本发明专利技术涉及基于光学相干断层扫描技术的光纤环质量检测方法及装置，属于光学测量、光纤传感及检测技术领域。该方法包括：将被测光纤环固定在一个旋转机构上；将光学相干断层扫描系统探头垂直固定于被测光纤环上方；以光纤环圆心为旋转轴旋转该光纤环，同时光学相干断层扫描系统的扫描探头对被测光纤环沿着被测光纤环轴向进行一维扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息；根据OCT信息，进行三维图像重建，通过重建图像判断该被测光纤环表面及表面以下是否存在缺陷，并根据图像的不均匀位置对缺陷进行定位，以消除缺陷。该方法利用OCT检测光纤环成品的质量以及绕制过程中产生的绕制缺陷，可以有效提高各种使用光纤环的角度传感器的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学测量、光纤传感及检测
，涉及光学相干断层扫描(OpticalCoherence Tomography,简称0CT)技术、光纤环绕制和检测技术及方法。
技术介绍
光纤环是光纤陀螺的核心，它对光纤陀螺来说，光纤环既是提高精度的途径，同时也是主要影响精度的主要因素。如何绕制高质量的光纤环，对光纤陀螺十分重要。光纤环在绕制过程中需采用特殊缠绕方式、精密绕制技术、完善的封装工艺、合适的光纤环用胶选择来保证光纤环具有高质量的静态特性(低的偏振串音、低的插入损耗等)和高质量的瞬态特性(抗振动、抗冲击、不受环境温度和磁场的影响)。光纤环的缠绕方法有多种，四级对称绕法是通用的一种方法。四级对称光纤环的·绕制工艺复杂，绕制周期长，人工绕制不易保证质量，因为需要多次换层，在绕制光纤环时易出现一些缺陷。当光纤环绕制结束后，光纤环绕制过程中出现的这些缺陷大部分埋藏在光纤环的内部，采用现有一些简单的放大成像技术，如CCD放大观测系统、显微镜放大观测系统均只能实现对光纤环外层光纤的排布情况进行检测，无法对内部结构进行检测。这些绕制缺陷均会引起光纤环内部出现偏振串扰，最终影响光纤陀螺的零偏稳定性，检测光纤环内部缺陷并完善缠绕技术，有利于进一步提高光纤陀螺的性能。光纤环通常要求在绕环过程中，绕制的光纤根与根、层与层之间应紧密排绕，不出现凹和凸、变形和间隙，这样绕制的光纤环对易受环境影响的内部压力变得不敏感，从而也可以减少环境变化引起的光损耗和消偏影响。在现实当中，一方面由于光纤并非理想的圆，其直径不是一成不变的，总存在误差，导致在每一层中总会出现微小缝隙。另外在绕制时，由于机械加工精度及其它因素，每层绕纤时光纤与骨架的内壁对齐比较困难；在每层的结束时，由于绕纤时光纤之间存有不确定的微缝隙，骨架的宽度不能满足一层的排纤做到光纤的整数倍，即在排纤结束一端剩余宽度可能小于光纤直径，这样就会造成两端的光纤高于其他部位的光纤，这对下层的排纤造成困难。光纤陀螺的另一重要参数其抗振动性能优越，即要求耐冲击性能好，而为了保证陀螺耐冲击性，其常用的做法是在绕制光纤环时对其进行涂胶，固胶虽然能改善光纤环的抗振动性能，但也会带来其它方面的问题，例如涂胶量及涂胶均匀与否对光纤陀螺的温度及振动瞬态特性都会产生不同的影响。所以有必要对不同情况下光纤环的内部情况进行详细的分析。目前，为了改善光纤环的热稳定性，抑制外界温度变化对其产生的影响，研究者通过不懈的努力先后对光纤环绕制工艺提出改进，总体的绕制方法包括有直接绕制法、双极绕制法、四级绕制法、八级绕制法、十六级绕制法、交叉绕制法、免交叉绕制法。而用于绕制光纤环的光纤尺寸主要有两种，一种是涂覆层为250um包层为125um的粗光纤，另一种是涂覆层为165um±20um包层为SOum的细光纤。尽管在光纤环的绕制过程中，采用不同尺寸、不同的绕制工艺，其最终绕制的光纤环内部结果均为光纤紧密排布的几何层析结构，而且每一层的光纤厚度均匀。对于实际绕制完后以及在绕制过程中的光纤环，目前还没有一种方法能有效的、直观的检测其内部结构。所以，目前所有光纤环制造者都没有这样的检测环节，如果发现光纤环质量不好，最多只能拆开重新绕制，无法在不破坏已经绕好的光纤环情况下发现缺陷存在的具体情况，也无法判断是什么原因引起质量问题，因而很可能在拆开光纤环后不能找到造成光纤环质量不好的原因，也就无法指导改进绕制工艺，提高光纤环的质量水平。光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography)是一种新型的扫描技术,它具有高分辨率、无侵入式、快速成像检测的特点，其采用低相干长度的宽带光源，可以获得很高的轴向分辨率(轴向就是指被测样品沿表面向内部延伸的方向)，最高可以达到Iym;同时OCT在光学断层成像上具有较大的优势，OCT可以获得被测样品表层以下2-3_的结构特征。光学相干断层扫描的工作原理,是将一束宽带光源进行分光后，一束光进行不同量的延迟，另外一束光射入到被测物体并从物体不同深度层面产生反射光，然后再将这个反射光和延迟光进行相干干涉，不同的延迟量就对应于被测物体的不同深度。这些干涉信号就构成了该物体的OCT信息，通过对这些OCT信息的分析，就可以得到被测物体各个深度 层面的状况。如果将这些OCT信息与探头扫描轨迹综合起来进行计算机运算，就可以生成整个被测物体的被测部分的三维立体图像。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种基于光学相干断层扫描技术的光纤环质量检测方法及装置。该方法不仅能实现对光纤环绕制层表面光纤排布检测，同时也可以对光纤环的内部结构进行了直观的检测，还可以分别从无胶环与涂胶环不同位置光纤分布、涂胶环上胶分布的均匀性和涂胶量等方面对光纤环质量进行离线及在线检测，为进一步分析光纤环的内部结构，改进光纤环的绕制工艺提供了保障，提高了光纤环绕制的质量。本专利技术的基于光学相干断层扫描技术的光纤环质量检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(I)将被测光纤环固定在一个旋转机构上；(2)将光学相干断层扫描系统探头垂直固定于被测光纤环上方,使得入射光垂直对准被测光纤环；(3)以光纤环圆心为旋转轴旋转该光纤环，同时光学相干断层扫描系统的扫描探头对被测光纤环沿着被测光纤环轴向进行一维扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息；或光纤环静止不动，扫描探头沿着光纤环轴向和垂直光纤环轴向两个方向进行二维扫描，从而获得被测光纤环局部的OCT信息；或光纤环静止不动,光学相干断层扫描系统的扫描探头相对被测光纤环沿着其外围转动，进行轴向扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息；(4)根据获得的被测光纤环OCT信息，进行三维图像重建，通过重建图像判断该被测光纤环表面及表面以下是否存在缺陷，并根据图像的不均匀位置对缺陷进行定位，以消除缺陷。本专利技术还包括一套基于光学相干断层扫描技术的光纤环质量检测的装置，该装置具体包括—个安装被测光纤环的转动机构；一个光学相干断层扫描系统，其探头置于被测光纤环之上，用于对光纤环进行扫描，并采集光纤环的OCT信息；一台计算机连接到光学相干断层扫描系统上，用于处理被测光纤环OCT信息，对其进行三维成像，通过采集获得的光纤环骨架、光纤环上光纤、光纤环上涂胶的图像，以判断光纤环质量的优劣。本专利技术的优点和积极效果本专利技术首次利用光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography)技术应用于光纤环质量检测，一方面光纤环内部光纤的层状排布，决定了其具有很好的层析性，另一方面光纤的厚度在160 μ m-250 μ m之间保证了 OCT可以很好的对光纤环外层表面以下8至10层的光纤结构进行无损伤的直观检测。可以在不破坏光纤环的情况下，得到光纤环的三维OCT图像，用来查找光纤环绕制过程中的缺陷，从而判断光纤环绕制质量的优劣。同时可以检测光纤环在绕制过程中存在的缺陷，并可以对缺陷进行处理，可提高光纤环的绕制工 艺水平，提高光纤环的绕制质量。附图说明图I为本专利技术基于OCT系统实现光纤环结构扫描的不意图；图2为本专利技术中OCT探头横向扫描，光纤环圆周转动获得的整个光纤环扫描图；图3为本专利技术中光纤环不动，OCT探头做二维扫描示意图；图4为用图3扫描方式得到的OCT图像；图5为传统使用百分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光学相干断层扫描技术的光纤环质量检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）将被测光纤环固定在一个旋转机构上；（2）将光学相干断层扫描系统探头垂直固定于被测光纤环上方，使得入射光垂直对准被测光纤环；（3）以光纤环圆心为旋转轴旋转该光纤环，同时光学相干断层扫描系统的扫描探头对被测光纤环沿着被测光纤环轴向进行一维扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息；或光纤环静止不动，扫描探头沿着光纤环轴向和垂直光纤环轴向两个方向进行二维扫描，从而获得被测光纤环局部的OCT信息；或光纤环静止不动，光学相干断层扫描系统的扫描探头相对被测光纤环沿着其外围转动，进行轴向扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息；（4）根据获得的被测光纤环OCT信息，进行三维图像重建，通过重建图像判断该被测光纤环表面及表面以下是否存在缺陷，并根据图像的不均匀位置对缺陷进行定位，以消除缺陷。
【技术特征摘要】
1.一种基于光学相干断层扫描技术的光纤环质量检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)将被测光纤环固定在一个旋转机构上； (2)将光学相干断层扫描系统探头垂直固定于被测光纤环上方,使得入射光垂直对准被测光纤环； (3)以光纤环圆心为旋转轴旋转该光纤环，同时光学相干断层扫描系统的扫描探头对被测光纤环沿着被测光纤环轴向进行一维扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息；或光纤环静止不动，扫描探头沿着光纤环轴向和垂直光纤环轴向两个方向进行二维扫描，从而获得被测光纤环局部的OCT信息；或光纤环静止不动,光学相干断层扫描系统的扫描探头相对被测光纤环沿着其外围转动，进行轴向扫描，从而获得被测光纤环的OCT信息； (4)根据获得的被测光纤环OCT信息，进行三维图像重建，通过重建图像判断该被测光纤环表面及表面以下是否存在缺陷，并根据图像的不均匀位置对缺陷进行定位，以消除缺陷。2.如权利要求I所述方法，其特征在于，旋转机构为光纤绕环机。3.如权利要求I所述方法，其特征在于，步骤(4)所述三维图像重建，包括将光纤折射率、涂胶折射率、光纤直径、涂胶厚度、光纤环整体直径以及旋转机构旋转速度中的任一种、几种或全部作为基本因素进行三维图像重建。4.如权利要求I所述方法，其特征在于，所述OCT信息是通过收集光学断层扫描得到干涉信号转换成的电信号，在经过电子运算处理生成的三维立体图像。5.如权利要求I所述方法，其特征在于，所述光纤环缺陷是指由光纤绕制过程中光纤交叠、或光纤绕制过程中光纤爬起、或光纤绕制过程中涂胶不均匀造成。6.如权利要求I所述方法，其特征在于，所述光纤环为光纤陀螺用光纤环、或电流互感用光纤环、或光学延迟用光纤环。7.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤3)中以光纤环圆心为旋转轴旋转该光纤环，同时光学相干断层扫...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓天，李志宏，孟卓，
申请(专利权)人：苏州光环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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