专利名称：塑料光纤传输损耗无损检测方法
技术领域：
本发明涉及一种对塑料光纤传输损耗进行无损实时检测的方法。
背景技术：
塑料光 纤的传输损耗系数是衡量塑料光纤质量的重要參数，然而目前对其进行测量的手段不多。如文献“塑料光纤衰减测试方法的探讨”中所述，现在主要的測量方法有三种截断法、插入损耗法和后向散射法。其中市场上有一种基于截断法的测量仪器(北京万丰通达公司的FibKey WF6803)，但是以上方法都不能应用到生产线上进行实时测量，而是将生产出的光纤产品进行截断采样，然后在样品光纤的截面上注入和提取光能量，通过处理注入与提取的光功率信息获得光纤的传输损耗系数。其缺点是一、通过提取产品光纤中的一段样品进行采样测量，不能实现在线测量，无法及时获得生产线上的光纤质量信息，实时性很差；ニ、因为是采样测量，所以需要投入部分人力，还要切除大量样品光纤，造成了人力、物力的浪费；三、通过测量样品的损耗系数，来标定全部产品的损耗信息，准确性和可靠性差。另ー方面，传统的石英光纤传输损耗在线测量系统也无法复制到塑料光纤生产线上，如发明专利“ Method for using on line optic fiber loss monitor(专利号:US4, 081, 258) ”提出如下方案在固定于拉丝塔上的光纤预制棒一端注入光信号，在光纤产品的接收端提取光信号，通过处理注入与提取的光信号来获得光纤传输损耗系数。但是这种方案无法应用到塑料光纤生产线上，因为石英光纤传输损耗极低，光在纤芯内传输甚至数十千米后，在产品接收端依旧可以提取到足够强度的光信号；然而，塑料光纤传输损耗极大，在挤出机处注入光信号，随着光纤产品挤出到一定长度后(比如200m)，在产品接收端将无法探測到足够强度的光信号。综上，目前市场上没有一种可以应用在生产线上的塑料光纤传输损耗实时检测系统。

发明内容
本发明提供了一种塑料光纤传输损耗无损检测方法，主要解决了现有检测方法必须截断塑料光纤才能检测，以及无法对塑料光纤传输损耗进行在线检测的问题。本发明的具体技术解决方案如下该塑料光纤传输损耗无损检测方法，包括以下步骤I]选取塑料光纤中的任意一段作为待测光纤，将待测光纤长度记录为L，2]将待测光纤的一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；同样，将待测光纤的另一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没于ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；3]入射光穿过外部高折射率介质环境，在浸没于所述外部高折射率介质环境中的待测光纤一端弯曲段的表面处，通过光纤包层实现光信号的注入，使入射光信号进入纤芯传输；注入到光纤纤芯的光信号在待测光纤另一端弯曲部分通过光纤包层辐射到外部介质环境中；探測此时辐射出的光信号功率并记录为P1;4]将待测光纤长度増加至L+AL，即增加了长度为AL的塑料光纤段，重复步骤2和步骤3，探測此时辐射出的光信号功率并记录为P2。5]通MP1, P2及AL，得到光纤传输损耗系数a。上述步骤3中，入射光应与光信号实现注入后光纤恢复拉直状态的平直部分平行或接近平行。 上述步骤I中，L的长度决定于被测塑料光纤纤芯内的光场模式分布达到稳定所需的传输距离，以大于20米为佳。上述步骤2中，对于被测塑料光纤，其弯曲的曲率半径R的选择须满足R不能过小以避免永久地改变光纤原有属性或损伤光纤，R也不能过大以妨碍光能量的高效注入和提取。两段弯曲的曲率半径相同，曲率半径以8mm到16mm为佳。上述步骤3中，入射光射入待测段光纤时的光束直径大于塑料光纤纤芯直径。上述步骤2中所述的介质，以选择折射率匹配液为佳，折射率匹配液应与塑料光纤不发生化学反应、不改变塑料光纤属性、不腐蚀塑料光纤。上述步骤3中，对辐射出的光信号进行汇聚，将汇聚后的光信号功率进行探测并I■己求。上述步骤5中，将光信号注入后，第一次提取的光信号的功率P1作为第二次提取的光功率所对应的输入光功率，将第二次提取的光信号的功率P2作为第一次提取的光功率所对应的输出光功率，将Pp P2分别视为AL段塑料光纤两端的输入光功率与输出光功率，结合长度AL并代入公式求得传输损耗系数。上述步骤3中，入射光应由650nm的半导体激光光源发出，通过光准直系统并经步骤2所述的介质进入塑料光纤纤芯中。该塑料光纤传输损耗无损检测方法还可应用于在线检测，在线进行检测时，包括以下步骤I]从塑料光纤拉制系统中选取塑料光纤任意一段作为待测光纤段，将待测光纤长度记录为L ；2]将待测光纤的一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；同样，将待测光纤的另一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没于ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；3]入射光穿过外部高折射率介质环境，在浸没于所述外部高折射率介质环境中的待测光纤一端弯曲段的表面处，通过光纤包层实现光信号的注入，使入射光信号进入纤芯传输；注入到光纤纤芯的光信号在待测光纤另一端弯曲部分通过光纤包层辐射到外部介质环境中；探測此时辐射出的光信号功率并记录为P1 ;4]将待测光纤长度増加至L+AL，即增加了长度为A L的塑料光纤段，重复步骤2和步骤3，探測此时辐射出的光信号功率并记录为P2 ；5]通MP1, P2及AL，得到光纤传输损耗系数a。上述步骤I中，L的长度决定于被测塑料光纤纤芯内光场模式达到稳定分布所需的传输距离，以大于20米为佳。上述步骤2中，被测塑料光纤弯曲的曲率半径R的选择须满足R不能过小以避免永久地改变光纤原有属性或损伤光纤，R也不能过大以妨碍光能量的高效注入和提取。两段弯曲的曲率半径相同，曲率半径以8mm到16mm为佳。
上述步骤3中，入射光射入待测段光纤时的光束直径大于塑料光纤纤芯直径。上述步骤2中所述的介质，以选择折射率匹配液为佳，折射率匹配液应与塑料光纤不发生化学反应、不改变塑料光纤属性、不腐蚀塑料光纤。上述步骤3中，对辐射出的光信号进行汇聚，将汇聚后的光功率进行探测并记录。上述步骤5中，将光信号注入后，第一次提取的光信号的功率P1作为第二次提取的光功率所对应的输入光功率，将第二次提取的光信号的功率P2作为第一次提取的光功率所对应的输出光功率，将Pp P2分别视为AL段塑料光纤两端的输入光功率与输出光功率，结合长度AL并代入公式求得传输损耗系数。上述步骤3中，入射光应由650nm的半导体激光光源发出，通过光准直系统并经步骤2所述的介质进入塑料光纤纤芯中。本发明的优点是I、该塑料光纤传输损耗无损检测方法，主要通过由折射率匹配块、折射率匹配液、光纤弯曲夹持器三者构成的光注入模块和光提取模块在生产线上任意一段适当长度的光纤两节点处分别实现光信号注入和光信号提取，通过处理探測到的光功率信息获得光纤传输损耗系数，进而实现生产线上的传输损耗系数实时测量，实现全天候在线监测生产过程。2、该塑料光纤传输损耗无损检测方法的核心是提出了一种新颖的光注入与光提取方法，即提出了ー种新式的光注入模块和光提取模块的方案。所述光注入模块和光提取模块均使光纤弯曲，并且使弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在高折射率介质环境中。在所述的浸没于高折射率介质环境中的光纤弯曲部分的表面处，实现光信号的注入与提取。该方法无需截断光纤，在光注入和光提取过程中不会对光纤产生任何损坏、损伤，从而可实现无损伤测量。3、上文提及的新式光注入与光提取方法的光耦合效率较高，理论模拟表明，在光注入节点处将光能量耦合到光纤纤芯以及在光提取节点处将纤芯内光能量耦合到光纤包层外的光I禹合效率均可达50%以上。4、上文提到的光注入方法和光提取方法，其设计结构简单，对环境要求不高，有较好的稳定性和可靠性。


图I是塑料光纤传输损耗在线检测系统示意图；图2是注入(提取)模块的三维结构线框图；图3是用相关软件进行仿真的光注入能量分布；图4是整合注入与提取模块的三维结构线框图。
具体实施例方式本发明的原理如下
选取塑料光纤中的任意一段作为待测光纤，在其两节点处分别高效地注入和提取光能量，并保证有足够强度的光功率信息可以被光功率计探测到，利用提取出的光功率信息获得光纤的传输损耗系数；同时，该方案将光纤包层外的光能量经由光纤包层耦合到光纤纤芯，之后将纤芯内的光信号通过包层提取出光纤，整个测量过程中不必截断光纤，也就不会损伤、损坏塑料光纤，从而实现了光纤传输损耗的无损测量；由于该方法可以实现对塑料光纤的无损检测，故可以应用在连续运转的塑料光纤生产线上，进行在线无损实时检測。以下结合附图对本发明进行详述该塑料光纤传输损耗无损检测方法，包括以下步骤I]选取塑料光纤中的任意一段作为待测光纤，将待测光纤长度记录为L ;其中L的长度决定于被测塑料光纤纤芯内的光场模式分布达到稳定所需的传输距离，以大于20米为佳，因为长度过长将无法在提取过程中获得足够强度的光功率，而光纤长度过短将导致纤芯内的光场模式从而光功率分布不稳定；2]将待测光纤的一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；同样，将待测光纤的另一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没于ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；对于被测塑料光纤，其弯曲的曲率半径R的选择须满足R不能过小以避免永久地改变光纤原有属性或损伤光纤，R也不能过大以妨碍光能量的高效注入和提取，两段弯曲的曲率半径相同，曲率半径以8mm到16mm为佳；其具体方案是将待测光纤的一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在一种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；入射光穿过外部高折射率介质环境，在浸没于所述外部高折射率介质环境中的光纤弯曲段的表面处，通过光纤包层实现光信号的注入，使入射光信号进入纤芯传输；3]该步骤主要利用光注入法和光提取法完成，其具体是入射光穿过外部高折射率介质环境，在浸没于所述外部高折射率介质环境中的待测光纤一端弯曲段的表面处，通过光纤包层实现光信号的注入，使入射光信号进入纤芯传输；注入到光纤纤芯的光信号在待测光纤另一端弯曲部分通过光纤包层辐射到外部介质环境中；探測此时辐射出的光信号功率并记录为P1 ;采取光注入法进行光信号注入，入射光一般选择由650nm的半导体激光光源发出，通过光准直系统并经步骤2所述的介质进入塑料光纤纤芯中，入射光在光纤弯曲处通过光纤包层注入到光纤纤芯中后，由于大部分光线满足全内反射条件，在纤芯内形成稳定的纤芯模式，即完成了光能量的注入；理论模拟了光注入节点之后IOcm处的光纤纤芯截面光功率分布(如图3)，实际注入功率达到了入射光功率的50%以上；其中，入射光应与光信号实现注入后光纤恢复拉直状态的平直部分平行或接近平行；光注入法具体可以采取光注入模块的结构形式来实现，但并不限于该结构光注入模块由折射率匹配块、折射率匹配液、光纤弯曲夹持器组成，其中折射率匹配块和折射率匹配液的折射率要求大于或等于光纤包层材料折射率，并且它们是透明材料，另外，要求折 射率匹配液与塑料光纤不发生化学反应、不改变塑料光纤属性、不腐蚀塑料光纤，通过折射率匹配液和折射率匹配块，可以将光纤弯曲部分的整体或其部分表面浸入高折射率介质环境中。光纤弯曲夹持器和折射率匹配块配合使用，二者将光纤固定夹持，并使得塑料光纤以一定曲率半径弯曲；光提取方法用到的器件以及器件的使用方法与光注入方法相似，当光信号在待测光纤内传输距离L(単位m)后，在提取节点处通过光纤弯曲夹持器、折射率匹配块和折射率匹配液，将光纤弯曲，并且使弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在高折射率介质环境中；在实际测量中，光纤的弯曲处会有大量光能量通过光纤包层辐射出光纤，并通过折射率匹配块传输到外侧空气中，用光束汇聚透镜组将这部分能量汇聚到光功率计探头上，记录此时光功率P1 ;4]将待测光纤长度増加至L+AL，即增加了长度为A L的塑料光纤段，重复步骤2和步骤3，探測此时辐射出的光信号功率并记录为P2 ；5]由两次光功率值及两次测量对应的光纤长度间隔AL及PpP2可求出光纤传输 损耗系数a (単位dB/m)
10, 「乃)CC = -^-Iog10 — o图4给出了整合光注入模块和光提取模块的三维结构线框图。在不考虑光纤传输损耗的简单情形下，理论模拟了图4所示结构的光传输过程，获得了高达25%以上的光能量利用率，表明该方法可完全满足塑料光纤传输损耗系数测量的要求。同时，由于该方法无损检测的特性，使得该方法可以进行在线检测，在线检测吋，仅需增加光纤存储机构即可。
权利要求
1.一种塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤 1]选取塑料光纤中的任意一段作为待测光纤，将待测光纤长度记录为L； 2]将待测光纤的一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没在一种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中；同样，将待测光纤的另一端弯曲，同时使该弯曲处的光纤整体或其部分表面浸没于ー种大于或等于光纤包层折射率的外部介质环境中； 3]入射光穿过外部高折射率介质环境,在浸没于所述外部高折射率介质环境中的待测光纤一端弯曲段的表面处，通过光纤包层实现光信号的注入，使入射光信号进入纤芯传输；注入到光纤纤芯的光信号在待测光纤另一端弯曲部分通过光纤包层辐射到外部介质环境中；探測此时辐射出的光信号功率并记录为P1 ； 4]将待测光纤长度増加至L+AL，即增加了长度为AL的塑料光纤段，重复步骤2和步骤3，探測此时辐射出的光信号功率并记录为P2 ； 5]通MP1,P2及AL，得到光纤传输损耗系数a。
2.根据权利要求I所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤3中，入射光应与光信号实现注入后光纤恢复拉直状态的平直部分平行或接近平行。
3.根据权利要求2所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤I中，L的长度决定于被测塑料光纤纤芯内的光场模式分布达到稳定所需的传输距离。L的长度以大于20米为宜。
4.根据权利要求3所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤2中，对于被测塑料光纤，其弯曲的曲率半径R的选择须满足R不能过小以避免永久地改变光纤原有属性或损伤光纤，R也不能过大以妨碍光能量的高效注入和提取。曲率半径以8mm到16mm为宜。
5.根据权利要求4所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于入射光应由650nm的半导体激光光源发出，通过光准直系统并经步骤2所述的介质进入塑料光纤纤芯中。入射光射入待测光纤时的光束直径大于塑料光纤纤芯直径。
6.根据权利要求5所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤2中所述的介质，为折射率匹配液，折射率匹配液应与塑料光纤不发生化学反应、不改变塑料光纤属性、不腐蚀塑料光纤。
7.根据权利要求6所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤3中，对辐射出的光信号进行汇聚，将汇聚后的光信号功率进行探测并记录。
8.根据权利要求7所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤5中，将光信号注入后，第一次提取的光信号的功率P1作为第二次提取的光功率所对应的输入光功率，将第二次提取的光信号的功率P2作为第一次提取的光功率所对应的输出光功率，-Pp P2分别视为AL段塑料光纤两端的输入光功率与输出光功率，结合长度AL井代入公式求得传输损耗系数。
9.根据权利要求I至8任一所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述步骤I中，所选取塑料光纤是从运行的塑料光纤拉制系统中直接引入检测。
10.根据权利要求9所述的塑料光纤传输损耗无损检测方法，其特征在于所述从运行的塑料光纤拉制系统中选取待测塑料光纤后，将该段光纤固定，而测量过程中生产的光纤要存放到光纤临时暂存单元上。
全文摘要
本发明提供了一种塑料光纤传输损耗无损检测方法，该塑料光纤传输损耗无损检测方法，主要通过由折射率匹配块、折射率匹配液、光纤弯曲夹持器三者构成的光注入模块和光提取模块在生产线上任意一段适当长度的光纤两节点处分别实现光信号注入和光信号提取，通过处理探测到的光功率信息获得光纤传输损耗系数，进而实现生产线上的传输损耗系数实时测量，实现全天候在线监测生产过程。同时，该方法无需截断光纤，在光注入和光提取过程中不会对光纤产生任何损坏、损伤，从而还可实现无损伤测量。
文档编号G01M11/02GK102645320SQ20121010708
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者任立勇, 林霄 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西翰威科技发展有限公司