[发明专利]基于光纤耦合的光纤旋转准直器机械轴和光轴夹角的测量方法

摘要

基于光纤耦合的光纤旋转准直器机械轴和光轴夹角的测量方法，属于光纤传感领域。解决了现有光纤准直器无法测量-光纤旋转准直器机械轴和光轴的夹角的问题。其方法：将平面反射镜调节至光功率计接收到光信号的功率最大Pmax，多次调节平面反射镜的方位角或俯仰角，并采用光功率计测量每次的光功率Pi；计算Pi/Pmax的值，绘制Pi/Pmax随光纤准直器光轴与平面反射镜法线夹角的变化曲线；再次调整平面反射镜使光纤准直器的机械轴垂直于平面反射镜，测量此时的光功率P，计算功率比值P/Pmax，在所述变化曲线中寻找比值P/Pmax对应的光纤准直器光轴与平面反射镜法线的夹角，此夹角即为机械轴和光轴夹角。本发明适用于光纤旋转准直器机械轴和光轴夹角的测量。

主权项

基于光纤耦合的光纤旋转准直器机械轴和光轴夹角的测量方法，该方法包括基于光纤耦合的光纤旋转准直器，该光纤旋转准直器包括光功率计(1)、激光器(2)、一号光纤(3)、二号光纤(4)、光耦合器(5)、三号光纤(6)、机械旋转装置(7)、两组调节螺栓(8)和光纤准直器(9)；所述激光器(2)的激光信号输出端连接一号光纤(3)的一端，一号光纤(3)的另一端连接光耦合器(5)的激光信号输入端，所述光功率计(1)的激光信号输入端连接二号光纤(4)的一端，二号光纤(4)的另一端连接光耦合器(5)的一个激光信号输出端，所述光耦合器(5)的激光信号输入输出端连接三号光纤(6)的一端，所述机械旋转装置(7)包括轴承和旋转头(7‑3)，所述轴承包括固定部(7‑1)和活动部(7‑2)，所述旋转头(7‑3)为圆筒形，该旋转头(7‑3)位于轴承沿轴向的一侧，且该旋转头(7‑3)与轴承同轴设置，该旋转头(7‑3)的一端与轴承的活动部(7‑2)固定连接，所述旋转头(7‑3)的筒壁上设置2组调节螺栓，每组调节螺栓(8)包含四根调节螺栓，该四根调节螺栓的轴线位于同一平面且相交于轴承的轴线，任意两个相邻的调节螺栓的轴线夹角为90度，每根调节螺栓的螺杆长度均等于旋转头的半径，所述光纤准直器(9)嵌入在旋转头内，且通过两组调节螺栓(8)固定，光纤准直器(9)与旋转头同轴，三号光纤(6)的另一端穿过轴承和旋转头(7‑3)与光纤准直器(9)的一端连接；其特征在于，基于光纤耦合的光纤旋转准直器的机械轴和光轴的夹角的测量方法，该方法的具体步骤为：步骤一、在光纤准直器的激光出射方向，距离光纤准直器L处设置一个平面反射镜，其中，1mm≤L≤5mm，开启激光器(2)，旋转旋转头(7‑3)直至检测光功率计接收到该光信号；步骤二、调节平面反射镜的方位角和俯仰角直到光功率计接收到的激光信号的功率最大，此时光纤准直器(9)的光轴与平面反射镜垂直，记录光功率的最大值Pmax，并记录此时平面反射镜的方位角α1与俯仰角β1；步骤三、单独调节平面反射镜的方位角或俯仰角N次，每次调节后的方位角或俯仰角即为光纤准直器的光轴与平面反射镜法线的夹角Φ，调节步长为1‑2μrad，N为大于或等于100的正整数，利用功率计(1)测量每次调节平面反射镜对应的光功率Pi；计算出Pi/Pmax的值，根据所测数据结合数值插值的方法绘制光功率计(1)接收的光功率与光功率最大值的比值Pi/Pmax随光纤准直器光轴与平面反射镜法线夹角的变化曲线；步骤四、将旋转头(7‑3)旋转180度，调节平面反射镜的方位角和俯仰角直至光功率计(1)接收到的激光信号的功率最大，此时光纤准直器(9)的光轴与平面反射镜再次垂直；记录平面反射镜调节的方位角α2与俯仰角β2；步骤五、在步骤四获得的平面镜方位角的基础上，调节平面反射镜的方位角为(α1‑α2)/2，在步骤四获得的平面镜俯仰角的基础上，调节平面反射镜的俯仰角为(β1‑β2)/2，此时光纤准直器的机械轴和平面反射镜垂直；此时光纤准直器的光轴与机械轴的夹角与光纤准直器光轴与平面反射镜法线的夹角相等，记录此时光功率计(1)测得的光功率P；步骤六、计算步骤六光功率计(1)测得的光功率P与Pmax的比值P/Pmax，在步骤三绘制的光功率计(1)接收的光功率与光功率最大值的比值Pi/Pmax随光纤准直器光轴与平面反射镜法线夹角的变化曲线中寻找比值Pi/Pmax对应的光纤准直器光轴与平面反射镜法线的夹角，此夹角即为机械轴和光轴夹角。