本發(fā)明涉及尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)，屬于光纖光柵技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科技的進步發(fā)展，光纖光柵成為光纖通信領(lǐng)域中的研究熱點，光柵的制作刻寫技術(shù)成為問題的關(guān)鍵，目前刻寫光柵光纖的方法主要有：駐波干涉法、橫向全息干涉法、逐點寫入法、相位/振幅掩模法等。其中，掩模法刻制光纖光柵具有工藝簡單、制作成本低、光學(xué)穩(wěn)定性好、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點，被廣泛采用，極大地推動了光纖光柵在光纖通信中的應(yīng)用。

光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成空間的相位光柵，其作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。當(dāng)一束寬光經(jīng)過光纖光柵時，滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產(chǎn)生反射，其余的波長透過光纖光柵繼續(xù)傳輸。相位掩模板法刻制光纖光柵主要是利用激光經(jīng)過掩模板后產(chǎn)生的+1階和-1階衍射光所形成干涉條紋，即在纖芯內(nèi)光強的周期分布，刻制光柵。而振幅掩模法利用周期性透射的振幅掩模板調(diào)制光源以形成光柵。

掩模板法雖然具有很多優(yōu)點，但是其主要的缺點就是不夠靈活。每一種參數(shù)的光纖光柵都需要與其相對應(yīng)參數(shù)的掩模板，其更換移動成為了不靈活因素的主要原因。通常在刻寫光柵時，掩模板均安裝在固定的裝夾器具上面，根據(jù)應(yīng)用情況的不同，所刻寫光纖需求不同的中心波長等參數(shù)，同時也會涉及在同一段光柵上刻寫不同的波長的光柵。因為大多是掩模板需要進行定制，其尺寸均有一定程度的誤差，需求不同，掩模板尺寸也不盡相同，這給掩模板的更換造成了嚴(yán)重的困擾，浪費大量時間。

再者，刻寫長周期光柵光纖所使用的振幅掩模法，其系統(tǒng)的搭建與短周期十分相似，它最大的缺陷就是所定制的掩模板只能用于長周期光纖光柵，不能與短周期通用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可更換、可移動、尺寸可調(diào)的自動控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的一種尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)，它是掩模安裝板作為基底，本文所設(shè)計的新型掩模板裝夾器作為主要部件，齒輪齒條系統(tǒng)作為平移機構(gòu)，步進電機作為驅(qū)動裝置，包括驅(qū)動器和驅(qū)動電路，上位機和控制器作為控制系統(tǒng)。

該尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)的搭建包括以下步驟：

1)擇掩模板尺寸范圍(基板、柵區(qū))，確定掩模板裝夾器可調(diào)范圍(以保證最大尺寸為設(shè)計依據(jù))。采用pps或peek等加纖類型塑料(材料可選)進行裝夾器加工制作，保證其自由度；

2)選擇相應(yīng)范圍符合國家標(biāo)準(zhǔn)壓簧，材料可選擇普通碳素鋼或高強度塑膠塑料，和掩模板裝夾器其余部件一同進行裝配，保證最小尺寸安裝預(yù)緊力；

3)將掩模板裝夾器安裝于所設(shè)計平移臺上，平移臺尺寸根據(jù)裝夾器設(shè)計。裝夾器安裝位置右側(cè)應(yīng)留出余量保證裝夾器x軸方向自由度，平移臺中間安裝齒輪齒條結(jié)構(gòu)，其選取依據(jù)為所刻寫光柵最大移動范圍、光源的位置以及光纖刻寫區(qū)域位置，左右移動的范圍應(yīng)保證上述內(nèi)容。其尺寸的選擇應(yīng)與平移臺對應(yīng)，承載能力在平移臺范圍內(nèi)。

4)采用步進電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)軸連接齒輪，可直接將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為水平運動。平移臺的運動主要由齒輪齒條帶動，完成切換或微小移動。驅(qū)動系統(tǒng)包括了驅(qū)動器和驅(qū)動電路，需要與電機匹配；

5)控制系統(tǒng)的搭建由上位機和控制器完成。上位機的作用是進行軟件程序的編寫，實現(xiàn)自動控制?？刂破髦饕敵鲭娦盘査团c驅(qū)系統(tǒng)。

本發(fā)明具有的有益效果：

本發(fā)明能夠進行不同尺寸的掩模板之裝夾和切換。掩模板的更換一直都是光柵刻寫中的主要問題，而不同尺寸掩模板之間的更換更為難以解決。本文不僅能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸的更換，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同尺寸掩模板的自動切換。于上位機中編寫的軟件程序可以完成自動切換功能，只需用戶輸入需要切換的相應(yīng)靶位，系統(tǒng)會自動進行動作。同時，本系統(tǒng)還可以進行微調(diào)平移，這對于刻寫光柵距離較大時甚至采用逐點寫入法刻寫光柵時，無需移動光柵，平移臺在掩模板柵區(qū)范圍內(nèi)移動即可完成?？芍^功能強大、控制靈活、操作簡便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)系統(tǒng)整體示意圖。

圖3.1是本發(fā)明尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)前端掩模板裝夾器、平移臺、齒輪齒條和電機安裝結(jié)構(gòu)模型正面圖。

圖3.2是本發(fā)明尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)前端掩模板裝夾器、平移臺、齒輪齒條和電機安裝結(jié)構(gòu)模型背面圖。

圖4.1是本發(fā)明掩模板裝夾器結(jié)構(gòu)模型正面圖。

圖4.2是本發(fā)明掩模板裝夾器結(jié)構(gòu)模型背面圖。

圖5為電機驅(qū)動器電路整體框圖。

圖6為控制器組成框圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明不限于以下實施例。

尺寸可調(diào)式掩模板自動切換平移系統(tǒng)，見圖1、圖2，由簡易平移臺1、齒輪2、掩模板裝夾器3、電機4、電機驅(qū)動器5、控制器6、pc上位機7組成。掩模板裝夾器3安裝或固化在簡易平移臺1上，掩模板裝夾器3為系統(tǒng)核心器件。簡易平移臺1的底部設(shè)有齒條結(jié)構(gòu)，齒條與齒輪2相嚙合，簡易平移臺1由齒輪2帶動，簡易平移臺1與齒條結(jié)構(gòu)通過剛性螺栓螺母連接，根據(jù)齒條的尺寸在齒條兩端打下標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔。電機4的輸出轉(zhuǎn)軸與齒輪2連接，電機4帶動齒輪2旋轉(zhuǎn)。電機4連接有電機驅(qū)動器5，電機驅(qū)動器5與控制器6連接，控制器6與上位機7連接；簡易平移臺1、掩模板裝夾器3、齒輪2和電機4組成系統(tǒng)的前端，簡易平移臺1上設(shè)有包括四個(參數(shù)可調(diào))掩模板裝夾器3，簡易平移臺1的一側(cè)設(shè)有兩個平行布置的掩模板裝夾器3，簡易平移臺1的另一側(cè)設(shè)有另外兩個平行布置的掩模板裝夾器3；兩側(cè)的掩模板裝夾器3互成180度角，可同時安裝于不同光源位置。在設(shè)計過程中，齒條的行程可進行任意調(diào)節(jié)，以滿足最大要求為標(biāo)準(zhǔn)。

裝夾器模型如圖4所示，掩模板裝夾器3包括裝夾器外殼3.1、y軸向固定調(diào)節(jié)板3.2、掩模板安裝板置3.3、三級收縮/拉伸板3.4、x軸向固定調(diào)節(jié)板3.5、x軸向固定調(diào)節(jié)彈簧3.6和y軸向固定調(diào)節(jié)彈簧3.7。裝夾器外殼3.1為基體，裝夾器外殼3.1的周向設(shè)有導(dǎo)軌；y軸向固定調(diào)節(jié)板3.2和三級收縮/拉伸板3.4安裝在裝夾器外殼3.1的正面，三級收縮/拉伸板3.4的側(cè)部設(shè)有導(dǎo)軌，y軸向固定調(diào)節(jié)板3.2的端部卡在三級收縮/拉伸板3.4側(cè)部導(dǎo)軌中；三級收縮/拉伸板3.4通過卡入裝夾器外殼3.1的側(cè)部導(dǎo)軌內(nèi)完成固定聯(lián)接；x軸向固定調(diào)節(jié)板3.5安裝在裝夾器外殼3.1端部的導(dǎo)軌中；x軸向固定調(diào)節(jié)彈簧3.6采用點焊的方式固定在裝夾器外殼3.1上；y軸向固定調(diào)節(jié)彈簧3.7采用點焊的方式固定在y軸向固定調(diào)節(jié)板3.2上。裝夾器外殼3.1上設(shè)有螺紋孔，三級收縮/拉伸板3.4的第三級固定板通過螺釘與裝夾器外殼3.1緊固連接，三級收縮/拉伸板3.4的第二級固定板與第一級固定板依次通過導(dǎo)軌連接的方式進行安裝。裝夾器外殼3.1內(nèi)安裝有彈簧，利用壓簧的彈力作為掩模板安裝的夾持力。

實施例：

1)工作時，將某尺寸掩模板放置于圖3中所示的安裝位置，安裝時，尺寸的調(diào)整沿著圖3中箭頭方向，完成后利用兩固相調(diào)節(jié)板將掩模板卡住。在圖2所示的簡易平移臺中其他板位安裝不同尺寸的掩模板；

2)調(diào)整光源位置，調(diào)整光纖位置(光纖應(yīng)位于掩模板柵區(qū)范圍內(nèi))，使光源和光纖與前端系統(tǒng)的相對位置固定。同時，應(yīng)對電機進行測試，包括轉(zhuǎn)速、行程等；

3)通過上位機輸入?yún)?shù)，包括板位號(從平移臺左側(cè)算起，依次排列)、最大行程、電機轉(zhuǎn)速、間隔時間等內(nèi)容，完成后可開始光柵刻寫；

4)板位更換時，應(yīng)明確需要更換的板位號，并提前確定行程距離和上一板位鎖定時間，通過上位機進行輸入。執(zhí)行此操作時，平移臺會將對應(yīng)板位向左或向右平移至原先1號板位處；

5)在需要進行逐點寫入法或刻寫區(qū)域過長時，通常需要進行光纖的移動。在本系統(tǒng)中無需此操作，通過上位機輸入電機控制轉(zhuǎn)速，計算所需位移行程，設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)電機齒輪齒條的操作，完成特定位移動作；

6)刻寫完成后，在卸載掩模板時，先將圖3所示x軸向固定調(diào)節(jié)板按箭頭向下移動，y軸向固定調(diào)節(jié)不動，待x軸向固定調(diào)節(jié)板不再接觸掩模板時，移動y軸向固定調(diào)節(jié)，取下掩模板。

圖5所示驅(qū)動器電路由脈沖方向信號10、光耦隔離器11、rc濾波電路12、濾波比較器13、svpwm輸出電路14、整流濾波電路15、放大和濾波電路16、電流采樣電路17和電機4構(gòu)成，脈沖方向信號10、光耦隔離器11、rc濾波電路12順次連接，rc濾波電路12與濾波比較器13連接，濾波比較器13與svpwm輸出電路14連接，濾波比較器13與放大和濾波電路16連接，放大和濾波電路16與電流采樣電路17連接，整流濾波電路15通過svpwm輸出電路14、電流采樣電路17后與電機4連接。

脈沖方向信號10直接進入光耦隔離器中進行去干擾，然后進入rc濾波電路12，消除電壓紋波后進入濾波比較器進行電流帶環(huán)比較，同時計算放大和濾波電路16及電流采樣電路17的電流信號后通過svpwm輸出電路14輸出pwm控制波，整流濾波電路15前通入220v交流電壓，控制電機4。

圖6所示控制器組成包括pc上位機7、緩沖隔離及控制電路19、8255控制芯片20、單片機21、晶振電路22、復(fù)位電路23、光電隔離及驅(qū)動電路24、譯碼電路25、ram存儲器26。pc上位機7發(fā)出的編碼指令或用戶指令通過緩沖隔離及控制電路19、8255芯片20、譯碼電路25的處理進入下位機單片機21中進行計算，ram存儲器26采用8k或更高，單片機21經(jīng)過運算后輸出方向信號和步進脈沖，光電隔離及驅(qū)動電路24反饋限位信號，組成閉環(huán)控制。經(jīng)過光電隔離及驅(qū)動電路24后輸出信號給驅(qū)動器，驅(qū)動電機4進行實時控制。

所有示圖中的板位個數(shù)、螺紋孔數(shù)、彈簧數(shù)量、板形尺寸等內(nèi)容僅做定量說明，不能依此限制該專利的保護范圍。