CN105621157B - 一种光纤退扭装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤退扭装置，从光纤牵引组件中引出的光纤，经过依次设置的光纤扭转检测单元、光纤收纤夹持组件、光纤扭转退除组件，收绕在光纤扭转退除组件中的收纤盘中；光纤扭转退除组件包括旋转驱动电机、传动机构、收纤盘，旋转驱动电机与角度传感器连接，根据角度传感器给出的反馈信号进行旋转，通过传动机构带动光纤收纤夹持组件同步旋转，光纤收纤夹持组件通过法兰面与传动机构连接。本发明光纤退扭装置能够对整段长距离的光纤进行整体退扭，降低光纤中存在的扭转应力，解决光纤陀螺的磁敏感性问题，提高光纤陀螺的精度。此外，光纤退扭技术可以消除绝缘单线偏心对特性阻抗的影响，降低绝缘单线同心度的要求。

Description

一种光纤退扭装置

技术领域

本发明属于光纤扭转消除技术领域，尤其涉及一种光纤退扭装置。

背景技术

随着近几年光纤通讯及光纤传感事业的迅猛发展，国内外对光纤制品、光纤环精度件的要求越来越高。随着高精度光纤环等产品的研发，光纤的各项指标不断的细化，其中光纤扭转问题一直是一个重点关注问题，主要体现在目前市面上生产的各类光纤由于工艺及生产设备等客观因素一直存在光纤扭转的不可避免性以及不确定性，现有技术无法有效解决。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，提供一种光纤退扭装置，对整段长距离的光纤进行整体退扭，降低光纤中存在的扭转应力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤退扭装置，包括放纤组件、光纤牵引组件、光纤扭转检测单元、光纤收纤夹持组件、光纤扭转退除组件，光纤由放纤组件进入光纤牵引组件，从光纤牵引组件中引出的光纤，经过依次设置的光纤扭转检测单元、光纤收纤夹持组件、光纤扭转退除组件，收绕在光纤扭转退除组件中的收纤盘中；光纤扭转检测单元包括拨叉、角度传感器、角度旋转支座，拨叉通过角度传感器固定在角度旋转支座上，拨叉上部设置狭缝；光纤扭转退除组件包括旋转驱动电机、传动机构、收纤盘，旋转驱动电机与角度传感器连接，根据角度传感器给出的反馈信号进行旋转，通过传动机构带动光纤收纤夹持组件同步旋转，光纤收纤夹持组件通过法兰面与传动机构连接。使得光纤绕自身轴心旋转，完成扭转的退除。

按上述技术方案，传动机构包括，退扭旋转轴、旋转轴承、退扭旋转轴座、第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对、旋转同步齿轮、旋转动力齿轮、收纤电机，收纤电机与收纤盘连接并驱动收纤盘转动，旋转驱动电机与旋转动力齿轮连接并驱动旋转动力齿轮转动，旋转动力齿轮与旋转同步齿轮啮合，退扭旋转轴与旋转同步齿轮同轴固定并同步旋转；退扭旋转轴通过旋转轴承固定在退扭旋转轴座上，退扭旋转轴的中心轴线处开设光纤槽，光纤经过收纤夹持组件后被引入退扭旋转轴的光纤槽中；第一正交导纤柱对中包括2个平行的导纤柱，第二正交导纤柱对中包括2个平行的导纤柱，第一正交导纤柱对中的导纤柱与第二正交导纤柱对中的导纤柱相互垂直，第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对设置在退扭旋转轴与收纤盘之间。从退扭旋转轴的光纤槽中穿出的光纤经过第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对的限位后，绕入收纤盘。

按上述技术方案，光纤收纤夹持组件包括，夹持主动轮组件、夹持被动轮组件、旋转连接板；夹持主动轮组件包括主动轮、主动轮轴、主动轮轴座、主动轮组件安装座、驱动电机、电动同步带轮、从动同步带轮，夹持主动轮组件通过主动轮组件安装座与旋转连接板连接，主动轮通过主动轮轴固定在主动轮轴座中，驱动电机与电动同步带轮连接并为其提供动力，电动同步带轮与从动同步带轮通过同步齿形带连接，从动同步带轮与主动轮通过主动轮轴连接进行轴向传动，这样驱动电机能够控制主动轮进行旋转；夹持被动轮组件包括被动轮、被动轮轴、被动轮摆动杆、摆动轴、弹簧连接杆、被动轮组件安装座、弹簧，被动轮通过被动轮轴与被动轮摆动杆的一端连接，被动轮摆动杆的另一端通过摆动轴与被动轮组件安装座连接，夹持被动轮组件通过夹持被动轮组件与旋转连接板连接，弹簧一端与弹簧连接杆连接，另一端与被动轮安装座连接，在夹持被动轮组件中，弹簧提供拉紧力，通过弹簧连接杆对被动轮摆动杆施加绕摆动轴的摆动力矩M，由于在光纤收纤夹持组件中被动轮与主动轮圆柱面之间夹有光纤，此力矩M能够保证被动轮与主动轮表面对光纤始终存在一定的压紧力f。当主动轮旋转时，压紧力f产生的摩擦力能够带动光纤进行平移；同时，当光纤收纤夹持组件在旋转连接板的带动下绕旋转中心轴线进行整体旋转时，压紧力f产生的摩擦力能够带动光纤进行轴向旋转。通过光纤收纤夹持组件的光纤被夹持在主动轮与被动轮之间。

光纤收纤夹持组件中还包括7-3配重块，配重块固定在旋转连接板上，平衡轴向旋转力矩。旋转连接板上设置配重安装孔位、夹持主动轮组件安装孔位、夹持被动轮组件安装孔位、法兰孔位。从光纤牵引组件中引出的光纤经过拨叉上部的狭缝，进入光纤收纤夹持组件中的主动轮与被动轮之间，然后通过退扭旋转轴的中心轴线处设置的光纤孔道，通过第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对后，收绕进收纤盘。

按上述技术方案，光纤牵引组件包括，皮带、驱动轮、第一皮带轮、第二皮带轮，第一皮带轮、第二皮带轮被包覆在皮带的两端(驱动轮是具有一定宽度的圆柱表面的轮子)，驱动轮与皮带的一侧接触。驱动轮与皮带贴紧来夹持光纤，由电机带动驱动轮旋转，通过摩擦力牵引光纤将其从放纤组件中引出。

按上述技术方案，在放纤组件、光纤牵引组件之间依次设置光纤计长组件、张力控制导轮、光纤导轮，光纤计长组件中的导纤轮、张力控制导轮、光纤导轮上设置的导纤槽均保持在同一平面上。放纤组件中引出的光纤依次经过光纤计长组件中的导纤轮、张力控制导轮、光纤导轮上的导纤槽，然后进入光纤牵引组件。

本发明产生的有益效果是：本发明光纤退扭装置能够对整段长距离的光纤进行整体退扭，降低光纤中存在的扭转应力，解决光纤陀螺的磁敏感性问题，提高光纤陀螺的精度。此外，光纤退扭技术可以消除绝缘单线偏心对特性阻抗的影响，降低绝缘单线同心度的要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例光纤退扭装置的整体示意图；

图2是本发明实施例中光纤扭转退除组件的剖视图；

图3是本发明实施例中光纤扭转退除组件的俯视图；

图4是本发明实施例中光纤扭转检测单元的主视图；

图5是本发明实施例中光纤扭转检测单元的俯视图；

图6是本发明实施例中光纤收纤夹持组件的整体结构示意图；

图7是本发明实施例中光纤收纤夹持组件与光纤扭转退除组件的连接示意图；

图8是本发明实施例中光纤收纤夹持组件与光纤扭转退除组件连接部位局部放大图；

图9是本发明实施例中旋转连接板的结构示意图；

图10是本发明实施例中夹持主动轮组件的结构示意图；

图11是本发明实施例中夹持被动轮组件的结构示意图；

图12是扭转光纤示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种光纤退扭装置，如图1、图2、图3、图4、图5所示，包括放纤组件1、光纤牵引组件6、光纤扭转检测单元5、光纤收纤夹持组件7、光纤扭转退除组件9，光纤8由放纤组件进入光纤牵引组件，从光纤牵引组件中引出的光纤，经过依次设置的光纤扭转检测单元、光纤收纤夹持组件、光纤扭转退除组件，收绕在光纤扭转退除组件中的收纤盘中；光纤扭转检测单元包括拨叉5-1、角度传感器5-2、角度旋转支座5-3，拨叉通过角度传感器固定在角度旋转支座上，拨叉上部设置狭缝5-4；光纤扭转退除组件包括旋转驱动电机9-8、传动机构、收纤盘9-10，旋转驱动电机与角度传感器连接，根据角度传感器给出的反馈信号进行旋转，通过传动机构带动光纤收纤夹持组件同步旋转，光纤收纤夹持组件通过法兰面与传动机构连接。使得光纤绕自身轴心旋转，完成扭转的退除。放纤组件根据放纤量计算值进行放纤控制，对放纤系统采取自动张力控制，自动对中控制，以保证放纤过程的稳定性和不改变光纤原有的扭转状态。

进一步地，传动机构包括，退扭旋转轴9-1、旋转轴承9-2、退扭旋转轴座9-3、第一正交导纤柱对9-4、第二正交导纤柱对9-5、旋转同步齿轮9-6、旋转动力齿轮9-7、收纤电机9-9，收纤电机与收纤盘连接并驱动收纤盘转动，旋转驱动电机与旋转动力齿轮连接并驱动旋转动力齿轮转动，旋转动力齿轮与旋转同步齿轮啮合，退扭旋转轴与旋转同步齿轮同轴固定并同步旋转；退扭旋转轴通过旋转轴承固定在退扭旋转轴座上，退扭旋转轴的中心轴线处开设光纤槽，光纤经过收纤夹持组件后被引入退扭旋转轴的光纤槽中；第一正交导纤柱对中包括2个平行的导纤柱，第二正交导纤柱对中包括2个平行的导纤柱，第一正交导纤柱对中的导纤柱与第二正交导纤柱对中的导纤柱相互垂直，第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对设置在退扭旋转轴与收纤盘之间。从退扭旋转轴的光纤槽中穿出的光纤经过第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对的限位后，绕入收纤盘。

本发明实施例中，进一步地，如图6-图11所示，光纤收纤夹持组件包括，夹持主动轮组件7-1、夹持被动轮组件7-2、旋转连接板7-4；夹持主动轮组件包括主动轮7-1-1、主动轮轴7-1-2、主动轮轴座7-1-3、主动轮组件安装座7-1-4、驱动电机7-1-5、电动同步带轮7-1-6、从动同步带轮7-1-7，夹持主动轮组件通过主动轮组件安装座与旋转连接板连接，主动轮通过主动轮轴固定在主动轮轴座中，驱动电机与电动同步带轮连接并为其提供动力，电动同步带轮与从动同步带轮通过同步齿形带连接，从动同步带轮与主动轮通过主动轮轴连接进行轴向传动，这样驱动电机能够控制主动轮进行旋转；夹持被动轮组件包括被动轮7-2-1、被动轮轴7-2-2、被动轮摆动杆7-2-3、摆动轴7-2-4、弹簧连接杆7-2-5、被动轮组件安装座7-2-6、弹簧7-2-7，被动轮通过被动轮轴与被动轮摆动杆的一端连接，被动轮摆动杆的另一端通过摆动轴与被动轮组件安装座连接，夹持被动轮组件通过夹持被动轮组件与旋转连接板连接，弹簧一端与弹簧连接杆7-2-5连接，另一端与被动轮安装座7-2-6连接，在夹持被动轮组件中，弹簧提供拉紧力，通过弹簧连接杆对被动轮摆动杆施加绕摆动轴的摆动力矩M，由于在光纤收纤夹持组件中被动轮7-2-1与主动轮7-1-1圆柱面之间夹有光纤，此力矩M能够保证被动轮与主动轮表面对光纤始终存在一定的压紧力f。当主动轮旋转时，压紧力f产生的摩擦力能够带动光纤进行平移；同时，当光纤收纤夹持组件在旋转连接板的带动下绕旋转中心轴线进行整体旋转时，压紧力f产生的摩擦力能够带动光纤进行轴向旋转。通过光纤收纤夹持组件的光纤被夹持在主动轮与被动轮之间。

光纤收纤夹持组件中还包括7-3配重块，配重块固定在旋转连接板上，平衡轴向旋转力矩。旋转连接板上设置配重安装孔位、夹持主动轮组件安装孔位、夹持被动轮组件安装孔位、法兰孔位。从光纤牵引组件中引出的光纤经过拨叉上部的狭缝，进入光纤收纤夹持组件中的主动轮与被动轮之间，然后通过退扭旋转轴的中心轴线处设置的光纤孔道，通过第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对后，收绕进收纤盘。

进一步地，光纤牵引组件包括，皮带、驱动轮、第一皮带轮、第二皮带轮，第一皮带轮、第二皮带轮被包覆在皮带的两端(驱动轮是具有一定宽度的圆柱表面的轮子)，驱动轮与皮带的一侧接触。驱动轮与皮带贴紧来夹持光纤，由电机带动驱动轮旋转，通过摩擦力牵引光纤将其从放纤组件中引出。

进一步地，在放纤组件、光纤牵引组件之间依次设置光纤计长组件、张力控制导轮、光纤导轮，光纤计长组件中的导纤轮、张力控制导轮、光纤导轮上设置的导纤槽均保持在同一平面上。放纤组件中引出的光纤依次经过光纤计长组件中的导纤轮、张力控制导轮、光纤导轮上的导纤槽，然后进入光纤牵引组件。

根据光纤在自由状态下由于扭转自身产出的变形量来判断识别光纤的扭转情况，经过系列实验，存在扭转的光纤表现出一些特性，光纤发生侧向偏移，光纤轴线不再处于一个平面内，具体如图12所述。此种特性能够运用在光纤扭转的检测以及退扭的控制进程中，为利用存在扭转的光纤所表现出的特性，采用一个开缝的拨叉结构配合光纤夹持机构来进行光纤扭转检测以及退扭控制。

利用光纤牵引组件6牵引光纤使其在拨叉的缝隙中发生如图12所示的形变，从而拨动拨叉使之产生一个角度变化，该角度变化通过角度传感器转换为电信号控制旋转驱动电机旋转，通过光纤扭转退除组件退除光纤的扭转，直到拨叉回到初始位置，整个检测及退扭过程采用闭环系统，通过PLC结合传感器、伺服电机进行精确控制。具体运行过程如下：

1.首先启动系统，手工上纤，使光纤按设定路径经过各组件；

2.保持光纤牵引组件与光纤收纤夹持组件中的电机同步旋转，使得光纤牵引组件与光纤收纤夹持组件之间的光纤保持张紧状态，由于光纤路径经过5光纤扭转检测单元中5-1拨叉结构的狭缝，此时狭缝中的光纤即为张紧平直的状态；

3.保持光纤收纤夹持组件7中的电机不动，控制放纤组件1与光纤牵引组件6的电机进行同步旋转，这样光纤牵引组件与光纤收纤夹持组件之间的光纤会变松弛并呈如图12中所示的状态，当光纤存在扭转时，会出现光纤形变区域A，光纤形变区域B，在A与B形成过程中，光纤会有一个力作用在拨叉的两臂上使之旋转一定角度，这样角度传感器随之产生一个同步的角度变化值u；

4.变化值u输入到PLA控制单元，PLA输出信号控制光纤扭转退除组件的伺服电机进行旋转，光纤扭转退除组件带动光纤收纤夹持组件同步旋转，光纤收纤夹持组件通过两个带有柔软圆柱面紧密相切的轮子夹持光纤，光纤随之进行轴向旋转，退除轴向扭转，直到光纤呈现图12中的无扭转光纤的状态，此时角度传感器角度变化值为零，相应的光纤扭转退除组件的伺服电机停止旋转；

5.保持光纤牵引电机组件不动，控制光纤收纤夹持组件与光纤扭转退除组件中的电机同步旋转，将光纤收绕至收纤盘中；

6.当光纤牵引组件与光纤收纤夹持组件中的光纤回到平直状态时，7与9停止运转；

7.重复2至6的步骤，直到放纤组件中光纤放纤完毕。

光纤扭转退除组件可以控制光纤在轴向进行旋转运动，以消除光纤的扭转。由于光纤收纤夹持组件与光纤扭转退除组件中的电机要实现360度的结构旋转，采用导电滑环连接来实现电机的供电与控制，在机械设备的加工和装配上进行严格的控制。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种光纤退扭装置，其特征在于，包括放纤组件、光纤牵引组件、光纤扭转检测单元、光纤收纤夹持组件和光纤扭转退除组件，光纤由放纤组件进入光纤牵引组件，从光纤牵引组件中引出的光纤，经过依次设置的光纤扭转检测单元、光纤收纤夹持组件、光纤扭转退除组件，收绕在光纤扭转退除组件中的收纤盘中；光纤扭转检测单元包括拨叉、角度传感器、角度旋转支座，拨叉通过角度传感器固定在角度旋转支座上，拨叉上部设置狭缝；光纤扭转退除组件包括旋转驱动电机、传动机构、收纤盘，旋转驱动电机与角度传感器连接，根据角度传感器给出的反馈信号进行旋转，通过传动机构带动光纤收纤夹持组件同步旋转，光纤收纤夹持组件通过法兰面与传动机构连接。

2.根据权利要求1所述的光纤退扭装置，其特征在于，传动机构包括，退扭旋转轴、旋转轴承、退扭旋转轴座、第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对、旋转同步齿轮、旋转动力齿轮和收纤电机，收纤电机与收纤盘连接并驱动收纤盘转动，旋转驱动电机与旋转动力齿轮连接并驱动旋转动力齿轮转动，旋转动力齿轮与旋转同步齿轮啮合，退扭旋转轴与旋转同步齿轮同轴固定并同步旋转；退扭旋转轴通过旋转轴承固定在退扭旋转轴座上，退扭旋转轴的中心轴线处开设光纤槽，光纤经过收纤夹持组件后被引入退扭旋转轴的光纤槽中；第一正交导纤柱对中包括2个平行的导纤柱，第二正交导纤柱对中包括2个平行的导纤柱，第一正交导纤柱对中的导纤柱与第二正交导纤柱对中的导纤柱相互垂直，第一正交导纤柱对、第二正交导纤柱对设置在退扭旋转轴与收纤盘之间。

3.根据权利要求1或2所述的光纤退扭装置，其特征在于，光纤收纤夹持组件包括，夹持主动轮组件、夹持被动轮组件和旋转连接板；夹持主动轮组件包括主动轮、主动轮轴、主动轮轴座、主动轮组件安装座、驱动电机、电动同步带轮、从动同步带轮，夹持主动轮组件通过主动轮组件安装座与旋转连接板连接，主动轮通过主动轮轴固定在主动轮轴座中，驱动电机与电动同步带轮连接并为其提供动力，电动同步带轮与从动同步带轮通过同步齿形带连接，从动同步带轮与主动轮通过主动轮轴连接进行轴向传动；夹持被动轮组件包括被动轮、被动轮轴、被动轮摆动杆、摆动轴、弹簧连接杆、被动轮组件安装座、弹簧，被动轮通过被动轮轴与被动轮摆动杆的一端连接，被动轮摆动杆的另一端通过摆动轴与被动轮组件安装座连接，夹持被动轮组件通过夹持被动轮组件与旋转连接板连接，弹簧一端与弹簧连接杆连接，另一端与被动轮安装座连接。

4.根据权利要求1或2所述的光纤退扭装置，其特征在于，光纤牵引组件包括，皮带、驱动轮、第一皮带轮和第二皮带轮，第一皮带轮、第二皮带轮被包覆在皮带的两端，驱动轮与皮带的一侧接触。

5.根据权利要求1或2所述的光纤退扭装置，其特征在于，在放纤组件、光纤牵引组件之间依次设置光纤计长组件、张力控制导轮、光纤导轮，光纤计长组件中包括导纤轮，所述导纤轮、张力控制导轮、光纤导轮上设置的导纤槽均保持在同一平面上。