固定在收线盘(9)上，收线盘(9)固定在电机(8)轴上，V型槽快速连接器(7)固定在收线盘(9)的边缘上，输出光纤(6)穿过拨筒(5)的条形槽与收线盘(9)上的光纤对接一起定位在V型槽快速连接器(7)的V型槽中并夹紧，Y型分路器(13)的一端分别与光源(11)和光谱仪(12)连接，另一端与输入光纤(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置，其特征在于：定子(2)支撑在滑动导轨(10)上沿滑动导轨左右移动。

3.根据权利要求1所述的一种光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置，其特征在于：拨筒(5)通过螺钉固定在收线盘(9)上。

4.根据权利要求1所述的一种光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置，其特征在于：收线盘(9)通过螺母固定在电机(8)轴上。

5.权利要求1所述的光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置的应用，其特征在于：用于光纤在拉制过程的同时弱光栅的写入情况实时在线监测，用法是先移动滑动导轨(10)上的滑块，使之向左滑动，输入光纤(1)、定子(2)、转子(3)和拨杆(4)随之一起向左移动，使拨杆(4)从拨筒(5)条形槽中退出；然后将收线盘(9)套入电机(8)轴上并用螺母固定；再将支撑在滑动导轨(10)上的定子(2)沿滑动导轨(10)向右移动，调整拨杆(4)的方向，使之进入拨筒(5)的条形槽内；将输出光纤(6)与收线盘(9)上的光纤对接并定位在V型槽快速连接器(7)的V型槽中夹紧；最后将输入光纤(1)与Y型分路器(13)对接起来，即可以进行弱光纤光栅的在线监测。

说明书

在线写弱光纤光栅的实时监测装置及其应用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及在线写弱光纤光栅的实时监测装置及其应用方法。主要用于光纤在拉制过程的同时弱光栅的写入情况实时在线监测，属于光纤连接和传感器技术领域。技术背景

[0002] 弱光纤光栅可以作为滤波器，用于过滤放大式自发射光学放大器在信号被处理之前的噪声，在改善输出信号的信噪比方面优于F-P滤波器。这种滤波器几乎没有码间干扰，也不像来自F-P透射式滤波器脉冲那样有一个长的衰退的尾巴，避免了错误探测的发生。

[0003] 弱光纤光栅另一个重要应用是在复合材料的健康监测方面。现代设计朝向使用质量更轻、强度更高、更智能化材料方向发展。与金属相比，碳纤维等复合材料成本较低，主要原因是金属材料零部件经常存在过设计，而且频繁检测。因此，使用复合材料代替金属材料设计零部件是今后的发展方向，例如美国波音公司的787飞机大量使用碳纤维复合材料，大大降低了飞行重量，节约了燃料成本。但碳纤维复合材料在使用过程中会出现裂纹、分层等缺陷，这些缺陷不仅很难探测，而且对飞机的安全飞行也是灾难性的。在碳纤维复合材料中埋入光纤光栅传感器为这类问题的解决提供了较好的解决方案。这种传感器是由光纤制成的，质量很轻；更重要的是它能直接埋入复合材料中，两者之间结合良好。由于碳纤维复合材料的失效是潜在而广泛的，将光纤光栅传感器埋入碳纤维复合材料中可以提供健康监测、评价和维护。

[0004] 碳纤维复合材料的健康监测需要由许多光纤光栅传感器组成的准分布式传感系统。基于准分布式传感的光纤布拉格光栅主要是在频域范围内复用。因此，为了区分来自各个传感点的信息，每个传感光栅的波长范围必须是不同的，因而，传感点的数量会受到光源带宽、解调设备的分辨率、以及两个光栅之间波长间隔的限制。通常能够复用的光栅数量是15-20个，这对于多点传感监测来说，应用受到极大限制。

[0005] 解决这个问题办法是，使用在室温下完全相同的低反射(＜1％)的弱光纤光栅。

[0006] 弱光纤光栅的写入方法通常有以下三种：横向侧面干涉曝光法、点-点写入法和相位掩膜法。无论哪种光纤光栅制作方法，都存在两点不足。一是常规光纤光栅制作过程中必须剥除紫外吸收的光纤聚合物涂层，这会导致光纤受到额外的损伤，难以保证光纤光栅的强度及完整性。二是上述三种方法都很难在短时间内，在同一根光纤上大量的制作光纤光栅。弱光栅的在线写入技术可以很好地解决这两个问题。

[0007] 弱光纤光栅在线写入过程中会受到一些因素的影响，有可能导致弱光纤光栅写入不成功，因此，在线监测不可或缺。常规的在线监测方法是，光源发出光通过分路器进入光纤，光碰到光栅后被反射后进入光谱仪，从而监测弱光纤光栅的写入状态。在这种方法中，光纤是处于静止状态的，光栅反射信号的在线监测容易实现。

[0008] 然而，光纤在拉制过程中通过排线器和收线盘将光纤盘绕在收线盘上。由于收线盘在不停旋转，不能将分路器的传输光纤与收线盘上的光纤直接连接，否则会导致缠绕。因此，如何将信号导出并对弱光纤光栅的写入状态进行在线监测就成为技术瓶颈。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种适宜光纤在拉制过程中在线监测弱光纤光栅写入状态的装置及应用方法，装置具有结构简单，稳定性好，换盘方便等特点。

[0010] 本发明的目的通过下述技术方案实现：

[0011] 该装置由滑动导轨、光纤旋转连接器和V型槽快速连接器等组成。

[0012] 光纤旋转连接器是由定子和转子组成的。定子固定在滑动导轨上，并可沿滑动导轨移动。定子的一端连接有输入光纤，光源发出的光经分路器进入输入光纤，输入光纤中传输的光通过非接触由定子耦合入与转子相连的输出光纤中。转子上下对称安装有两根拨杆。拨筒固定在收线盘上，拨筒上下对称开了两个条形槽。当定子在滑动导轨上移动时，拨杆可以进入或退出条形槽。

[0013] 收线盘边缘上固定有V型槽快速连接器，它可以将输出光纤和收线盘上的光纤快速对接起来，并实现待接续光纤的固定。

[0014] 收线盘通过螺母固定于电机轴上，当电机旋转时拨筒随收线盘一起旋转，然后拨筒带动拨杆转动，拨杆再驱动转子旋转。

[0015] 本发明专利具有以下优点及有益效果：

[0016] (1)通过采用滑动导轨结构，很容易实现拨杆与拨筒的结合与分离，与软轴连接相比，收线盘更换方便。

[0017] (2)旋转过程中，拨杆和拨筒在垂直方向可以相对移动，避免了光纤旋转连接器和收线盘偏心的影响。

[0018] (3)由于使用了光纤旋转连接器，使得光在传输过程中稳定可靠。

[0019] (4)V型槽快速连接器保证了光纤对接迅速方便，大大缩短了光纤定位夹紧的时间。

附图说明

[0020] 图1为本发明专利结构示意图。

[0021] 图2弱光纤光栅监测原理图。

[0022] 其中，附图中的附图标记的名称为：

[0023] 1-输入光纤，2-定子，3-转子，4-拨杆，5-拨筒，6-输出光纤，7-V型槽快速连接器，8-电机，9-收线盘，10-滑动导轨，11-光源，12-光谱仪，13-Y型分路器。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明专利的实施方式不限于此。

[0025] 实施例：

[0026] 如图1所示，从整体上来说，本发明专利主要包括两大部分：拨杆与拨筒快速结合与分离机构和光纤快速定位夹紧器。下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。

[0027] 本发明的一种光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置，该装置包括输入光纤1、定子2、转子3、拨杆4、拨筒5、输出光纤6、V型槽快速连接器7、电机8、收线盘9、滑动导轨10、光源11、光谱仪12和Y型分路器13；定子2支撑在滑动导轨10上，定子2一端连接输入光纤1，转子3与输出光纤6相连，定子2和转子3非接触式耦合传光，转子3上下对称安装有两根拨杆4，拨筒5上下对称加工有两个条形槽，拨杆4可以进出拨筒5的条形槽，拨筒5固定在收线盘9上，收线盘9固定在电机8轴上，V型槽快速连接器7固定在收线盘9的边缘上，输出光纤6穿过拨筒5的条形槽与收线盘9上的光纤对接一起定位在V型槽快速连接器7的V型槽中并夹紧，Y型分路器13的一端分别与光源11和光谱仪12连接，另一端与输入光纤1连接。

[0028] 上述的在线监测装置中，定子2支撑在滑动导轨10上沿滑动导轨左右移动。

[0029] 拨筒5通过螺钉固定在收线盘9上。

[0030] 收线盘9通过螺钉固定在电机8轴上。

[0031] 本发明的光纤拉制过程中弱光纤光栅写入状态在线监测装置的应用，其特征在于：用于光纤在拉制过程的同时弱光栅的写入情况实时在线监测，用法是先移动滑动导轨10上的滑块，使之向左滑动，输入光纤1、定子2、转子3和拨杆4随之一起向左移动，使拨杆
4从拨筒5条形槽中退出；然后将收线盘9套入电机8轴上并用螺母固定；再将支撑在滑动导轨10上的定子2沿滑动导轨10向右移动，调整拨杆4的方向，使之进入拨筒5的条形槽内；将输出光纤6与收线盘9上的光纤对接并定位在V型槽快速连接器7的V型槽中夹紧；
最后将输入光纤1与Y型分路器13对接起来，即可以进行弱光纤光栅的在线监测。

[0032] 本发明的在线监测装置中，定子2和转子3之间通过非接触式耦合传光，定子2固定于滑动导轨的支杆上，可在滑动导轨上左右移动，定子一端连接有输入光纤1，输入光纤1相对于定子2静止不动。两根拨杆4固定于转子3上，并随转子自由旋转。

[0033] 在线监测过程中，输入光纤1，定子2，滑动导轨10的支杆，光源11，光谱仪12，分路器13均是静止不动的；而转子3，拨杆4，拨筒5，输出光纤6，V型槽快速连接器7，收线盘9均随电机轴一起旋转。

[0034] 在线监测过程中，光源11发出的光经Y型分路器13进入输入光纤1，再由定子2和转子3非接触耦合进输出光纤6，最后经V型槽快速连接器7中的对接光纤传输到光栅，反射光又经V型槽快速连接器7，输出光纤6，转子3，定子2，输入光纤1，Y型分路器13、进入光谱仪12进行弱光纤光栅的写入状态的在线监测。

[0035] 本监测装置，其拨杆4对称的固定在转子3上下两端上，拨筒5上对称加工有两个条型槽，拨杆4可以迅速进入和退出拨筒5的条型槽。转子3与拨筒5不同轴时，拨杆3和拨筒5之间会自动调整偏心，避免软轴连接带来的麻烦。V型槽快速连接器可以保证光纤对接迅速完成，满足工艺要求。采用滑动导轨后，收线盘9更换方便。