CN111039087B - 一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法及系统 - Google Patents

一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法及自动控制调节系统，属于光纤传感技术领域。方法包括如下步骤：预设张力F给比较环节，比较环节对张力F和检测返回的张力F’进行比较，依据结果向控制器发送控制指令；控制器向张力执行器发送执行指令，张力执行器根据指令调节施加在“有源”光纤光栅上的张力；“有源”光纤光栅上的张力值被检测装置实时监测并反馈给比较环节；比较环节根据反馈结果和设定值的差异再次发送控制指令，重复上述流程直到光栅上的张力值与设定的张力值相等。本方法通过构建张力反馈控制回路实现一种具有张力自动控制调节的系统，保证施加在光纤激光水听器“有源”光纤光栅上的张力稳定可控。

Description

一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法及 系统
技术领域
本发明涉及一种光纤激光水听器封装张力控制方法及自动控制调节系统，尤其涉及一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法及自动控制调节系统，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤激光水听器依托“有源”光纤光栅技术，将“有源”光纤光栅作为敏感元件，在掺铒或铒镱共掺光纤上刻写具有一定相移的光纤布拉格光栅形成分布反馈式光纤激光器。通过检测外界声压作用于该激光器谐振腔后引起的相移变化获得水声信号。“有源”光纤光栅作为光纤激光水听器探头的核心敏感元件，在封装过程中需要持续施加稳定的预张紧力，目前该预张紧力大多采用被动施加方法，即在光纤光栅封装前，先将光纤光栅一端的尾纤固定，然后用拉力计拉拽光纤光栅的另一端尾纤至所需张力后，将该端光纤固定，该方法操作简单，但是对周围环境要求较高，需要平台稳定，附近无振动源，光纤固定工装变形量微小，并且光纤张力无法实时观测和调整，该方法虽然能够实现预紧张力的施加，但是张力施加效果并不理想，往往偏离预设值，并且张力偏离预设值的偏差是随机的，很难控制不同探头“有源”光纤光栅张力施加的一致性，严重影响了探头性能。因此，如何精确控制“有源”光纤光栅预张紧力是光纤激光水听器探头封装必须解决的重要技术之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制技术。该技术采用主动张力施加方法，设计一种具有张力反馈功能的张力自动控制调节系统，保证施加在光纤激光水听器“有源”光纤光栅上的张力稳定可控。
本发明的另外一个目的在于提供一种光纤激光水听器张力自动控制调节系统。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法，包括如下步骤：
步骤(1)、预设张力F给比较环节，比较环节对设定的张力F和张力检测装置返回的张力F’进行比较，根据比较结果向控制器发送控制指令；
步骤(2)、控制器根据接收的控制指令向张力执行器发送执行指令，张力执行器根据执行指令调节施加在“有源”光纤光栅上的张力；
步骤(3)、“有源”光纤光栅上的张力值被张力检测装置实时监测并反馈给比较环节；
步骤(4)、比较环节根据张力反馈结果和设定值的差异向控制器再次发送控制指令，重复上述步骤(1)至步骤(3)的流程，直到“有源”光纤光栅上的张力值与设定的张力值相等。
一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统，包括：控制系统、执行反馈系统和“有源”光纤光栅测试机架，所述控制系统与所述执行反馈系统通过导线连接，所述执行反馈系统与“有源”光纤光栅测试机架机械连接，所述控制系统包括用于接收反馈信息并完成数值比较的比较器和用于发送指令的控制器，所述执行反馈系统包括用于执行控制器的指令的执行器和用于检测并反馈信息给比较器的检测装置。
上述光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，所述比较器和控制器均由使用LABVIEW程序的上位机控制系统控制，所述比较器为上位机，所述控制器为单片机控制器。
上述光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，所述执行器为电动滑台。
上述光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，所述检测装置为拉力计。
上述光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，所述“有源”光纤光栅测试机架包括导轨、导轨型材、探头和绕纤轮。
上述光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，所述控制系统与所述执行反馈系统通过串口线连接。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明创新性设计的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统，利用张力测量单元实时监测加载在“有源”光纤光栅上的张力值，并将测量的张力值实时反馈给控制系统，控制系统根据反馈的张力值与预设值的偏差实时调整加载张力的执行机构，保证加载在“有源”光纤光栅上的张力为预设值±0.1g，提高了“有源”光纤光栅张力的稳定性和不同探头之间的一致性；
(2)、本发明的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法与现有技术相比，克服了现有技术中对“有源”光纤光栅施加张力时无法实时观测和调整，施加后张力随机偏离预设值的缺陷，在工程实际应用中，具有更好的稳定性和可操作性。
附图说明
图1为本发明光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法的原理图；
图2为本发明光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法的原理图，包括：比较环节1、控制器2、张力执行器3、“有源”光纤光栅4、拉力检测装置5。
采用本发明的控制方法工作时，首先设定预设张力F给比较环节1，比较环节1对设定的张力F和张力检测装置5返回的张力F’进行比较，根据比较结果向控制器2发送控制指令，控制器2根据接收的控制指令向张力执行器3发送执行指令，张力执行器3根据执行指令调节施加在“有源”光纤光栅4上的张力，“有源”光纤光栅4上的张力值被张力检测装置5实时监测并反馈给比较环节1，比较环节1根据张力反馈结果和设定值的差异向控制器2发送控制指令，重复上述流程，直到“有源”光纤光栅上的张力值与设定的张力值相等。
如图2所示为本发明的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统示意图。具体讲，该光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统采用本发明的上述方法运行，在该方案中比较环节1通过使用LABVIEW程序的上位机控制系统在上位机11中编写程序实现，控制器2通过单片机控制12电路实现，张力执行器3通过电动滑台13实现，张力检测装置5通过拉力计15实现。
在该系统中，拉力设定值、控制参数和人机交互界面也通过LABVIEW软件实现，“有源”光纤光栅4的一段固定在绕纤轮44上，另一端固定在拉力计15上，拉力计15与电动滑台13固定，拉力计15实时测量光纤光栅4上的张力并返回给上位机11的LABVIEW程序。工作时，首先在上位机11的控制系统的操作界面设置所需张力，将指令通过串口发给单片机12，单片机12控制电动滑台13左右移动将光纤光栅4张紧并施加预张紧力至设置值后停止运动，至此完成前向控制环节。然后拉力计15实时监测光纤光栅4的张力值并反馈给上位机11比较环节，当张力大于或小于设定值时，上位机11发出指令给单片机12，单片机12再次控制电动滑台13移动，调整光纤光栅张力，直到再次达到设定值后，电动滑台13停止运动。
由上述本发明的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力控制方法的实施过程可见，本方案技术采用主动张力施加方法，利用反馈控制原理实现了张力的实时可控，相对于目前被动张力施加方法，该方法提高了“有源”光纤光栅封装张力的可控性和不同“有源”光纤光栅封装张力的一致性。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统，其特征在于，包括：控制系统、执行反馈系统和“有源”光纤光栅测试机架，所述控制系统与所述执行反馈系统通过导线连接，所述执行反馈系统与“有源”光纤光栅测试机架机械连接，所述控制系统包括用于接收反馈信息并完成数值比较的比较器和用于发送指令的控制器，所述执行反馈系统包括用于执行控制器的指令的执行器和用于检测并反馈信息给比较器的检测装置；
所述比较器和控制器均由使用LABVIEW程序的上位机控制系统控制，所述比较器为上位机，所述控制器为单片机控制器；所述执行器为电动滑台；所述检测装置为拉力计；
拉力设定值、控制参数和人机交互界面也通过LABVIEW软件实现，“有源”光纤光栅(4)的一段固定在绕纤轮(44)上，另一端固定在拉力计(15)上，拉力计(15)与电动滑台(13)固定，拉力计(15)实时测量光纤光栅(4)上的张力并返回给上位机(11)的LABVIEW程序；工作时，首先在上位机(11)的控制系统的操作界面设置所需张力，将指令通过串口发给单片机(12)，单片机(12)控制电动滑台(13)左右移动将光纤光栅(4)张紧并施加预张紧力至设置值后停止运动，至此完成前向控制环节；然后拉力计(15)实时监测光纤光栅(4)的张力值并反馈给上位机(11)比较环节，当张力大于或小于设定值时，上位机(11)发出指令给单片机(12)，单片机(12)再次控制电动滑台(13)移动，调整光纤光栅张力，直到再次达到设定值后，电动滑台(13)停止运动。
2.根据权利要求1所述的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，其特征在于，所述“有源”光纤光栅测试机架包括导轨、导轨型材、探头和绕纤轮。
3.根据权利要求1所述的光纤激光水听器“有源”光纤光栅封装张力反馈自动控制调节系统中，其特征在于，所述控制系统与所述执行反馈系统通过串口线连接。
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