CN102645184A

CN102645184A - 一种差分光纤型扭转角度检测装置

Info

Publication number: CN102645184A
Application number: CN2010105579987A
Authority: CN
Inventors: 杜兵
Original assignee: Xian Jinhe Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Jinhe Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明公开了一种差分光纤型扭转角度检测装置，包括光纤弯曲传动单元，光纤弯曲传动单元包括壳体，壳体内设置有移动基板，移动基板上连接有扭转杆，且移动基板在扭转杆的转动下能沿壳体内壁上下滑动，所述移动基板的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤和曲线形测试通道，每个光纤弯曲传感单元内的信号光纤连接有测试单元，测试单元与同一个处理单元相连接，曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，本发明能有效避免光源功率的波动造成的测试误差，其结构简单、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。

Description

一种差分光纤型扭转角度检测装置

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及利用双光纤检测单元的一种差分光纤型扭转角度检测装置。

背景技术

扭转角度是现实生活及各行各业最常用的参量之一，如阀门的开闭及开闭的角度、旋钮的转动角度、汽车方向盘的旋转方向和角度等众多场合均需对扭转角度进行测试，现有常用的传感器有通过滑动电阻器检测的，也有通过光电器件进行传感测试的，前者存在着精度差、磨损严重、监测角度小，以及不能抗电磁干扰等缺点；后者典型结构是通过测试转动光栅的变化达到测试旋转参量的目的，也存在着精度低、不防尘、机构复杂成本高等缺点，这些都限制了现有传感器的使用范围。

光纤传感器作为新一代的传感器广受瞩目，其具有体积小、易弯曲、精度高、抗电磁干扰等诸多优点。中国专利申请号02291260.6《双向扭转光纤传感器》的专利公开了一种方案：是通过在扭梁上分别缠绕金属丝和光纤，扭梁扭转后通过测试光纤产生的微弯损耗的变化达到测试扭转角度的目的，该传感器具有结构简单、抗电磁干扰等特点，但该传感器的扭转角度范围小，不超过180度，且光纤所受的微弯弯曲曲率与金属丝外径接近，严重影响光纤的使用寿命，使该光纤传感器的使用范围受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种差分光纤型扭转角度检测装置。本发明能有效避免光源功率的波动造成的测试误差，其结构简单、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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：包括光纤弯曲传动单元，所述光纤弯曲传动单元包括壳体，所述壳体内设置有移动基板，所述移动基板上连接有扭转杆，且所述移动基板在扭转杆的转动下能沿壳体内壁上下滑动，所述移动基板的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，所述两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤和供信号光纤穿过的曲线形测试通道，每个光纤弯曲传感单元内的信号光纤通过延长光纤连接有对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元，所述测试单元与同一个处理单元相连接，所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，所述移动基板的位置变化分别使两个光纤弯曲传感单元的长度一个伸长、另一个缩短。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，所述扭转杆上方固定有齿轮二，所述齿轮二的一侧设置有与齿轮二相啮合的齿轮一，所述齿轮一上设置有传动杆，所述传动杆的转动通过齿轮一和齿轮二使扭转杆扭转。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，所述壳体底部设置有穿过壳体的调整螺杆，所述调整螺杆的上端设置有基板且所述基板与调整螺杆的上端为滑动接触。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，所述曲线形支架为曲线形壳体。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，所述曲线形支架为弹簧，A侧变形齿4-1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。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，所述曲线形支架为波纹管，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在波纹管的管壁上内凹处的相对两个侧面上。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，所述曲线型支架为分别设置在所述壳体内顶部和底部的两块锯齿板，且每块锯齿板通过辅助弹簧与移动基板相连接。

上述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，每个曲线形壳体中的信号光纤的一端设置有光反射装置，所述信号光纤的另一端通过延长光纤连接1X2光分路器的1口，1X2光分路器的2口接测试单元。

一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：包括测试单元和光纤弯曲传动单元，所述光纤弯曲传动单元包括壳体，所述壳体内设置有移动基板，所述移动基板上连接有扭转杆，且所述移动基板在扭转杆的转动下能沿壳体内壁上下滑动，所述移动基板的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，所述的两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤和供信号光纤穿过的曲线形测试通道，所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，所述测试单元是具有一个光源、两个光探测器的测试单元，与该测试单元的光源连接有一1X2光分路器，该光分路器的2口分别接两个曲线型支架中信号光纤的一端，两个信号光纤的另一端分别接测试单元的两个光探测器口，测试单元后接处理单元。所述移动基板的位置变化分别使两个光纤弯曲传感单元的长度一个伸长、另一个缩短。

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、本发明因使用光纤弯曲传感单元，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，从而可以大幅度降低测试单元的成本，从而使本装置的整体成本大幅度降低，使本装置具有广阔的使用范围。

4、本发明因使用双光纤弯曲传感单元并经差分运算得到结果，从而可以有效避免光源功率波动对测试结果的影响，进一步提高了测试结果的准确性。

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、消减光源功率波动带来的影响等优点，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1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3的结构示意图。

图5为本发明实施例8的结构示意图。

图6为本发明实施例4的结构示意图。

图7为本发明实施例5的结构示意图。

图8为本发明实施例5中弹簧的横截面结构示意图。

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中波纹管的局部结构示意图。

图11为本发明实施例7的结构示意图。

附图标记说明：

1-延长光纤；	4-曲线型壳体；	5-测试单元；
			7-处理单元；	10-壳体；	15-扭转杆；
16-调整螺杆；	17-基板；	18-传动杆；
			19-锯齿板；	20-移动基板；

21-齿轮一；	22-齿轮二；	30-辅助弹簧；
			33-信号光纤；	38-弹簧丝；	40-波纹管；
42-管壁；	45-1X2光分路器；	46-光反射装置；
			4-1-A侧变形齿；	4-2-B侧变形齿。

具体实施方式

如图1、图2所示的一种差分光纤型扭转角度检测装置，包括光纤弯曲传动单元，所述光纤弯曲传动单元包括壳体10，所述壳体10内设置有移动基板20，所述移动基板20上连接有扭转杆15，且所述移动基板20在扭转杆15的转动下能沿壳体10内壁上下滑动，所述移动基板20的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，所述的两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤33和供信号光纤33穿过的曲线形测试通道，每个光纤弯曲传感单元内的信号光纤33通过延长光纤1连接有对信号光纤33中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元5，所述测试单元5与同一个处理单元7相连接，所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，所述移动基板20的位置变化分别使两个光纤弯曲传感单元的长度一个伸长、另一个缩短。

本实施例中，曲线形支架为曲线形壳体4构成，布设在所述的曲线型壳体4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。在扭转杆15上有螺纹且与移动基板20是螺纹配合，移动基板20与壳体10内壁是滑动配合并且随着扭转杆15的转动而在螺纹的作用下移动位置，使两个曲线形壳体4一个拉伸、另一个被压缩，并且两个曲线形壳体4包含的信号光纤33的弯曲曲率变化，两个测试单元5分别通过检测信号光纤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对两个测试单元5的数据进行差分处理并计算后得出扭转杆15的扭转角度，同时消除了测试单元5中的光信号功率的波动影响，并分别根据两个曲线形壳体4是出于压缩还是伸长的状态得出扭转杆15的扭转方向。

在壳体10内填充有阻水油膏用以防水及延长信号光纤33的使用寿命。

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所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述扭转杆15上方固定有齿轮二22，所述齿轮二22的一侧设置有与齿轮二22相啮合的齿轮一21，所述齿轮一21上设置有传动杆18，所述传动杆18的转动通过齿轮一21和齿轮二22使扭转杆15扭转，扭转杆15的转动使移动基板20移动。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4所示，本实施例中，与实施例2不同的是：所述壳体10底部设置有穿过壳体10的调整螺杆16，所述调整螺杆16与壳体10为螺纹配合，所述调整螺杆16的上端设置有基板17。且基板17与调整螺杆16的端部是滑动接触，在基板17与移动基板20之间是构成光纤弯曲传感单元的曲线型壳体4。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2相同。

实施例4

如图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是：两个曲线型壳体4中包含的信号光纤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5

如图7、图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线形支架是弹簧，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在弹簧中相邻两圈弹簧丝38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6

如图9、图10所示，本实施例中，与实施例1不同的是：曲线形支架是波纹管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。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所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线型支架为分别设置在所述壳体10内顶部和底部的两块锯齿板19，且每块锯齿板19通过辅助弹簧30与移动基板20相连接。辅助弹簧30与移动基板20是滑动接触，辅助弹簧30与两块锯齿板19固定在一起，信号光纤33夹持在两锯齿板19之间，扭转杆15转动后，使移动基板20的位置变化，从而使一个两锯齿板19之间的压紧力变大，使另一个两锯齿板19之间的压紧力变小，两锯齿板19之间的距离也就变化，使信号光纤33的弯曲曲率变化，两个测试单元5分别检测到该变化。

信号光纤33可以以螺旋盘绕的方式敷设于两锯齿板19之间，延长信号光纤33的有效长度，提高测试的精度。

当然也可以由三个或三个以上的锯齿板19构成两层或两层以上的微弯结构，延长信号光纤33的有效长度，提高检测的精度。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8

如图5所示的一种差分光纤型扭转角度检测装置包括测试单元5和光纤弯曲传动单元，所述光纤弯曲传动单元包括壳体10，所述壳体10内设置有移动基板20，所述移动基板20上连接有扭转杆15，且所述移动基板20在扭转杆15的转动下能沿壳体10内壁上下滑动，所述移动基板20的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，所述的两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤33和供信号光纤33穿过的曲线形测试通道，所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，所述测试单元5是具有一个光源、两个光探测器的测试单元，与该测试单元5的光源连接有一1X2光分路器45，该光分路器的2口分别接两个曲线型支架中信号光纤33的一端，两个信号光纤33的另一端分别接测试单元5的两个光探测器口，测试单元5后接处理单元7。所述移动基板20的位置变化分别使两个光纤弯曲传感单元的长度一个伸长、另一个缩短。

测试单元5分别测得两个曲线型支架包含的信号光纤33中传输的光信号功率的变化信号，并将该信号传递给处理单元7，后者经过差分计算得到移动基板20的移动距离并计算出扭转杆15转向角度，该差分计算可以消减测试单元5中的光源输出功率波动对测试结果的影响，并通过分别确定两个曲线型壳体4的压缩或伸长变化状态计算出移动基板20的移动方向，并推算出扭转杆15的转向方向。

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

1.一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：包括光纤弯曲传动单元，所述光纤弯曲传动单元包括壳体（10），所述壳体（10）内设置有移动基板（20），所述移动基板（20）上连接有扭转杆（15），且所述移动基板（20）在扭转杆（15）的转动下能沿壳体（10）内壁上下滑动，所述移动基板（20）的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，所述两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤（33）和供信号光纤（33）穿过的曲线形测试通道，每个光纤弯曲传感单元内的信号光纤（33）通过延长光纤（1）连接有对信号光纤（33）中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元（5），所述测试单元（5）与同一个处理单元（7）相连接，所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿（4-1）和多个B侧变形齿（4-2），多个A侧变形齿（4-1）和多个B侧变形齿（4-2）之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤（33）穿过的曲线形通道，所述移动基板（20）的位置变化分别使两个光纤弯曲传感单元的长度一个伸长、另一个缩短。

2.根据权利要求1所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：所述扭转杆（15）上方固定有齿轮二（22），所述齿轮二（22）的一侧设置有与齿轮二（22）相啮合的齿轮一（21），所述齿轮一（21）上设置有传动杆（18），所述传动杆（18）的转动通过齿轮一（21）和齿轮二（22）使扭转杆（15）扭转。

3.根据权利要求2所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：所述壳体（10）底部设置有穿过壳体（10）的调整螺杆（16），所述调整螺杆（16）的上端设置有基板（17）且所述基板（17）与调整螺杆（16）的上端为滑动接触。

4.根据权利要求1所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体（4）。

5.根据权利要求1所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：所述曲线形支架为弹簧，A侧变形齿4-1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（38）之间。

6.根据权利要求1所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：所述曲线形支架为波纹管（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。

7.根据权利要求1所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：所述曲线型支架为分别设置在所述壳体（10）内顶部和底部的两块锯齿板（19），且每块锯齿板（19）通过辅助弹簧（30）与移动基板（20）相连接。

8.根据权利要求4所述的一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：每个曲线形壳体（4）中的信号光纤（33）的一端设置有光反射装置（46），所述信号光纤（33）的另一端通过延长光纤（1）连接1X2光分路器（45）的1口，1X2光分路器（45）的2口接测试单元（5）。

9.一种差分光纤型扭转角度检测装置，其特征在于：包括测试单元（5）和光纤弯曲传动单元，所述光纤弯曲传动单元包括壳体（10），所述壳体（10）内设置有移动基板（20），所述移动基板（20）上连接有扭转杆（15），且所述移动基板（20）在扭转杆（15）的转动下能沿壳体（10）内壁上下滑动，所述移动基板（20）的两侧分别设置有一个光纤弯曲传感单元，所述的两个光纤弯曲传感单元均包括信号光纤（33）和供信号光纤（33）穿过的曲线形测试通道，所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个A侧变形齿（4-1）和多个B侧变形齿（4-2），多个A侧变形齿（4-1）和多个B侧变形齿（4-2）之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤（33）穿过的曲线形通道，所述测试单元（5）是具有一个光源、两个光探测器的测试单元，与该测试单元（5）的光源连接有一1X2光分路器（45），该光分路器的2口分别接两个曲线型支架中信号光纤（33）的一端，两个信号光纤（33）的另一端分别接测试单元（5）的两个光探测器口，测试单元（5）后接处理单元（7）。所述移动基板（20）的位置变化分别使两个光纤弯曲传感单元的长度一个伸长、另一个缩短。