光纤熔融拉锥中拉力控制方法与电磁力仿真

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1、Vo1．47No．7第47卷第7期哈尔滨工业大学学报2015年7月JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYJu1．2015doi：10．11918／j．issn．0367—6234．2015．07．010光纤熔融拉锥中拉力控制方法与电磁力仿真张伟，荣伟彬，王乐锋，路遥，孙立宁(机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学)，150080哈尔滨)摘要：针对保偏光纤耦合器熔融拉锥制造过程中拉力控制问题，提出一种新的计算机在线拉力控制方法．拉力控制系统由计算机、拉伸机构、圆光栅及控制电路组成，通过检测光纤支架的旋转角度、改变线圈中的电流，控制永磁铁

2、与线圈间的电磁力，实现对拉伸力的实时控制．分析电磁力和拉力的关系，建立永磁铁和线圈的三维有限元模型，确定永磁铁的运动轨迹，并对通电线圈的磁场分布和电磁力进行仿真，得到线圈中的电流、支架旋转角度和拉力的关系式．仿真结果表明拉力控制良好，控制误差约为1．03％．关键词：保偏光纤；熔融拉锥；电磁力；力控制；有限元仿真中图分类号：TU398文献标志码：A文章编号：0367—6234(2015)07—0062—06Methodofcontrollingdrawingforceinthefusedbiconicaltaperingprocessandsimulationofelectro

3、-magneticforceZHANGWei，RONGWeibin，WANGLefeng，LUYao，SUNLining(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem(HarbinInstituteofTechnology)，150080Harbin，China)Abstract：Accordingtotheproblemofdrawingforcecontrolinthefusedbiconicaltaperingprocessofpolarizationmaintainingfiber(PMF)coupler，anonlinecomputer

4、controlmethodofdrawingforceispresented，whichincludesthecomputer，drawingmechanism，rotarypositionencodersandacontrolcircuit．Bydetectingtherotationangleoffiberclamp，theelectro-magneticforcecanbecontrolledthroughchangingthecoilcurrent，andthereal-timecontrolofdrawingforceisrealized．Firstly，there

5、lationshipbetweentheelectromagneticforceanddrawingforceisanalyzed，a3Dfiniteelementmodelofthepermanentmagnetandthecoilisestablished，andatrajeetoryequationdescribingthepermanentmagnetisobtained．Then，bysimulationofthemagneticfieldandtheelectro—magneticforcearoundthecoil，therelationshipamongthe

6、coilcurrent，therotationangleoffiberclampandthedrawingforceisdetermined．Atlast，bysimulation，thedrawingforceiscontrolledwithinanerrorof1．03％．Keywords：polarizationmaintainingfiber；fusedbiconicaltapering；electro-magneticforce；forcecontrol；finiteelementsimulation保偏光纤耦合器是应用保偏光纤制作的光耦力，加热光纤，使其受热部分处

7、于熔融状态，同时在合器，是实现线偏振光耦合、分光以及复用的关键两端拉伸光纤，使受热部分即光纤熔锥区形成锥型器件，广泛应用于光纤传感和相干通信中引．熔融或者哑铃型，此方法是保偏光纤耦合器制造中最重拉锥是将光纤两端固定并使其具有一定的张要的方法．与磨抛法和腐蚀法相比，熔融拉锥具有热稳定性好、器件附加损耗小的特点．熔融拉伸过程由拉伸速度、熔融温度和拉力3个工艺参数共同收稿日期：2015—05—23．基金项目：机器人技术与系统国家重点实验室自主研究课题控制，其中光纤两端的拉力直接影响保偏光纤耦合(SKLRS20