一种侧视成像保偏光纤定轴方法技术

本发明专利技术公开了一种侧视成像保偏光纤定轴方法，包括步骤一、将光纤安装在自动定轴系统上，光源为非相干平行光源，平行光从侧向垂直照射在光纤表面上，在光纤另一侧用CCD相机接收光强图像；步骤二、待测方位角的光强分布曲线经过透镜放大被CCD相机采集，以离散数据形式存储在计算机中；步骤三、对光强分布曲线采用内插处理方法进行处理，得到新的光强分布序列；步骤四、获取基准光强分布序列；步骤五、将光强分布序列和基准光强分布序列做归一化互相关运算，得到互相关曲线，按顺序提取互相关曲线的中心点值，得到中心点值随角度变化曲线，该曲线极大值的横坐标值即所求方位角。本发明专利技术经过光强内插后再进行相关处理，定轴精度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种侧视成像保偏光纤定轴方法
本专利技术涉及一种侧视成像保偏光纤定轴方法，属于光纤传感

技术介绍
保偏光纤由于具有对线偏振光较强的偏振保持能力和对一般单模光纤极好的兼容性，在光纤通信和传感技术中得到了越来越广泛的研究和应用。然而保偏光纤在这些领域应用的关键前提是如何精确检测和定位保偏光纤的偏振轴。目前，针对保偏光纤定轴的主要方法有两种：纵向观测法和横向观测法。纵向观测法是指将光从光纤一端直接耦合入光纤，在光纤的另一端接收光，利用保偏光纤的偏振保持特性和偏振色散特性来检测偏振轴。这种方法检测设备复杂，对环境的要求高，操作难度大；横向观测法，将光从光纤侧面垂直射向光纤表面，利用光纤的透镜效应来检测偏振轴，主要方法是侧视成像法，这种方法装置简单，测量精度较高，适用于各种保偏光纤，是一种极具发展潜力的方法。瑞典专利SE9401146中公开了一种基于POL法的侧视成像法，将一束光垂直照射在处于同一直线的两条光纤上，提取中心点光强值作为特征值，分别将两条光纤旋转一周，得到两条特征曲线，对这两条特征曲线做互相关，极大值所对应的角度就是两条光纤起始方位角的差值。中国专利CN1831572A公开了一种基于五指型侧视光强分布的对轴方法，选取9个点作为特征点，利用这9个点的光强值计算特征值，将光纤旋转一周得到特征曲线，对特征曲线和基准曲线的进行互相关运算，得到光纤的起始角。中国专利CN1131279中，也属于侧视成像法，将一束光垂直照射在处于同一直线的两条光纤上，两幅光强图像都有三个亮度峰值，左右峰值与中心峰值的距离分别为a、b，以a/b为特征值，将其中一条光纤旋转一周，比较两条光纤a/b值，当两条光纤的a/b值最接近时两条光纤方位角重合。中国专利CN101419311A公开了一种侧视图像匹配对轴法，将两束相互垂直的光照射在处于同一直线上的两条光纤上，记录两条光纤的光强I11、I12、I21、I22(I11表示第一束光照射下，第一条光纤的光强，其中下标中第一个1表示第一束光束，第二个1表示第一条光纤)，分别计算I11和I12，以及I21和I22的互相关系数R1、R2，旋转其中一条光纤，当R1+R2最大时，两条光纤的方位角重合。上述这些专利在诸多领域取得了较好的对轴精度，然而也存在一些不足的地方，这些专利在测量过程中无不例外都需要将其中一条或两条光纤旋转一周。旋转过程中，光纤容易发生振动，使得光纤在旋转过程中的成像平面发生一定程度的漂移和振动，从而无法得到稳定可靠的偏振轴角度。此外，将光纤旋转一周势必需要花费很长的时间，因此定轴效率不高。上述多数专利技术只能求出方位角的相对值，不能求出其绝对值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有的定轴方法在定轴过程中都需要将光纤转动一周的问题，提供一种基于侧视成像法且在测量过程中不需要旋转光纤即可测量出方位角的高精度定轴方法。基于待测方位角的光强图像和模板库中的基准光强图像做互相关运算得到互相关中心点曲线的方法，实现光纤的精确定轴。一种侧视成像保偏光纤定轴方法，包括以下几个步骤：步骤一、将光纤安装在自动定轴系统上，光源为非相干平行光源，平行光从侧向垂直照射在光纤表面上，在光纤另一侧用CCD相机接收光强图像；步骤二、待测方位角的光强分布曲线经过透镜放大被CCD相机采集，以离散数据形式存储在计算机中；步骤三、对步骤二所得的光强分布曲线采用内插处理方法进行处理，得到新的光强分布序列；步骤四、获取基准光强分布序列；步骤五、将步骤二得到的光强分布序列和步骤四得到的基准光强分布序列做归一化互相关运算，得到互相关曲线，按顺序提取互相关曲线的中心点值，得到中心点值随角度变化曲线，该曲线极大值的横坐标值即所求方位角。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术在光纤的测量过程中，一步定轴，不需要旋转光纤就能得到光纤的方位角，避免了在旋转过程中由于振动所导致的成像平面的漂移和振动，提高了定轴可靠性及效率；(2)本专利技术经过光强内插后再进行相关处理，定轴精度较高；(3)本专利技术适用于各类保偏光纤，具有很强的通用性。附图说明图1是基于侧视成像法自动定轴系统的结构示意图；图2是侧视成像法的原理图；图3a是依本专利技术方法，45°测量曲线与基准曲线直接做互相关运算的中心点曲线；图3b是依本专利技术方法，45°测量曲线与基准曲线经过内插处理后，再做互相关运算的中心点曲线；图4是经过内插处理与未经过内插处理，互相关中心值曲线极大值处峰值尖锐程度的比对；图5是本专利技术方法的流程图。图中：1—光源2—步进电机3—光纤夹具4—保偏光纤5—纤芯6—应力区7—光纤夹持器8—透镜9—CCD相机10—计算机11—光纤待测方位角12—保偏光纤慢轴13—观测平面14—光强分布其中：X轴方向为垂直于光纤夹持器平面方向；Y轴方向为平行于光纤夹持器平面方向；Z轴方向为光纤纵轴方向。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。现有的基于侧视成像法自动定轴系统如图1所示，由两部分组成：控制调节装置和图像采集装置。控制调节装置包括：步进电机2、光纤夹具3、光纤夹持器7；图像采集装置包括：平行光源1、透镜8、CCD相机9。计算机10是整个系统的枢纽，既负责图像的采集和处理，又通过控制步进电机2，调整光纤的位置。保偏光纤4放置在光纤夹持器7中，光纤通过光纤夹具3固定在步进电机2上。步进电机2通过数据总线由计算机10控制。计算机10还与CCD相机9相连，处理并存储CCD相机9采集到的数据。本专利技术是一种侧视成像保偏光纤定轴方法，流程如图5所示，包括以下几个步骤：步骤一、将光纤安装在自动定轴系统上，光源为非相干平行光源，平行光从侧向垂直照射在光纤表面上，在光纤另一侧用CCD相机9接收光强图像；步骤二、待测方位角的光强分布曲线经过透镜8放大被CCD相机9采集，以离散数据形式存储在计算机10中；步骤三、对步骤二所得的光强分布曲线采用内插处理方法进行处理，得到新的光强分布序列；为了使光纤灰度变化的更加明显及减少噪声的影响，将步骤二所得的光强图像进行内插处理，得到新的光强分布序列；所述的内插处理方法，可以增强极大值处峰值的尖锐程度，提高定轴精度，具体方法如下：由于光强分布曲线以离散数据形式存储，设光强分布曲线用数组表示：D＝[d1，d2，...，dn-1，dn]其中，di(1≤i≤n)表示第i个像素的光强值，n是光强分布曲线的像素个数，由CCD相机决定。从该数值的第二项d2到倒数第二项dn-1，逐项将dx(2＜＜x＜＜n-1)的前后项dx-1、dx+1相加，减去该项的两倍2dx，得到一个n-2元的新数组ΔD，即：ΔD＝(Δd1，Δd2，...，Δdn-2)其中：Δdx＝dx+2-dx-2dx+1(x＝1，2，...，n-2)。ΔD即为新的光强分布序列。步骤四、获取基准光强分布序列；基准光强分布序列由以下两种方法得到：第一、利用精度更高且已较成熟的端面图像检测法(专利号201310205159.2)，将光纤调至0°方位角，步进电机以0.1°步长将光纤旋转90°，得到一系列随角度变化的光强分布曲线(离散的数据形式)，利用内插处理方法得到对应的光强分布序列，将这些光强分布序列存储在计算机中作为基准光强分布序列，基准光强分布序列在储存时标明方位角值；第二、利用光线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧视成像保偏光纤定轴方法，包括以下几个步骤：步骤一、将光纤安装在自动定轴系统上，光源为非相干平行光源，平行光从侧向垂直照射在光纤表面上，在光纤另一侧用CCD相机接收光强图像；步骤二、待测方位角的光强分布曲线经过透镜放大被CCD相机采集，以离散数据形式存储在计算机中；步骤三、对步骤二所得的光强分布曲线采用内插处理方法进行处理，得到新的光强分布序列；步骤四、获取基准光强分布序列；步骤五、将步骤二得到的光强分布序列和步骤四得到的基准光强分布序列做归一化互相关运算，得到互相关曲线，按顺序提取互相关曲线的中心点值，得到中心点值随角度变化曲线，该曲线极大值的横坐标值即所求方位角。

【技术特征摘要】
1.一种侧视成像保偏光纤定轴方法，包括以下几个步骤：步骤一、将光纤安装在自动定轴系统上，光源为非相干平行光源，平行光从侧向垂直照射在光纤表面上，在光纤另一侧用CCD相机接收光强图像；步骤二、待测方位角的光强分布曲线经过透镜放大被CCD相机采集，以离散数据形式存储在计算机中；步骤三、对步骤二所得的光强分布曲线采用内插处理方法进行处理，得到新的光强分布序列；步骤四、获取基准光强分布序列；基准光强分布序列由以下两种方法得到：第一、利用端面图像检测法，将光纤调至0°方位角，步进电机以0.1°步长将光纤旋转90°，得到随角度变化的光强分布曲线，利用内插处理方法得到对应的光强分布序列，将这些光强分布序列存储在计算机中作为基准光强分布序列，基准光强分布序列在储存时标明方位角值；第二、利用光线追迹法仿真，得到以0.1°为间隔的光强曲线，利用内插处理方法得到对应的基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯迪，翁晓泉，黄怀波，刘振华，宋凝芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11