一種光纖陣列端面傾斜角測量儀及測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于測量裝置領域，尤其涉及一種光纖陣列端面傾斜角測量儀及測量方 法。
【背景技術】
[0002] 目前，在國內外針對于測量角度的方法主要分為：機械測角法、電磁測角法、光學 測角法等。
[0003] 機械測角法是出現最早的測角技術，主要的代表儀器是多齒分度臺，具有精度，操 作方便等優點，在機械制造業中得到了廣泛的應用，但是目前的多齒分度臺大多采用人工 轉動，角度測量的效率較低，需要人工干預，且結構復雜、體積大，針對于測量光纖陣列這種 較小物體的角度不方便；電磁測量角法主要是磁感應同步器，但電磁測角法不是專門針對 測量小物體的角度，而主要是用于角度的進一步細分；光學測角法一般分為：光學分度頭 法、圓光柵法、自準直法、光學內反射法、激光干涉法、環形激光法等。其中大多數都可以用 于小角度的測量，并可達到很高的精度。但是設備價格相對昂貴，對測量光纖陣列端面傾斜 角不適合。目前，在國外針對測量光纖陣列端面傾斜角的設備，主要有美國Dorc公司ZX - lmini PMS測量儀和Norland公司NC3000測量儀，但是這兩種設備都主要是用于對光纖端 面、PLC芯片端面進行檢測，測量光纖陣列的端面傾斜角度是附帶功能，雖然測量的精度很 高，但是這兩臺設備都十分昂貴。目前還沒有專門的、且價格便宜的測量光纖陣列端面傾斜 角的儀器。
【發明內容】
[0004] 本發明實施例的目的在于提供一種光纖陣列端面傾斜角測量儀及測量方法，旨在 解決目前的針對測量光纖陣列端面傾斜角的設備價格昂貴的問題。
[0005] 本發明是這樣實現的，一種光纖陣列端面傾斜角測量儀包括一個作為光源的氦氖 激光器、位于氦氖激光器后方的短焦距匯聚透鏡、位于短焦距匯聚透鏡后方的固定平臺、位 于固定平臺后方的長焦距匯聚透鏡、位于長焦距匯聚透鏡后方的毛玻璃片、位于毛玻璃片 后方的C⑶和與C⑶連接的計算機。
[0006] -種光纖陣列端面傾斜角測量方法，具體為：
[0007] 一個平均輸出功率為50mw的氦氖激光器作為光源，通過一個焦距為4. 5mm的短焦 距匯聚透鏡將激光束聚焦，產生發散角度較大且近似于球面波的光波，照射位于固定平臺 的光纖陣列樣品側面，得到光纖陣列傾斜面的投影，通過一個焦距為70mm的長焦距匯聚透 鏡對光纖陣列傾斜面影子進行成像，影子投影成像到毛玻璃片上，利用CCD8將光纖陣列傾 斜面影像導入計算機，通過調節CCD前端自帶鏡頭的焦距和光圈調節圖像清晰度，利用計 算機自帶的MB-Ruler軟件測量該影子傾斜面的角度，即光纖陣列端面的傾斜角度。
[0008] 本發明的光纖陣列端面傾斜角測量儀利用對光纖陣列端面傾斜角進行投影，并通 過匯聚透鏡組對端面傾斜角影子進行放大的原理，使用高精度的測量角度軟件對端面傾斜 角直接進行測量，結構簡單、價格低廉、測量精度高。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明實施例提供的光纖陣列端面傾斜角測量儀的俯視圖；
[0010] 圖2是本發明實施例提供的光纖陣列端面傾斜角測量儀的主視圖；
[0011] 圖3是本發明實施例提供的樣品偏移角導致測量誤差原理圖；
[0012] 圖4是本發明實施例提供的偏移角度與實測值關系曲線；
[0013] 圖中：1、氦氖激光器；2、短焦距匯聚透鏡；3-5、固定平臺；6、長焦距匯聚透鏡；7、 毛玻璃片；8、CCD。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本本發 明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本本發明，并不 用于限定本發明。
[0015] 下面結合附圖及具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。
[0016] 如圖1和圖2所示，本發明是這樣實現的，一種光纖陣列端面傾斜角測量儀包括一 個作為光源的氦氖激光器1、位于氦氖激光器后方的短焦距匯聚透鏡2、位于短焦距匯聚透 鏡后方的固定平臺3-5、位于固定平臺3-5后方的長焦距匯聚透鏡6、位于長焦距匯聚透鏡 6后方的毛玻璃片7、位于毛玻璃片7后方的CCD8和與(XD8連接的計算機。
[0017] 一種光纖陣列端面傾斜角測量方法，具體為：
[0018] 一個平均輸出功率為50mw的氦氖激光器1作為光源，通過一個焦距為4. 5mm的短 焦距匯聚透鏡2將激光束聚焦，產生發散角度較大且近似于球面波的光波，照射位于固定 平臺3-5的光纖陣列樣品側面，得到光纖陣列傾斜面的投影，通過一個焦距為70mm的長焦 距匯聚透鏡6對光纖陣列傾斜面影子進行成像，影子投影成像到毛玻璃片7上，利用CCD8 將光纖陣列傾斜面影像導入計算機，通過調節CCD8前端自帶鏡頭的焦距和光圈調節圖像 清晰度，利用計算機自帶的MB-Ruler軟件測量該影子傾斜面的角度，即光纖陣列端面的傾 斜角度。
[0019] 對光纖陣列端面影子傾斜角度的測量，可以轉化兩條相交直線的測量，測量時采 用計算機軟件中的角度測量工具，該工具是由兩條相交的直線組成，其中一條是a線，另 一條是0線，它們都分別對應著直角坐標系中的一個角度，通過轉動這兩條線的角度并移 動使其與被測量的影子的端面傾角重合，軟件將直接在旁邊的小白方框中顯示a和0的 讀數。
[0020] 其中a和0分別為這兩條測量邊對應的角度，其夾角的余角即為該光纖陣列端 面的傾斜角，所以光纖陣列端面傾斜角為
[0021] y = 90。_(0 -a ) (1)
[0022] 圖3是樣品偏移角導致測量誤差原理圖，圖中A為樣品，B為樣品的投影，B為樣品 的偏移角度，a為樣品的底邊長，b為樣品的高，樣品的真實角度為8°，而角度的測量值為 丫 °
[0023]根據圖 3,有幾何關系 a' = acosB，b = atan8。，而 tan y = b/a' ；
[0024] 所以
[0025] 當光垂直照射樣品時，測量值與真實值沒有偏差，隨著偏移角正向或反向增加時， 測量值隨之減小。當偏移角度為10°時，測量值的偏差為0.12°，偏移角為5°時，測量值 的偏差為0.03°，而實際搭建光路中，能夠控制光束和樣品端面垂直的偏差角在5°以內。 因此由搭建光路所造成的偏差角誤差最大為0.03°。
[0026] 本發明的光纖陣列端面傾斜角測量儀利用對光纖陣列端面傾斜角進行投影，并通 過透鏡組對端面傾斜角影子進行放大的原理，使用高精度的測量角度軟件對端面傾斜角直 接進行測量，結構簡單、價格低廉、測量精度高。
[0027] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種光纖陣列端面傾斜角測量儀，其特征在于，所述的光纖陣列端面傾斜角測量儀 包括一個作為光源的氦氖激光器、位于氦氖激光器后方的短焦距匯聚透鏡、位于短焦距匯 聚透鏡后方的固定平臺、位于固定平臺后方的長焦距匯聚透鏡、位于長焦距匯聚透鏡后方 的毛玻璃片、位于毛玻璃片后方的CCD和與CCD連接的計算機。2. -種光纖陣列端面傾斜角測量方法，其特征在于，所述的光纖陣列端面傾斜角測量 方法具體為：將一個平均輸出功率為50mw的氦氖激光器作為光源，通過一個焦距為4. 5mm 的短焦距匯聚透鏡將激光束聚焦，產生發散角度較大且近似于球面波的光波，照射位于固 定平臺的光纖陣列樣品側面，得到光纖陣列傾斜面的投影，通過一個焦距為70mm的長焦距 匯聚透鏡對光纖陣列傾斜面影子進行成像，影子投影成像到毛玻璃片上，利用CCD8將光纖 陣列傾斜面影像導入計算機，通過調節CCD前端自帶鏡頭的焦距和光圈調節圖像清晰度， 利用計算機自帶的MB-Ruler軟件測量該影子傾斜面的角度，即光纖陣列端面的傾斜角度。3. 如權利要求2所述的光纖陣列端面傾斜角測量方法，其特征在于，對光纖陣列端面 影子傾斜角度的測量，轉化兩條相交直線的測量。
【專利摘要】本發明公開了一種光纖陣列端面傾斜角測量儀及測量方法，該光纖陣列端面傾斜角測量儀包括一個作為光源的氦氖激光器、位于氦氖激光器后方的短焦距匯聚透鏡、位于短焦距匯聚透鏡后方的固定平臺、位于固定平臺后方的長焦距匯聚透鏡、位于長焦距匯聚透鏡后方的毛玻璃片、位于毛玻璃片后方的CCD和與CCD連接的計算機。本發明的光纖陣列端面傾斜角測量儀利用對光纖陣列端面傾斜角進行投影，并通過透鏡組對端面傾斜角影子進行放大，使用高精度的測量角度軟件對端面傾斜角直接進行測量，結構簡單、操作簡便、配套容易、價格低廉、測量精度高。
【IPC分類】G01B11/26
【公開號】CN104930988
【申請號】CN201510366743
【發明人】周自剛, 范宗學, 張教文, 陳俊江, 劉昂, 李鑫, 趙旭陽, 馮杰
【申請人】西南科技大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月29日