CN105584887A - 一种光纤长度在线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤测量技术，具体涉及一种光纤长度在线测量装置。该装置包括力矩测量装置、微力检测装置、控制系统。本发明将缠绕有光纤的光纤轮固定在光纤轮加紧机构上，并将光纤缠绕过微力检测装置杆头的凹槽，和目标体相连。通过显示与控制面板开启系统，控制系统采集力矩测量装置和微力检测装置的信息，经过处理后传输至显示与控制面板上。该装置可用于光纤陀螺光纤环绕制过程中的光纤长度和光纤张力的实时检测，提高绕制质量。

Description

一种光纤长度在线测量装置及方法

技术领域

本发明属于传感器长度测量技术领域，涉及一种精确的光纤长度在线测量装置及方法。

背景技术

光纤长度的在线测量对光纤传感器，尤其对光纤陀螺的生产有着重要的意义。目前光纤缠绕过程中的光纤长度还不能够实现实时在线测量，其长度的控制均通过近似估计。

由于其特殊的物理特性，涉及光纤等纤维丝的长度测量方法，目前还没有一个通用有效的方案。比较成熟的方案主要有机械式，光电式，图像处理等。所谓的机械式就是将光纤丝缠绕在一个滚轮上，通过计算滚轮的转速计算光纤的长度，但是在光纤绕滚轮变化过程中有很大的相对滑移，测量误差大；光电式是利用光的多普勒频移来实现测量，这种方案对光纤这类透明的物体测试误差较大，同时其检测速率低；图像处理法就是利用CCD和光学系统对光纤丝放大成像，依据光纤的特征来匹配计算，当光纤外表面均匀一致时无法计算，这种方法一般适合于纺织纤维丝长度的测量。

在光纤陀螺光纤环的缠绕过程中，缠绕速度和缠绕张力对缠绕质量也有着重要的影响，即在光纤缠绕过程中光纤长度、缠绕速度和缠绕张力均对光纤传感器的性能有着重要的影响。

发明内容

本发明的目的是：主要提出了一种光纤长度在线精确测量装置，该装置能够实现光纤缠绕过程中的光纤长度、缠绕速度和缠绕张力的在线测量。

另外，还提供光纤长度的在线测量方法。

本发明的技术方案是：一种光纤长度在线测量装置，其包括固定挡板1、力矩测量装置2、光纤轮3、光纤轮加紧机构4、微力检测装置5、底座7，所述力矩测量装置2通过固定挡板1固定在底座7上，微力检测装置5固定在底座7上，光纤轮3固定在光纤轮加紧机构4上，光纤轮3上的光纤9经过微力检测装置杆头8的凹槽后与目标体相连，而光纤轮加紧机构4和力矩测量装置2的旋转轴相连。

光纤轮3的旋转中心和光纤轮夹具机构的旋转中心重合。

光纤轮加紧机构4后端开叉。

微力检测装置杆头8和光纤轮3存在设定夹角。

所述的光纤长度在线测量装置还包括与力矩测量装置2及微力检测装置5连接的控制系统，该控制系统采集处理力矩测量装置2的旋转角速度和旋转力矩信息及微力检测装置5的光纤9缠绕压力信息，并将光纤9缠绕过程中的长度、缠绕速度和缠绕张力信息实时输出显示在显示与控制面板6上。

控制系统固定在底座7内部。

一种光纤长度在线测量方法，其特征在于，通过力矩测量装置将测量的旋转角速度ω和力矩M信息传送至控制系统，微力检测装置将压力信息传送至控制系统，控制系统按照公式3的计算方法，求得光纤缠绕的线速度，通过对线速度积分，即可得到光纤的长度信息，

ν＝MωCOSα/F3

其中，v是光纤的线速度、夹角a为微力检测装置杆头和光纤轮之间的夹角、F为光纤对微力检测装置杆头的压力。

本发明的技术效果是：本发明通过检测光纤轮6的旋转力矩和光纤9的张力，精确实现光纤9长度的在线实时测量。同时，还可以实时提供和记录光纤绕制过程中的绕制张力。该装置可用于光纤陀螺光纤环绕制过程中的光纤长度和光纤张力的实时检测，提高绕制质量。

附图说明

图1光纤长度在线测量装置结构图；

图2光纤轮加紧机构结构示意图；

图3受力示意图，

其中，1-固定挡板2-力矩测量装置3-光纤轮4-光纤轮加紧机构5-微力检测装置6-显示与控制面板7-底座8-微力检测装置杆头9-光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

请参阅图1，本发明光纤长度在线精确测量装置包括固定挡板1、力矩测量装置2、光纤轮3、光纤轮加紧机构4、微力检测装置5、控制面板6、底座7及控制系统。其中，力矩测量装置2固定在固定挡板1上，光纤轮加紧机构4和力矩测量装置2的旋转轴相连。光纤轮加紧机构4旋转时，带动力矩测量装置2的旋转轴旋转，力矩测量装置2通过内部电磁感应，实现光纤轮加紧机构4旋转力矩的测量，同时也能够通过施加相应的电流来保证光纤加紧机构4具有恒定的旋转力矩。

光纤轮3套在光纤轮加紧机构4上，光纤轮3的旋转中心和光纤轮夹具机构的旋转中心重合，光纤轮加紧机构4后端开叉，结构如图2所示。这样保证光纤轮3套入后实现固定，同时方便拆卸。

微力检测装置5固定在底座上，微力检测装置5前端的微力检测装置杆头8上刻有凹槽，光纤轮3上光纤9经过此凹槽后，缠绕在目标体比如光纤陀螺的光纤环上。由于微力检测装置杆头8和光纤轮3存在着固定的夹角为α，光纤9缠绕过程中对微力检测装置杆头8施加一个压力，该压力可以通过微力检测装置5精确测量。

这样，在缠绕过程中整个系统受力如图3所示。A点是光纤轮3的旋转中心点，设力矩测量装置2的张紧力距为M，d为缠绕有光纤9的光纤轮3的直径，B为微力检测装置杆头8旋转中心点，C点目标体位置。这里d随着光纤9的缠绕逐渐变化，ω是力矩测量装置2的转速，该转速信号可以由力矩测量装置2测量，F为光纤9对微力检测装置杆头8的压力，v是光纤9的线速度则有：

Md＝F/COSα(1)

ωd＝ν(2)

由式(1)和(2)知：

ν＝MωCOSα/F(3)

由式(3)可知，光纤9的线速度是和力矩测量装置2力矩M、力矩测量装置2旋转角速度ω、微力检测装置杆头8和光纤轮3存在着固定的夹角a、微力检测装置5测量的压力F有关，这些量可以通过力矩测量装置2和微力检测装置5进行测量。

控制系统固定在底座7内部，力矩测量装置2将测量的旋转角速度ω和力矩M信息传送至控制系统，微力检测装置5将压力信息传送至控制系统，控制系统按照式(3)的计算方法，可以求的光纤缠绕的线速度，通过对线速度积分，即可得到光纤的长度信息。这样通过控制系统可以实现光纤9长度信息、光纤9缠绕时的压力信息即光纤缠绕张力及其光纤9缠绕速度信息的测量。控制系统将该信息输出至显示与控制面板6上，实现实时显示。

综上所述，按照以上的说明，本发明在具体实施时，将缠绕有光纤9的光纤轮3固定在光纤轮加紧机构4上，并将光纤9缠绕过微力检测装置杆头8的凹槽，和目标体相连。通过显示与控制面板开启系统，控制系统采集力矩测量装置2和微力检测装置5的信息，经过处理后传输至显示与控制面板6上，从而能够实现缠绕光纤长度、缠绕速度和缠绕张力的实时测量，因此具有较大实际应用价值。

Claims (7)

1.一种光纤长度在线测量装置，其特征在于，包括固定挡板(1)、力矩测量装置(2)、光纤轮(3)、光纤轮加紧机构(4)、微力检测装置(5)、底座(7)，所述力矩测量装置(2)通过固定挡板(1)固定在底座(7)上，微力检测装置(5)固定在底座(7)上，光纤轮(3)固定在光纤轮加紧机构(4)上，光纤轮(3)上的光纤(9)经过微力检测装置杆头(8)的凹槽后与目标体相连，而光纤轮加紧机构(4)和力矩测量装置(2)的旋转轴相连。

2.根据权利要求1所述的光纤长度在线测量装置，其特征在于，光纤轮(3)的旋转中心和光纤轮夹具机构的旋转中心重合。

3.根据权利要求1所述的光纤长度在线测量装置，其特征在于，光纤轮加紧机构(4)后端开叉。

4.根据权利要求1所述的光纤长度在线测量装置，其特征在于，微力检测装置杆头(8)和光纤轮(3)存在设定夹角。

5.根据权利要求1所述的光纤长度在线测量装置，其特征在于，还包括与力矩测量装置(2)及微力检测装置(5)连接的控制系统，该控制系统采集处理力矩测量装置(2)的旋转角速度和旋转力矩信息及微力检测装置(5)的光纤(9)缠绕压力信息，并将光纤(9)缠绕过程中的长度、缠绕速度和缠绕张力信息实时输出显示在显示与控制面板(6)上。

6.根据权利要求5所述的光纤长度在线测量装置，其特征在于，控制系统固定在底座(7)内部。

7.一种光纤长度在线测量方法，其特征在于，通过力矩测量装置将测量的旋转角速度ω和力矩M信息传送至控制系统，微力检测装置将压力信息传送至控制系统，控制系统按照公式3的计算方法，求得光纤缠绕的线速度，通过对线速度积分，即可得到光纤的长度信息，

ν＝MωCOSα/F3

其中，v是光纤的线速度、夹角a为微力检测装置杆头和光纤轮之间的夹角、F为光纤对微力检测装置杆头的压力。