一种光纤阵列端面倾斜角测量仪及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量装置领域，尤其涉及一种光纤阵列端面倾斜角测量仪及测量方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，在国内外针对于测量角度的方法主要分为：机械测角法、电磁测角法、光学 测角法等。
[0003] 机械测角法是出现最早的测角技术，主要的代表仪器是多齿分度台，具有精度，操 作方便等优点，在机械制造业中得到了广泛的应用，但是目前的多齿分度台大多采用人工 转动，角度测量的效率较低，需要人工干预，且结构复杂、体积大，针对于测量光纤阵列这种 较小物体的角度不方便；电磁测量角法主要是磁感应同步器，但电磁测角法不是专门针对 测量小物体的角度，而主要是用于角度的进一步细分；光学测角法一般分为：光学分度头 法、圆光栅法、自准直法、光学内反射法、激光干涉法、环形激光法等。其中大多数都可以用 于小角度的测量，并可达到很高的精度。但是设备价格相对昂贵，对测量光纤阵列端面倾斜 角不适合。目前，在国外针对测量光纤阵列端面倾斜角的设备，主要有美国Dorc公司ZX - lmini PMS测量仪和Norland公司NC3000测量仪，但是这两种设备都主要是用于对光纤端 面、PLC芯片端面进行检测，测量光纤阵列的端面倾斜角度是附带功能，虽然测量的精度很 高，但是这两台设备都十分昂贵。目前还没有专门的、且价格便宜的测量光纤阵列端面倾斜 角的仪器。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例的目的在于提供一种光纤阵列端面倾斜角测量仪及测量方法，旨在 解决目前的针对测量光纤阵列端面倾斜角的设备价格昂贵的问题。
[0005] 本发明是这样实现的，一种光纤阵列端面倾斜角测量仪包括一个作为光源的氦氖 激光器、位于氦氖激光器后方的短焦距汇聚透镜、位于短焦距汇聚透镜后方的固定平台、位 于固定平台后方的长焦距汇聚透镜、位于长焦距汇聚透镜后方的毛玻璃片、位于毛玻璃片 后方的C⑶和与C⑶连接的计算机。
[0006] -种光纤阵列端面倾斜角测量方法，具体为：
[0007] 一个平均输出功率为50mw的氦氖激光器作为光源，通过一个焦距为4. 5mm的短焦 距汇聚透镜将激光束聚焦，产生发散角度较大且近似于球面波的光波，照射位于固定平台 的光纤阵列样品侧面，得到光纤阵列倾斜面的投影，通过一个焦距为70mm的长焦距汇聚透 镜对光纤阵列倾斜面影子进行成像，影子投影成像到毛玻璃片上，利用CCD8将光纤阵列倾 斜面影像导入计算机，通过调节CCD前端自带镜头的焦距和光圈调节图像清晰度，利用计 算机自带的MB-Ruler软件测量该影子倾斜面的角度，即光纤阵列端面的倾斜角度。
[0008] 本发明的光纤阵列端面倾斜角测量仪利用对光纤阵列端面倾斜角进行投影，并通 过汇聚透镜组对端面倾斜角影子进行放大的原理，使用高精度的测量角度软件对端面倾斜 角直接进行测量，结构简单、价格低廉、测量精度高。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明实施例提供的光纤阵列端面倾斜角测量仪的俯视图；
[0010] 图2是本发明实施例提供的光纤阵列端面倾斜角测量仪的主视图；
[0011] 图3是本发明实施例提供的样品偏移角导致测量误差原理图；
[0012] 图4是本发明实施例提供的偏移角度与实测值关系曲线；
[0013] 图中：1、氦氖激光器；2、短焦距汇聚透镜；3-5、固定平台；6、长焦距汇聚透镜；7、 毛玻璃片；8、CCD。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本本发明，并不 用于限定本发明。
[0015] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0016] 如图1和图2所示，本发明是这样实现的，一种光纤阵列端面倾斜角测量仪包括一 个作为光源的氦氖激光器1、位于氦氖激光器后方的短焦距汇聚透镜2、位于短焦距汇聚透 镜后方的固定平台3-5、位于固定平台3-5后方的长焦距汇聚透镜6、位于长焦距汇聚透镜 6后方的毛玻璃片7、位于毛玻璃片7后方的CCD8和与(XD8连接的计算机。
[0017] 一种光纤阵列端面倾斜角测量方法，具体为：
[0018] 一个平均输出功率为50mw的氦氖激光器1作为光源，通过一个焦距为4. 5mm的短 焦距汇聚透镜2将激光束聚焦，产生发散角度较大且近似于球面波的光波，照射位于固定 平台3-5的光纤阵列样品侧面，得到光纤阵列倾斜面的投影，通过一个焦距为70mm的长焦 距汇聚透镜6对光纤阵列倾斜面影子进行成像，影子投影成像到毛玻璃片7上，利用CCD8 将光纤阵列倾斜面影像导入计算机，通过调节CCD8前端自带镜头的焦距和光圈调节图像 清晰度，利用计算机自带的MB-Ruler软件测量该影子倾斜面的角度，即光纤阵列端面的倾 斜角度。
[0019] 对光纤阵列端面影子倾斜角度的测量，可以转化两条相交直线的测量，测量时采 用计算机软件中的角度测量工具，该工具是由两条相交的直线组成，其中一条是a线，另 一条是0线，它们都分别对应着直角坐标系中的一个角度，通过转动这两条线的角度并移 动使其与被测量的影子的端面倾角重合，软件将直接在旁边的小白方框中显示a和0的 读数。
[0020] 其中a和0分别为这两条测量边对应的角度，其夹角的余角即为该光纤阵列端 面的倾斜角，所以光纤阵列端面倾斜角为
[0021] y = 90。_(0 -a ) (1)
[0022] 图3是样品偏移角导致测量误差原理图，图中A为样品，B为样品的投影，B为样品 的偏移角度，a为样品的底边长，b为样品的高，样品的真实角度为8°，而角度的测量值为 丫 °
[0023]根据图 3,有几何关系 a' = acosB，b = atan8。，而 tan y = b/a' ；
[0024] 所以
[0025] 当光垂直照射样品时，测量值与真实值没有偏差，随着偏移角正向或反向增加时， 测量值随之减小。当偏移角度为10°时，测量值的偏差为0.12°，偏移角为5°时，测量值 的偏差为0.03°，而实际搭建光路中，能够控制光束和样品端面垂直的偏差角在5°以内。 因此由搭建光路所造成的偏差角误差最大为0.03°。
[0026] 本发明的光纤阵列端面倾斜角测量仪利用对光纤阵列端面倾斜角进行投影，并通 过透镜组对端面倾斜角影子进行放大的原理，使用高精度的测量角度软件对端面倾斜角直 接进行测量，结构简单、价格低廉、测量精度高。
[0027] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种光纤阵列端面倾斜角测量仪，其特征在于，所述的光纤阵列端面倾斜角测量仪 包括一个作为光源的氦氖激光器、位于氦氖激光器后方的短焦距汇聚透镜、位于短焦距汇 聚透镜后方的固定平台、位于固定平台后方的长焦距汇聚透镜、位于长焦距汇聚透镜后方 的毛玻璃片、位于毛玻璃片后方的CCD和与CCD连接的计算机。2. -种光纤阵列端面倾斜角测量方法，其特征在于，所述的光纤阵列端面倾斜角测量 方法具体为：将一个平均输出功率为50mw的氦氖激光器作为光源，通过一个焦距为4. 5mm 的短焦距汇聚透镜将激光束聚焦，产生发散角度较大且近似于球面波的光波，照射位于固 定平台的光纤阵列样品侧面，得到光纤阵列倾斜面的投影，通过一个焦距为70mm的长焦距 汇聚透镜对光纤阵列倾斜面影子进行成像，影子投影成像到毛玻璃片上，利用CCD8将光纤 阵列倾斜面影像导入计算机，通过调节CCD前端自带镜头的焦距和光圈调节图像清晰度， 利用计算机自带的MB-Ruler软件测量该影子倾斜面的角度，即光纤阵列端面的倾斜角度。3. 如权利要求2所述的光纤阵列端面倾斜角测量方法，其特征在于，对光纤阵列端面 影子倾斜角度的测量，转化两条相交直线的测量。
【专利摘要】本发明公开了一种光纤阵列端面倾斜角测量仪及测量方法，该光纤阵列端面倾斜角测量仪包括一个作为光源的氦氖激光器、位于氦氖激光器后方的短焦距汇聚透镜、位于短焦距汇聚透镜后方的固定平台、位于固定平台后方的长焦距汇聚透镜、位于长焦距汇聚透镜后方的毛玻璃片、位于毛玻璃片后方的CCD和与CCD连接的计算机。本发明的光纤阵列端面倾斜角测量仪利用对光纤阵列端面倾斜角进行投影，并通过透镜组对端面倾斜角影子进行放大，使用高精度的测量角度软件对端面倾斜角直接进行测量，结构简单、操作简便、配套容易、价格低廉、测量精度高。
【IPC分类】G01B11/26
【公开号】CN104930988
【申请号】CN201510366743
【发明人】周自刚, 范宗学, 张教文, 陈俊江, 刘昂, 李鑫, 赵旭阳, 冯杰
【申请人】西南科技大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月29日