CN102478404A - 非接触光纤型扭转参量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触光纤型扭转参量检测装置，包括基板，基板上设置有检测单元，检测单元包括信号光纤、曲线型支架和磁性体，布设在的曲线型支架内部相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤的两侧，磁性体安装在曲线型支架上远离基板的一端，在磁性体一侧且与磁性体相间隔的设置有一扭杆，扭杆上同轴设置有待测物体，扭杆上设置有与磁性体相配合的永久磁铁体，信号光纤的两端分别通过延长光纤连接有测试单元，测试单元连接有处理单元。本发明传感区域中光链路是完整的，从而可以有较好的抗震动、以及防水防尘等性能，在较为恶劣的实际使用环境条件下有较好的适应能力。

Description

非接触光纤型扭转参量检测装置

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及一种非接触光纤型扭转参量检测装置。

背景技术

在机械传动系统中，扭转参量是反映生产设备系统性能的最典型机械量之一，扭转参量测量及分析是保证各种生产及辅助设备安全正常运行，节省能源，提高系统效率的重要手段。提高扭转参量测量的准确性、扭转参量监测和控制的实时性以及扭转参量异常分析的可靠性，是减少事故发生、使生产正常进行的重要手段。

随着科学技术的进步和生产的发展，扭转参量测量技术有着广阔的应用前景。同时，对扭转参量的监测也提出了越来越高的要求：由静态测试转向动态在线检测；由间接测量转向直接测量；由单功能转向多功能，包括自补偿、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆：要求系统微型化、数字化、智能化、虚拟化和网络化；要求扭矩的检测与动力装置的控制相结合，达到转速、扭转参量、输出功率的优化配置。

如机动车的方向控制系统中，许多车辆就安装有检测方向盘的扭转角度、扭转力矩、扭转方向甚至是扭转速度等的扭转参量传感装置，车辆控制单元ECU通过获取方向盘相关的扭转参量，可以为车辆的助力转向以及助力大小、甚至是车辆的安全驾驶提供有效的辅助功能。目前的扭转参量传感器，主要有应变式，磁电相位式，光电式等几种。应变式主要是接触式电位计型传感装置，其优点是成本低、安装使用方便，缺点是易受温度变化影响、容易磨损、使用寿命短容易受到电磁干扰；磁电相位式、光电式等传感装置的优点是非接触、没有磨损、精度较高、寿命长，缺点是安装精度要求高、成本高、防尘性能差，由于仍是依靠电流或电压传递信号，所以也容易受到电磁干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种非接触光纤型扭转参量检测装置。本发明传感区域中光链路是完整的，从而可以有较好的抗震动、以及防水防尘等性能，在较为恶劣的实际使用环境条件下有较好的适应能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：包括基板，所述基板上设置有检测单元，所述检测单元包括信号光纤、曲线型支架和磁性体，布设在所述的曲线型支架内部相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述的A侧变形齿和B侧变形齿呈交错布设，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤的两侧，所述曲线型支架与基板大致垂直，所述磁性体安装在曲线型支架上远离基板的一端，在所述磁性体一侧且与磁性体相间隔的设置有一扭杆，所述扭杆上同轴设置有待测物体，所述扭杆上设置有与磁性体相配合的永久磁铁体，所述磁性体能在永久磁铁体的作用下使信号光纤产生变形，所述信号光纤的两端分别通过延长光纤连接有测试单元，所述测试单元连接有处理单元，所述测试单元通过延长光纤检测信号光纤内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元，处理单元对测试单元的数据进行处理并计算后得待测物体的扭转角度、扭转速度或扭转圈数。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述曲线型支架为曲线型壳体，所述基板上设置有与基板相垂直的滑轨，所述磁性体与滑轨是滑动配合。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述曲线型支架由弹簧构成，A侧变形齿和B侧变形齿4-2对应布设在弹簧中相邻相邻两圈弹簧丝之间，所述基板上设置有与基板相垂直的滑轨，所述磁性体与滑轨是滑动配合。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述曲线型支架由波纹管组成，所述A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在波纹管的管壁上内凹处的相对两个侧面上。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述曲线型支架由两块与基板相平行锯齿板组成，信号光纤夹持在两锯齿板之间，远离基板的锯齿板通过辅助弹簧与磁性体连接。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述的信号光纤的一端安置有光反射装置，信号光纤的另一端通过延长光纤连接一1X2光分路器的1口，1X2光分路器的2口接测试单元。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述永久磁铁体为圆盘形永久磁铁且圆盘形永久磁铁的极性沿圆盘边沿交替变化，所述磁性体也是一个永久磁铁，且磁性体中一个磁极较另一个磁极更接近圆盘边沿。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述永久磁铁体是齿形边沿圆盘形磁性材料，齿形边沿圆盘形磁性材料是铁、镍或其他能被磁铁吸引的磁性材料构成。

上述的非接触光纤型扭转参量检测装置，所述永久磁铁体和磁性体的外围均包裹有磁屏蔽材料。

非接触光纤型扭转参量检测装置，包括上基板和下基板，所述上基板上设置有检测单元一，所述下基板上设置有检测单元二，所述检测单元一包括曲线型支架一和磁性体一，所述检测单元二包括曲线型支架二和磁性体二，所述曲线型支架一和曲线型支架二内部相对两侧均布设有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述的A侧变形齿和B侧变形齿呈交错布设，在A侧变形齿和B侧变形齿4-2布设有信号光纤，所述磁性体一安装在曲线型支架一上远离上基板的一端，在所述磁性体一的一侧且与磁性体一相间隔的设置有一扭杆，所述扭杆上同轴设置有待测物体，所述扭杆上设置有分别与磁性体一和磁性体二相配合的圆盘形永久磁铁体一和圆盘形永久磁铁体二，所述磁性体一能在圆盘形永久磁铁体一的作用下使曲线型支架一内的信号光纤产生变形，所述磁性体二能在圆盘形永久磁铁体二的作用下使曲线型支架二内的信号光纤产生变形，所述曲线型支架一和曲线型支架二内信号光纤的两端分别通过延长光纤连接有测试单元，所述测试单元与同一个处理单元相连接，所述测试单元通过延长光纤检测信号光纤内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元，处理单元对测试单元的数据进行处理并计算后得待测物体的扭转角度、扭转速度、扭转圈数或扭转转矩。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明具有结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、灵敏度高；

2、本发明因使用光纤传感技术，使本装置具有抗电磁干扰、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、可远距离检测等诸多优点；

3、本发明由于可以采用的光源-光功率法测试，从而可以低成本的完成检测任务，从而使本装置的具有广阔的使用范围。

4、本发明由于在传感区域中光链路是完整的，从而可以有较好的抗震动、以及防水防尘等性能，在较为恶劣的实际使用环境条件下有较好的适应能力。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，并具有成本低、可以远距离检测等优点，使本发明的装置具有良好的使用前景。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2中曲线型壳体的横截面结构示意图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例2中弹簧的横截面结构示意图。

图5为本发明实施例3的结构示意图。

图6为本发明实施例3中波纹管的局部结构示意图。

图7为本发明实施例4的结构示意图。

图8为本发明实施例5的结构示意图。

图9为本发明实施例6的结构示意图。

图10为本发明实施例6中圆盘形永久磁铁俯视结构示意图。

图11为本发明实施例7的结构示意图。

图12为本发明实施例7中齿形边沿圆盘形磁性材料俯视结构示意图。

图13为本发明实施例8的结构示意图。

附图标记说明：

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示的一种非接触光纤型扭转参量检测装置，包括基板20，所述基板20上设置有检测单元，所述检测单元包括信号光纤33、曲线型支架和磁性体10，本实施例中，所述曲线型支架为曲线型壳体4，所述基板20上设置有与基板20相垂直的滑轨15，所述磁性体10与滑轨15是滑动配合，布设在所述的曲线型支架内部相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤33的两侧，所述曲线型支架与基板20大致垂直，所述磁性体10安装在曲线型支架上远离基板20的一端，在所述磁性体10一侧且与磁性体10相间隔的设置有一扭杆12，所述扭杆12上同轴设置有待测物体9，所述扭杆12上设置有与磁性体10相配合的永久磁铁体，所述磁性体10能在永久磁铁体的作用下使信号光纤33产生变形，所述信号光纤33的两端分别通过延长光纤1连接有测试单元5，所述测试单元5连接有处理单元7，所述测试单元5通过延长光纤1检测信号光纤33内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元7，处理单元7对测试单元5的数据进行处理并计算后得待测物体9的扭转角度、扭转速度或扭转圈数。磁性体10可以是磁铁，也可以是铁、镍或相关的合金材料，是可以与磁铁能相互作用的顺磁性材料。本实施例中，待测物体9扭转时，扭杆12也随之扭转，固定于扭杆12上的永久磁铁也在转动，固定在扭杆12上且随着扭杆12转动的永久磁铁与磁性材料10的距离呈周期性变化，后两者相互吸引或排斥，磁性材料10受到固定在扭杆12上永久磁铁的吸引或排斥力使在磁性材料10滑轨15上移动，使曲线型壳体4的长度压缩或伸长，又使曲线型壳体4包含的信号光纤33的弯曲曲率变化，测试单元5通过延长光纤1检测信号光纤33内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元7，处理单元7对测试单元5的数据进行处理并计算后得待测物体9的扭转角度、扭转速度或扭转圈数。

一种优选的做法是在所述的固定于扭杆12上的永久磁铁体和磁性体10的外围用磁屏蔽材料包围，消减外界磁场对测试结果的影响。

所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤33也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是：构成曲线型支架的是弹簧38，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在弹簧38中相邻相邻两圈弹簧丝之间，且A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图5、图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是：构成曲线型支架的是波纹管40，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在波纹管40的管壁42上内凹处的相对两个侧面上，且A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2相互交错布设，同时免去使用滑轨15。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例4

如图7所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线型支架由两块与基板20相平行锯齿板19组成，信号光纤33夹持在两锯齿板19之间，远离基板20的锯齿板19通过辅助弹簧30与磁性体10连接。辅助弹簧30与两块锯齿板19固定在一起。本实施例中，磁性体10也是磁铁，并且极性与固定于扭杆12上的永久磁铁相反，从而在磁性材料10靠近固定于扭杆12上的永久磁铁时产生排斥力，压缩辅助弹簧30，并使两锯齿板19之间的压紧力变大，使信号光纤33的弯曲曲率变化，测试单元5检测到该变化。本实施例中也未用滑轨15。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例5

如图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述的信号光纤33的一端安置有光反射装置46，信号光纤33的另一端通过延长光纤1连接一1X2光分路器45的1口，1X2光分路器45的2口接测试单元5。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例6

如图9、图10所示，本实施例中，与实施例1不同的是：固定于扭杆12上的永久磁铁是圆盘形永久磁铁18，且该圆盘形永久磁铁18的极性沿圆盘边沿交替变化，而磁性体10也是一永久磁铁，且其中一个磁极较另一个磁极更接近圆盘边沿，在待测物体9扭转带动下，固定于扭杆12上的圆盘形永久磁铁18也转动，并且后者同时与磁性体10作用，在后两者磁极性相同时产生排斥力，使曲线型壳体4的整体长度压缩，在后两者的磁极性相同时产生吸引力，使曲线型壳体4的整体长度伸长。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例7

如图11、图12所示，本实施例中，与实施例6不同的是：磁性材料10使用的是永久磁铁，固定于扭杆12上的磁性材料是齿形边沿圆盘形磁性材料25，齿形边沿圆盘形磁性材料25可以是铁、镍或其他可以被磁铁吸引的磁性材料构成，在待测物体9扭转带动下，固定于扭杆12上的齿形边沿圆盘形磁性材料25也转动，并同时与磁性材料10作用，在后两者之间距离的变化导致其吸引力大小的变化，使曲线型壳体4的整体长度伸长距离也在变化。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例6相同。

实施例8

非接触光纤型扭转参量检测装置，包括上基板21和下基板22，所述上基板21上设置有检测单元一，所述下基板22上设置有检测单元二，所述检测单元一包括曲线型支架一和磁性体一11，所述检测单元二包括曲线型支架二和磁性体二34，所述曲线型支架一和曲线型支架二内部相对两侧均布设有多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，在A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2布设有信号光纤33，所述磁性体一11安装在曲线型支架一上远离上基板21的一端，在所述磁性体一11的一侧且与磁性体一11相间隔的设置有一扭杆12，所述扭杆12上同轴设置有待测物体9，所述扭杆12上设置有分别与磁性体一11和磁性体二34相配合的圆盘形永久磁铁体一35和圆盘形永久磁铁体二36，所述磁性体一11能在圆盘形永久磁铁体一35的作用下使曲线型支架一内的信号光纤33产生变形，所述磁性体二34能在圆盘形永久磁铁体二36的作用下使曲线型支架二内的信号光纤33产生变形，所述曲线型支架一和曲线型支架二内信号光纤33的两端分别通过延长光纤1连接有测试单元5，所述测试单元5与同一个处理单元7相连接，所述测试单元5通过延长光纤1检测信号光纤33内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元7，处理单元7对测试单元5的数据进行处理并计算后得待测物体9的扭转角度、扭转速度或扭转圈数。所述曲线型支架一和曲线型支架二均为曲线型壳体。

在待测物体9上产生扭矩时，扭杆12上下两端之间也会发生相对的扭转，则圆盘形永久磁铁体一35和圆盘形永久磁铁体二36扭转的角度不同，导致上下两个曲线型壳体4的长度变化不同，测试单元5将获得的测试结果传递给处理单元7通过处理单元7可以计算出圆盘形永久磁铁体一35和圆盘形永久磁铁体二36的相对扭转角度，并通过事先获取的扭杆12的扭转模量和两个圆盘形永久磁铁体一35和圆盘形永久磁铁体二36扭转角度计算出扭矩的大小，并通过判断上下两个曲线型壳体4的长度变化的不同计算出待测物体9的扭转方向。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：包括基板(20)，所述基板(20)上设置有检测单元，所述检测单元包括信号光纤(33)、曲线型支架和磁性体(10)，布设在所述的曲线型支架内部相对两侧的多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)，所述的A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)呈交错布设，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤(33)的两侧，所述曲线型支架与基板(20)大致垂直，所述磁性体(10)安装在曲线型支架上远离基板(20)的一端，在所述磁性体(10)一侧且与磁性体(10)相间隔的设置有一扭杆(12)，所述扭杆(12)上同轴设置有待测物体(9)，所述扭杆(12)上设置有与磁性体(10)相配合的永久磁铁体，所述磁性体(10)能在永久磁铁体的作用下使信号光纤(33)产生变形，所述信号光纤(33)的两端分别通过延长光纤(1)连接有测试单元(5)，所述测试单元(5)连接有处理单元(7)，所述测试单元(5)通过延长光纤(1)检测信号光纤(33)内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元(7)，处理单元(7)对测试单元(5)的数据进行处理并计算后得待测物体(9)的扭转角度、扭转速度或扭转圈数。

2.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述曲线型支架为曲线型壳体(4)，所述基板(20)上设置有与基板(20)相垂直的滑轨(15)，所述磁性体(10)与滑轨(15)是滑动配合。

3.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述曲线型支架由弹簧(38)构成，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿4-2对应布设在弹簧(38)中相邻相邻两圈弹簧丝之间，所述基板(20)上设置有与基板(20)相垂直的滑轨(15)，所述磁性体(10)与滑轨(15)是滑动配合。

4.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述曲线型支架由波纹管(40)组成，所述A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在波纹管(40)的管壁(42)上内凹处的相对两个侧面上。

5.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述曲线型支架由两块与基板(20)相平行锯齿板(19)组成，信号光纤(33)夹持在两锯齿板(19)之间，远离基板(20)的锯齿板(19)通过辅助弹簧(30)与磁性体(10)连接。

6.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述的信号光纤(33)的一端安置有光反射装置(46)，信号光纤(33)的另一端通过延长光纤(1)连接一1X2光分路器(45)的1口，1X2光分路器(45)的2口接测试单元(5)。

7.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述永久磁铁体为圆盘形永久磁铁(18)且圆盘形永久磁铁(18)的极性沿圆盘边沿交替变化，所述磁性体(10)也是一个永久磁铁，且磁性体(10)中一个磁极较另一个磁极更接近圆盘边沿。

8.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述永久磁铁体是齿形边沿圆盘形磁性材料(25)，齿形边沿圆盘形磁性材料(25)是铁、镍或其他能被磁铁吸引的磁性材料构成。

9.根据权利要求1所述的非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：所述永久磁铁体和磁性体(10)的外围均包裹有磁屏蔽材料。

10.非接触光纤型扭转参量检测装置，其特征在于：包括上基板(21)和下基板(22)，所述上基板(21)上设置有检测单元一，所述下基板(22)上设置有检测单元二，所述检测单元一包括曲线型支架一和磁性体一(11)，所述检测单元二包括曲线型支架二和磁性体二(34)，所述曲线型支架一和曲线型支架二内部相对两侧均布设有多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)，所述的A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)呈交错布设，在A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿4-2布设有信号光纤(33)，所述磁性体一(11)安装在曲线型支架一上远离上基板(21)的一端，在所述磁性体一(11)的一侧且与磁性体一(11)相间隔的设置有一扭杆(12)，所述扭杆(12)上同轴设置有待测物体(9)，所述扭杆(12)上设置有分别与磁性体一(11)和磁性体二(34)相配合的圆盘形永久磁铁体一(35)和圆盘形永久磁铁体二(36)，所述磁性体一(11)能在圆盘形永久磁铁体一(35)的作用下使曲线型支架一内的信号光纤(33)产生变形，所述磁性体二(34)能在圆盘形永久磁铁体二(36)的作用下使曲线型支架二内的信号光纤(33)产生变形，所述曲线型支架一和曲线型支架二内信号光纤(33)的两端分别通过延长光纤(1)连接有测试单元(5)，所述测试单元(5)与同一个处理单元(7)相连接，所述测试单元(5)通过延长光纤(1)检测信号光纤(33)内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元(7)，处理单元(7)对测试单元(5)的数据进行处理并计算后得待测物体(9)的扭转角度、扭转速度、扭转圈数或扭转转矩。

Images