一、引言
通信领域应用最广泛的单模光纤的纤芯直径仅约9μm，精准的放电电弧位置直接影响光纤接续的质量，高精度的放电电弧位置尤为重要。在光纤熔接过程中，左、右两侧光纤完成对准后，两光纤端面位于显示画面的中心位置，电极尖端的中心线初始位置也位于显示画面中心位置，此时若实施放电，电弧中心线与两光纤端面重合，是光纤最佳熔接位置，如图1所示。
但在使用光纤熔接机接续光纤的过程中，由于环境温湿度的变化或运输振动等原因可能造成电极的位置发生变化，导致机器放电电弧位置随之发生偏移，需要及时进行电弧位置校准，否则会影响光纤的接续质量，增加接续光能量损耗。
通常采用调整放电电极的位置实现电弧位置的调整，有以下两种方法：一种方法是首先将两个电极固定到一个安装座上，使用螺钉将安装座固定到机器特定的位置，然后先松开螺钉，再根据经验估算整体移动安装座的距离，最后固定安装座。由于熔接位置要求的精度在微米数量级，该方法需要反复调整，费时费力，对操作人员的经验要求很高；另一种方法是使用一对夹持机构固定每一个放电电极，驱动装置采用步进电机，步进电机的输出端与夹持机构之间通过传动机构连接，通过步进电机实现对夹持机构的调节，进而改变电弧位置。这种方法设计复杂，额外增加了很多需要精密加工的零件，增加了光纤熔接机成本和故障率。
二、调整方法实施和结果
1、放电电弧调整原理分析
本文中的调整方法基于光纤熔接机整机系统，如图1所示。该调整系统以基于Cortex-A5内核的ARM处理器的电路系统为核心，外围电路主要有两个CMOS图像采集电路系统、高压放电系统[3]、运动机构驱动电路系统[4]和显示系统等。
整机系统中的运动机构包括左、右对称并可分别滑动的光纤夹具、步进电机、凸轮等，其中凸轮与步进电机传动连接，电机带动凸轮旋转，凸轮的向径不断变化，夹具座紧靠在凸轮上，凸轮向径变化带动夹具座移动。光纤夹具通过螺钉固定在光纤夹具座上，夹具座移动时光纤夹具也同时运动。
图1系统原理框图
2、实现方法和测试结果
两个CMOS图像采集电路系统对准两光纤夹具之间，采集到的光纤端面相对位置信号传输到ARM处理器，高压放电系统由ARM处理器控制，并且高压放电系统的输出端通过高压电缆接到放电电极上，两电极分别设置在两光纤夹具之间的对向位置上，调节过程可以通过显示系统的人机交互界面观测。
图2 放电电弧与实际位置中心线偏差N个像素
调节过程如下：如图2所示，首先通过图像传感器采集到光纤端面的位置，输入到ARM处理器进行判断，计算出电弧所在位置，得出实际电弧位置与中心线之间的偏差，如光纤端面相对中心线左偏N个像素。如图3所示，为CMOS图像传感器显示窗口示意图。调节它的起始位置，将显示窗口的水平起始位置HS左移N个像素。如果实际电弧位置右偏，则将显示窗口的水平起始位置HS右移N个像素。CMOS图像传感器窗口起始位置最小调整量是1个像素，每个像素对应光纤的实际距离是0.6μm。调整窗口位置后，实际电弧位置与显示器画面的中心位置保持一致，完成了电弧位置调整。
图3 显示窗口示意图
三、结语
光纤熔接机直接利用其硬件资源，采用全数字控制放电电弧位置调整，可实现放电电弧位置调整精度高达0.6μm，完成一次调整仅需30s。精度高、速度快、可靠性高，且无需额外增加零件，已成熟应用于大批量光纤熔接机生产中。
参考文献：
[1] Microchip. SAMA Series SMART ARM-based MPU DATASHEET[EB/OL]. (2016-02-02) [2020-05-08].https://www.microchip.com/wwwproducts/en/ATSAMA.
[2] 董守愚. CMOS图像传感器. 安徽电子信息职业技术学院学报，2016,6(5):100-101.
[3] 于军，翟玉文，孙陆梅. TL494脉宽调制器集成电路的研究[J]. 吉林化工学院学报，2005,22(3):47-49.
[4] 陈俊硕，刘景林，张金萍. 基于FPGA的直流电机PWM控制器设计[J]. 微电机，2019,42(10):23-25.
作者简介：叶旭（1985--），男，安徽怀远人，工程师，研究方向：光纤通信设备研发
