專利名稱：光導纖維接頭檢驗系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光導纖維接頭檢驗系統。
光導纖維連接器和連接裝置是任何光纖通訊系統中重要組成部分。例如，連接器或連接裝置可用于把幾段光纖連接成較長的光纖或把光纖連接到有源裝置(諸如發射源，檢測器，或中繼器之類)或無源裝置(諸如開關或衰減器之類)。考慮到多模光纖心線直徑為50微米而單模光纖的直徑只有8微米，要達到正確連接并非小事。由于兩根光纖適當連接的要求的精確性和這種連接不把不能接受的衰減量引入通訊系統的重要性，檢驗光纖的正確連接是很有益的。
現有多模光纖連接技術是采用精密玻璃插頭以終止光纖，并使用塑料套圈校直和卡住該插頭。這種技術的全部連接組件，通過在插頭端用螺旋彈簧施加的軸向負載，保證其機械完整性。另外，這種連接組件與醫用明膠折射率匹配。在通常已知的美國專利第4880291號中揭示了這種接頭的更詳細的細節。
在上述連接器或接頭中，通過轉動彼此相對的插頭能得到最小損耗。影響個別最小損耗的一些因素包括1)在包層內部纖芯位置引起的偏心;2)在插塞孔內部光纖的位置;3)孔相對于插頭外徑的位置。
目前用于對插頭轉動時的接頭損耗進行監測的兩種方法是端對端發射測量和光學時域反射計(OTDR)測量。使用端對端發射測量以獲得最小接頭損耗需要使用光源(發光二極管或激光)來激勵要加以連接的光纖，把適當的檢測器和功率檢測裝置放在要加以連接的光纖的遠端。對于現場連接通常需要在中心局裝有光源并在連接點(與要加工的接頭相鄰)裝有檢測器(典型的是功率表)。這種最佳化連接方法的基本缺點是需要打開裝有所需兩個連接組的相鄰檢查孔，由于測量中的光纖損耗而無法對光纖損耗作精確測量，和向連接器反饋發射功率中存在困難。
連接對準的OTDR方法需要與要加以連接的光纖相通并在OTDR和接頭螺旋裝置之間加入通訊電路。在連接對直時，就把來自TDR的接頭損耗傳到連接器。這種測量和調整的過程多次反復直到確定連接的最佳特性為止。由于光纖參數不同，這種由單向OTDR測量法測定的接頭損耗并不準確。精確的OTDR接頭損耗測量法需要從兩個方向都做測量并取平均。OTDR的另一個缺點是相對較低的采樣比。OTDR的另一個缺點是相對較低的采樣比。OTDR的再一個缺點是它的范圍。采用現有技術水平的設備，在OTDR必須更靠近連接點之前，只允許有相對有限的范圍。
根據現有接頭檢驗技術的上述問題，現有技術所需的而看上去又尚未提供的是一個可靠的系統，它能提供最佳化連接和在連接點上的損耗測量。所需系統應能調節或“調諧”光纖接頭使其損耗最小并不斷地用分貝把損耗量表示出來。
先有技術的上述問題已經如權利要求所陳述的那樣由本發明的光纖接頭檢驗系統加以解決。


圖1為根據本發明的光纖接頭檢驗系統在其敞開位置的等角圖;
圖2為根據本發明的參考電源模塊的局部放大的等角圖;
圖3為本發明的參考電源模塊的側視圖;
圖4為在本發明的檢驗系統內部電子元件的方框圖。
在圖1中描述光纖接頭檢驗系統的較好實施例，一般用參考數字10來標記。在結構上，本發明的較好實施例的接頭檢驗設備包括兩個特殊部分。第一部分在這里稱作參考電源模塊，在圖1-3中一般被說成項號12。本檢驗設備的第二部分在這里稱作檢驗模塊，在圖1中一般以參考數字14來標記。
如上所述，本發明的檢驗設備的第一特殊部分是圖2和3的參考電源模塊12。參考電源模塊12的作用是在要求接頭的點上精確測量和記錄經由有源光纖傳輸的光級。如圖2所示，參考電源模塊12包括兩部分，即光纖定向部分16和參考光檢測部分18。另外，這兩部分都由參考模塊基座20支撐。
概括地說，光纖定向部分16為有源光纖在其所需檢驗點上正確定向和接收提供機械支持。光參考檢驗部分18緊靠著光纖定向部分16，并限定一個沒有外來光的檢測區。具體地說，光參考檢測區包括一個覆蓋裝置22，它對某一個二極管(未具體示出)提供保護，其操作以后會加以討論，二極管覆蓋層22還防止不希望有的光線進入二極管的檢測區，從而只有從有源光纖的一端發射出的光對能射到二極管上。
光纖定向部分16由在本文中稱作參考模塊蓋24的覆蓋裝置所包圍。蓋子24經由絞鏈26與參考模塊基座20相連，絞鏈26使光纖很容易插入。最好，光纖定向部分16包括光纖支撐裝置28，30和32，這些支撐裝置位于蓋子24之下并與參考模塊基座20相連，為協助光纖在參考電源模塊12內部的正確定向提供制導或軌道。具體地說，光纖制導裝置的一個部分28起支撐裸端光纖作用，使其與二極管的表面保持適當距離，而光纖制導裝置的第二部分32協助把緩沖光纖部分定位。除了覆蓋二極管不受外來光線影響外，蓋子24還包括一個放在適當位置上的彈簧34，施加向下的力把要測量的插入光纖保持在光纖制導裝置內的適當位置。
在對輸入光纖接頭的光信號的標準功率測定后，就開始對接頭提供的光導連接的有效性進行檢驗的實際步驟。如圖1所示，本發明提供一種光導接頭檢驗單元，其機械部分包括主體部分，由參考號36標明，和由元件38標明的先屏蔽覆蓋組件。
主體部分36包括一個接頭嵌套40，它最好放在檢驗單元14的中心部位，使接頭(未示出)可靠保持在所需位置。在本發明的較好實施例中，接頭嵌套40設計成能接收其彈簧邊向下的CSL接頭。接頭嵌套中的CSL接頭的縱向對直形成一個橫跨主體部分36的寬度延伸的光纖布局通道。
為使光纖沿光纖布局通道保持理想位置，主體部分的每一邊另外裝有光纖夾42和44。在本發明的較好實施中，光纖夾是泡沫塊，每個都包括向上的開口槽46和48。調整槽46和48，使之處于縱向光纖布局通道內，并形成光纖從檢驗單元左右兩邊壁進入該單元的入口點。泡沫夾42和44用于在該單元內緊貼地夾住適當長度的光纖以防止不必要的光線從任何一個光纖入口點進入該單元。
另外，為了使無源裸端光纖輕易地插入扣緊的接頭，在主體部分36內有一個槽形導座50，它與接頭軸向對直并以端對端構造形式與該接頭對準。槽形導座最好由黃銅制成并向上傾斜，使黃銅導座的底端與接頭靠近而導座的上端指向主體部分36靠近右邊泡沫夾44的一側。
最好把光屏蔽覆蓋組件38作為樞軸連接到接頭檢驗單元的主體部分36。覆蓋組件38的主要作用是提供一種可靠而容易使用的裝置，用于充分地隔離接頭嵌套40和其中的所有光纖接頭，使其不受不需要的外來光線的照射，由于接頭和檢測單元與周圍光線隔離，基本上出現在有源光纖內的任何一種類型的信號都能加以測量并用作參考電平。有源光纖中的特殊信號在特性上不必與普通光源的不同部分有區別。另外，覆蓋組件為操作者使用參考模塊12和接頭嵌套40內部的任何接頭提供通路。
覆蓋組件38裝有手柄52，最好從覆蓋組件的正面伸出，供操作員在打開和關閉覆蓋組件時使用。在本發明的較好實施例中，手柄52可包括一個磁性閂銷機構54，以便在接頭檢驗操作期間，可靠地把覆蓋組件保持在其空位上。
覆蓋組件38的另一個部件是接頭鎖定機構56，它在覆蓋組件關閉時，鎖定接頭嵌套內的CSL接頭裝有在兩個位置之間栓牢的夾緊彈簧。CSL連接裝置的一個位置能打開接頭，使光纖端很容易插入和移出接頭。相反，第二個位置使夾緊彈簧對光纖產生一個壓力防止它從接頭中移出。
本發明的檢驗單元允許CSL接頭按照其敞開位置裝入接頭嵌套40。不同的光纖端可根據需要插入連接裝置。當每個光纖端正確地放入接頭內部的適當位置時，把覆蓋組件38關閉，以便真正開始接頭檢驗過程。在覆蓋組件38關閉或移到其測量位置后，以前打開的CSL接頭被接頭鎖定機構56撥到其關閉位置。在接頭處于其關閉位置后，借此把兩光纖端可靠地夾在一起，操作員可進一步利用本發明的檢驗單元證實新近形成的接頭的光學操作。
使用本發明正確檢驗光導接頭的初始步驟是精確測量引入形成的接頭的光能的基本特性。使用上述參考電源模塊12，操作員可獲得通過有源光纖傳到接頭的光量的指示。本發明的參考電源模塊12在形成光接頭的某一點上精確捕捉和測量通過有源光纖傳輸的光量。相應地，本發明的檢驗單元測量從包括有源光纖的光接頭漏出的散射光的總量。
然后通過建立捕捉到的從接頭漏出的丟失光能的總量與輸入到接頭的能級的比率，操作員就可決定接頭的損耗率是否在可允許的范圍內。如果實測的接頭損失是不能接受的，CSL接頭就從檢驗單元的接頭嵌套40中取出，打開到其敞開位置并調整光纖端，以改進接頭連接。于是可重復上述使用本發明的檢驗單元的過程以關閉CSL接頭并檢驗其光學操作。這一過程可多次重復，至建立起滿意的光導接頭為止。
以下詳述使用本發明的檢驗單元證實CSL接頭的光學操作的過程步驟。第一，關閉覆蓋組件并且單元上電進行初始自檢過程，見圖4，單元44。在自檢完成后，用一個聲或光信號指示該單元操作正常并準備好進一步操作，而另一種聲或光信號可指示自檢失敗。在自檢過程成功完成后，覆蓋組件38打開，CSL接頭放入接頭嵌套40內，使其彈簧邊向下。
有源光纖準備進行基準測量和連接。在本發明的較好實施例中，準備過程包括在光纖上剝開一段長12毫米的裸露段。有源光纖隨后放入參考模塊12，如圖2和3所示，并如上所述，使有源光纖的裸端靠近組件有二極管的部分，而覆蓋的邊緣少量(2-6毫米)放在中間止動器30的無二極管邊上。在參考模件蓋24關閉后，光纖在二極管覆蓋層22下向二極管(未示出)輕輕滑入，至感到中間止動器30上的覆蓋層的阻力后停止。中間止動器的阻力表示有源光纖端與基準檢測器的距離適當。
在有源光纖在參考模件12內正確對直后，可以開始基準測量。在較好實施例中，如果實測的基準信號在0至-30毫瓦分貝，該基準信號電平保存至另一個基準測量開始。如果基準信號電平超過范圍，則激活另一種類型的顯示。但是，應該注意，在本發明中，提供給操作員一個測量到的實際損失值的詳細而連續的顯示。詳細顯示信息的選擇由操作員根據應用項進行。
在測量和存儲了一個允許的基準信號后，光纖端可由接頭嵌套40中的CSL接頭連接起來。為使有源光纖端正確放入CSL接頭，在有源光纖從參考模塊中移出后，有源光纖被覆蓋部分要安全放入左邊光纖夾42內。這里所述的左邊光纖夾42是最靠近參考模件12的光纖夾;如圖1所示。有源光纖左光纖夾42內定向，使通過檢驗單元的有源光纖有足夠的長度，使有源光纖的裸端正確插入到接頭嵌套40內的CSL接頭內。
根據以上步驟，在接頭嵌套內正確放置有源光纖后，進行準備和安排無源光纖的連接的相似步驟。第一，剝開無源光纖部分的一端，大約12毫米。以后，把無源光纖覆蓋部分插入右邊光纖夾44。用對直有源光纖相同的步驟，使足夠長度的無源光纖部分穿過檢驗單元，使無源光纖的剝開端正確放置在接頭嵌套40內的CSL接頭中。
但是，為進一步幫助安排無源光纖端，本發明設置一個傾斜光纖制導系統50。如前所述和圖1所示，光纖導座50從右邊泡沫光纖夾44伸到接頭嵌套40。在較好實施例中，無源光纖的剝開端以盡可能小的角度放到導座50中，并慢慢延導座滑入，至無源光纖端插入到CSL接頭中。無源光纖端應插入CSL接頭中足夠長度，使原先插入的有源光纖的一部分退出接頭。由于有源光纖的一部分被左邊光纖夾44夾住，在接頭中對有源光纖的力使有源光纖在左邊光纖夾44和連接套40的部分產生彎曲。應該注意，由于CSL接頭的結構，光纖連接可通過CSL接頭殼體透鏡(housinglens)觀察。
對CSL接頭中兩個光纖端檢驗有源和無源光纖在接頭處的彎曲。而后關好殼體覆蓋組件38。根據本發明的較好實施例，完全關閉殼體覆蓋組件38使CSL接頭內的連接彈簧(未示出)接合。CSL接頭內的連接彈簧是向每個光纖端施加足夠大的力的機構，以形成和保持兩個要連接的光纖部分的可靠的，低損耗的光學連接。除了接合CSL連接彈簧，關閉覆蓋組件38，還使磁性開關組件動作，它在覆蓋組件完全關閉后開始光損耗測量過程。
為進行光損耗測量，本發明的較好實施例在CSL接頭的無源光纖端上連接一個以二極管為基礎的光學檢測單元。但是，由于CSL接頭的獨特結構，從接頭漏出的光線不能以預知的方式漏出。與此相反，由于CSL接頭內有多個邊和面，它使漏出光在接頭內多次折射后才漏出接頭。因此，本發明還包括一個光導管58位于緊接在無源光纖的CSL接頭的端頭或輸出端。光導管58用于捕捉和引導從CSL接頭漏出的所有光射向光學檢測單元60。本發明用光導管58引導或傳送捕捉到的接頭的漏出光到一個特殊檢測區，由于可對漏出光進行一定程序的控制這樣就可使用一個有較小有效區的光測器。這種捕捉功能對CSL接頭結構的連接損耗的精確測量很重要。此外，必須注意，對捕捉到的漏出光的量進行測量的光檢測單元可以是任何已知的光檢測系統。
從電子學角度，如圖4所示，本發明的較好實施例基本上由三個組件組成，它們一起提供CSL接頭內光損耗量的現場測量數據。總的來說，電子部件用于把光信號轉換成電信號，并處理那些信號，為用戶提供測量和控制信號。整個檢驗單元最好是由電池驅動，重量輕，并設計成耐得住沖擊和典型的現場溫度極限。
這些電子部件的第一部分在這里稱作檢測組件，在圖4中以項號70標記。在較好實施例中，檢測組件70包括兩個光敏二極管72和74，分別是基準檢測器72和漏光檢測器74。基準檢測器72提供參考光功率級，作為隨后的與漏光耗測量進行比較的基點，而漏光檢測器74對未完全通過無源光纖部分的CSL接頭的光能進行測量。如前所述，特別是在CSL接頭內，損耗光能在強度和幾何形狀上都不相同，所以要用一個相對較大的(3毫米)有效區檢測器與上述光導管相連接，用于捕捉，傳導和測量從接頭漏出的光能。在較好實施例中，基準檢測器72把一個1毫米銦鎵砷(InGaAs)光敏二極管包括進去。
選擇銦鎵砷光敏二極管是因為它有較高可靠性，或量子效率和較高的分流電阻，這是由于要在較高周圍溫度環境下使用，總的來說，光敏二極管的輸出在數年操作后是線性的電流。此外，本實施例可與一個補償由溫度引起的檢測器的分流電阻的變化的算法系統。
電子部件的第二部分在這里稱作主電子控制板76。總的來說，主控板76基本上是一個專用光功率表，并根據較好實施例，在功能上分為三(3)部分1)模擬信號處理部分78;2)數字微處理器控制和計算部分80;3)電源部分。
模擬信號處理部分78可包括兩(2)個低漏舌簧繼電器82和84，精密自穩放大器86，和單位增益緩沖器88。從1毫米基準檢測器或3毫米漏光檢測器的光敏二極管中接收到以信號傳送到互阻抗放大器86的輸入端。互阻抗放大器86最好是一個開關增益轉換器，它有五(5)個范圍1伏/毫瓦，1伏/100微瓦，1伏/10微瓦，1伏/1微瓦和1伏/100毫微瓦。一個低輸入偏移電流，低輸入偏移電壓，自穩運算放大器，如TITLE2652使溫度引起的誤差最小。
另外，非插入電壓跟隨器88用在緩沖器88中，緩沖器是互阻抗放大器的輸出。低輸入偏移電壓放大器也可用于此功能，特別是，緩沖器的輸出是由一個簡單的R-C，一級濾波器進行低通濾波的。該濾波器提供大約16Hz的6dB帶寬。
控制板組件80的數字微處理和計算部分處理緩沖器的輸出。具體地，緩沖器88的輸出傳到一個16位，低功率，△-Σ，串行輸出，模擬/數字轉換器90(ADC)中。該ADC90由一個8位CMOS控制器92控制。
在較好實施例中，用于檢驗系統中的微控制器92是工業標準8位CMOS控制器，如8751。控制器92工作時鐘頻率為12MHz，有四(4)個8位通用I/O口，一個通用異步接收一發射器(UART)和低功率操模式。微控制器92控制檢測繼電器82和84，互阻抗放大器86的增益，ADC90，前面板發光二極管(LED)94，96和98，和一些開關。連接損耗計算可在微控制器92內，用編譯器中的浮點庫進行。
控制板的電源部分(未具體示出)最好包括一個五(5)伏(低壓降)的穩壓器和一個負五(-5)伏插件或供給泵。電壓穩壓器，可以是松下2531，提供低壓電池(low-bottary)功能，低電壓關閉功能和電池反相功能。穩壓器可提供+5伏時100毫安的電源電流，其輸入-輸出電壓誤差僅為300毫伏。六(6)節AA型堿電池串聯后提供輸出電壓，電壓在滿充電時的9.0伏(1.5伏/個×6個)到完全放電后的5.4伏(0.9伏/個×6個)之間變化。因此，檢驗系統設計成工作在電池組的滿工作電壓下。雖然上述特殊電源裝置是最佳配置，必須注意，其它已知的電池驅動系統也可在本發明的范圍內使用。
檢驗系統的第三個電子組件是霍爾效應開關組件100。霍爾效應開關，如微開關594S，用于響應磁場的接近，作為檢測檢驗單元10的主覆蓋組件38的關閉的裝置。在確定檢驗開始前單元正確關閉后，就設有周圍光引起漏光量的錯誤指示。
權利要求
1.一種光纖接頭檢驗系統，其特征在于一個參考電源模塊(12)，用于通過測量有源信號在所需的光導連接點處發射的信號，建立一個參考信號強度；一個光檢測區(70)，它沒有任何周圍光線并能嵌入光導接頭中，用于捕捉從光導接頭中漏出的漏出光；一個光檢測器元件(72)，它在光導檢測區內，用于測量光檢測區內漏出光的強度；和參考信號強度與漏出光強度損耗作相關計算的裝置，用于檢驗光導接頭的有效系數。
2.根據權利要求1的檢驗系統，其特征在于參考電源模塊包括一個沒有任何周圍光線的光導檢測區;位于光檢測區內的光檢測器元件，用于檢測從有源光纖輸出的信號強度;和一個光纖導座，用于支撐和校直有源光纖的端頭，使其位于相對于光檢測元件的預定位置。
3.根據權利要求2的檢驗系統，其特征在于用于測量從有源光纖射出的信號強度的光檢測器元件是一個有1毫米有效區的光敏二極管。
4.根據權利要求1的檢驗系統，其特征在于從光導接頭捕捉漏出光的裝置包括一個光導管，它捕捉漏到光導接頭外的光并引導捕捉到的漏出光進入光檢測器元件。
5.根據權利要求4的檢驗系統，其特征在于測量從光導接頭漏出的漏出光強度的光檢測器元件是一個有3毫米有效區的光敏二極管。
6.根據權利要求1的檢驗系統，其特征在于包括圍光導接頭的光檢測區可通過鉸接蓋裝置很容易獲得。當鉸接蓋關閉時保證無周圍光環境的完整性。
7.根據權利要求1的檢驗系統還含有用于接收一個打開的光導連接裝置，該裝置可接收兩個光纖端頭。
8.根據權利要求7的檢驗系統還包含用于關閉光導連接裝置以保證兩個光纖端頭連在一起的裝置。
9.一種檢驗光纖連接有效性的方法，其特征在于以下步驟通過測量在光導連接點經過有源光纖所發射的信號的強度，建立一個參考信號強度;測量從光導接頭處漏出的漏出光的強度;和比較參考信號強度和從光導接頭漏出光的強度損失，以檢驗光導連接的有效性。
10.根據權利要求9的檢驗方法，其特征在于，漏出光的測量是在基本沒有周圍光的光檢測區中進行。
11.根據權利要求9的檢驗方法，其特征在于，光導管捕捉漏到光導接頭外的光并引導捕捉到的光到光檢測器。
12.根據權利要求9的檢驗方法還包括以下步驟，在建立參考信號強度后把有源光纖端頭插入光纖連接裝置，之后關閉連接裝置，以保證在測量從光纖中漏出的漏出光的強度前使兩個光纖端頭連在一起。
全文摘要
本發明的連接檢驗系統(10)由檢測從接頭漏出光而檢驗光導連接的有效性。具體地說，最佳實施例在基本上沒有周圍光的光檢測區內進行漏出光檢測。另外，檢驗系統包括一個參考電源模塊(12)，它在建立光導連接以前，測量從有源光纖的端頭射出的光信號強度。本發明還包括比較參考信號強度和從光導接頭漏出光損失的裝置。根據這兩個測量的光強度的比率，說明該漏出光損失是否符合有接頭的光導系統的要求。
文檔編號G01M11/00GK1086018SQ9311841
公開日1994年4月27日 申請日期1993年9月29日 優先權日1992年9月30日
發明者G·F·迪沃, W·S·康尼克, J·L·莫克 申請人:美國電話電報公司