基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，屬于扭矩測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，包括寬帶光源、光譜分析儀、耦合器、旋鈕夾具裝置、傳感裝置和光纖夾具裝置；傳感裝置的一端與耦合器的第二端口連接；傳感裝置的另一端與耦合器的第四端口連接；傳感裝置與耦合器的第二端口和第四端口的連接處分別固定有旋鈕夾具裝置和光纖夾具裝置；寬帶光源的輸出端與耦合器的第一端口連接；光譜分析儀的輸入端與耦合器的第三端口連接；解決的是現(xiàn)有的扭矩測(cè)量系統(tǒng)精度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高等問題。
【專利說明】
基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及扭矩測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，具體來說是涉及基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的一種特殊力矩，是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù)。扭矩測(cè)試的方法多種多樣，傳統(tǒng)的方法有應(yīng)變片法和各種光學(xué)、光電子學(xué)、磁學(xué)、電磁學(xué)等方法。但傳統(tǒng)的測(cè)量方法易受到外部因素的影響，如粉塵、磁場(chǎng)變化等。光纖傳感器具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于光傳感領(lǐng)域。
[0003]為了精確地測(cè)量出扭矩且滿足不同用途的需求，關(guān)于如何定量測(cè)量扭矩的各式各樣方法相繼被提出來，而基于光纖材料的扭矩測(cè)量研究也取得了一定的成果。主要有組合式扭梁傳感結(jié)構(gòu)、基于光纖微彎損耗測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸扭矩、輪輻式光纖光柵扭矩傳感器等方案。組合式扭梁傳感結(jié)構(gòu)主要是將一定長度的布拉格光纖光柵沿軸向呈一定角度剛性粘貼于界線的表面，實(shí)現(xiàn)了免受溫度影響的光纖光柵扭轉(zhuǎn)傳感測(cè)量，但布拉格光纖光柵內(nèi)實(shí)現(xiàn)的是纖芯正反向模式的耦合，會(huì)受到由后向反射引起的光源震蕩的影響;基于光纖微彎損耗測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸扭矩能夠在腐蝕性介質(zhì)及污染等惡劣環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，抗干擾及耐腐蝕性較強(qiáng)，但其測(cè)量系統(tǒng)比較復(fù)雜，不適合工程推廣;輪輻式光纖光柵扭矩傳感器創(chuàng)新地將雙月牙弧形狀的輻條結(jié)構(gòu)用于扭矩測(cè)量方面，但實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光纖光柵較難粘貼，粘貼的方向和位置也較難確定，極易產(chǎn)生粘貼偏差。因此需要研究出一種實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精度高、成本較為低廉的扭矩檢測(cè)系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型需要解決的是現(xiàn)有的扭矩測(cè)量系統(tǒng)精度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高等問題，提供基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案解決上述問題:
[0006]基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，包括寬帶光源、光譜分析儀、親合器、旋鈕夾具裝置、傳感裝置和光纖夾具裝置;傳感裝置的一端與耦合器的第二端口連接；傳感裝置的另一端與耦合器的第四端口連接;傳感裝置與耦合器的第二端口和第四端口的連接處分別固定有旋鈕夾具裝置和光纖夾具裝置;寬帶光源的輸出端與耦合器的第一端口連接;光譜分析儀的輸入端與耦合器的第三端口連接。
[0007]為了能更好測(cè)量物體旋轉(zhuǎn)的角度，上述方案中，優(yōu)選的是傳感裝置包括兩段單模光纖、兩段保偏光纖和一段多模光纖;連接方式為單模光纖-保偏光纖-多模光纖-保偏光纖-單模光纖。
[0008]進(jìn)一步的，上述方案中，優(yōu)選的是單模光纖的長度為5-15cm，多模光纖與保偏光纖的長度為3-7cm0
[0009]上述方案中，優(yōu)選的是旋鈕夾具裝置包括旋鈕轉(zhuǎn)盤、第一夾具支座和第一熱縮管；第一熱縮管固定在傳感裝置與耦合器第二端口的連接處;旋鈕轉(zhuǎn)盤固定在第一熱縮管上；第一夾具支座懸掛在旋鈕轉(zhuǎn)盤正下方;第一熱縮管可以對(duì)光纖起到保護(hù)的作用，防止在旋轉(zhuǎn)過程中接口處出現(xiàn)損壞，旋鈕轉(zhuǎn)盤方便用戶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0010]上述方案中，優(yōu)選的光纖夾具裝置包括光纖固定夾、第二夾具支座和第二熱縮管；第二熱縮管固定在傳感裝置與耦合器第四端口的連接處;光纖固定夾固定在第二熱縮管上;第二夾具支座懸掛在光纖固定夾的正下方;光纖固定夾主要把光纖的一端固定在其他的物體上，使光纖的一端不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011 ]上述方案中，優(yōu)選的耦合器為定向耦合器，定向耦合器具有兩個(gè)輸入口和兩個(gè)輸出口，可以很好滿足用戶需要。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
[0013]1、本實(shí)用新型將通過傳感裝置的光信號(hào)耦合入耦合器中，增強(qiáng)了模間干涉信號(hào)的消光比和相干信噪比，提高了扭矩測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度；
[0014]2、本實(shí)用新型使用寬帶光源、光譜分析儀、耦合器和傳感裝置構(gòu)成的扭矩測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；
[0015]3、通過單模光纖、多模光纖、保偏光纖熔接而成的傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作簡(jiǎn)便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的總體裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖中標(biāo)號(hào)說明:1寬帶光源；2光譜分析儀;3耦合器;3.1第一端口；3.2第二端口；3.3第三端口； 3.4第四端口； 4旋鈕夾具裝置;4.1旋鈕轉(zhuǎn)盤;4.2第一夾具支座;4.3第一熱縮管;5傳感裝置;5.1單模光纖;5.2保偏光纖;5.3多模光纖;6光纖夾具裝置;6.1光纖固定夾；6.2第二夾具支座;6.3第二熱縮管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0019]基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，如圖1所示，主要包括寬帶光源1、光譜分析儀2、耦合器3、旋鈕夾具裝置4、傳感裝置5和光纖夾具裝置6。寬帶光源I使用浩源光電的型號(hào)為HY-ASE-C-G-13-B-FA的寬帶光源，它具有價(jià)格便宜，使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，也可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié)光源的功率，可以更好滿足人們的需要。光譜分析儀2使用型號(hào)為為OSA或AQ6370C的光譜分析儀，可以清楚的在屏幕上進(jìn)行分析呈現(xiàn)干涉光譜的波形圖；各器件之間的連接要保持一定的暢通性，優(yōu)選專業(yè)的連接頭，進(jìn)而減少激光在傳播時(shí)產(chǎn)生損耗，增強(qiáng)傳感系統(tǒng)的傳感效果。
[0020]傳感裝置5包括兩段單模光纖5.1、兩段保偏光纖5.2和一段多模光纖5.3 ；連接方式為單模光纖-保偏光纖-多模光纖-保偏光纖-單模光纖;單模光纖5.1的長度為5-15cm，模光纖5.1的纖芯直徑為8-10um，包層直徑125um;多模光纖5.3與保偏光纖5.2的長度為3-7cm，保偏光纖5.2的纖芯直徑為9-11.5um，包層直徑125um。光纖之間熔接時(shí)在熔纖機(jī)上選用熔接模式均為MM-MM模式，在熔接光纖時(shí)保證熔接頭的平整與清潔，增強(qiáng)傳感系統(tǒng)的耐用性與實(shí)用性。[0021 ]單模光纖5.1只能傳輸一種模式的光，它的模間色散較小，可實(shí)現(xiàn)長距離傳輸;多模光纖5.3可同時(shí)傳輸多種模式的光，在光纖傳感中可利用其激發(fā)多種模式的特性，實(shí)現(xiàn)互不干擾且同時(shí)傳輸;保偏光纖5.2由于其傳輸過程偏振態(tài)穩(wěn)定，損耗較低，提高了相干信噪比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的高精度測(cè)量。
[0022]光從入射端單模光纖5.1經(jīng)保偏光纖5.2射入到多模光纖5.3中，激發(fā)出多模光纖5.3纖芯中的基模和眾多高階模。這些基模和高階模傳輸?shù)蕉嗄９饫w與保偏光纖5.2的熔接處時(shí)，滿足一定條件的模式會(huì)發(fā)生干涉，進(jìn)而使得能量重新分配，并在透射譜上產(chǎn)生干涉峰和干涉谷對(duì)應(yīng)的特征波長。
[0023]旋鈕夾具裝置4包括旋鈕轉(zhuǎn)盤4.1、第一夾具支座4.2和第一熱縮管4.3;第一熱縮管4.3固定在傳感裝置5與耦合器3第二端口 3.2的連接處;旋鈕轉(zhuǎn)盤4.1固定在第一熱縮管4.3上;第一夾具支座4.2懸掛在旋鈕轉(zhuǎn)盤4.1正下方，第一熱縮管4.3可以對(duì)光纖起到保護(hù)的作用，防止在旋轉(zhuǎn)過程中接口處出現(xiàn)損壞，旋鈕轉(zhuǎn)盤方便用戶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0024]光纖夾具裝置6包括光纖固定夾6.1、第二夾具支座6.2和第二熱縮管6.3;第二熱縮管6.3固定在傳感裝置5與耦合器3第四端口3.4的連接處;光纖固定夾6.1固定在第二熱縮管6.3上;第二夾具支座6.2懸掛在光纖固定夾6.1的正下方，光纖固定夾6.1主要把光纖夾具裝置6—端進(jìn)行固定，使在旋轉(zhuǎn)過程中，光纖夾具裝置6可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。
[0025]耦合器3為3db定向耦合器，包括第一端口(3.1)、第二端口(3.2)、第三端口(3.3)和第四端口(3.4)，可以很好滿足用戶的需求。
[0026]寬帶光源(I)發(fā)出光信號(hào)進(jìn)入耦合器均等地分成兩路沿相反方向的光學(xué)路徑環(huán)傳播，當(dāng)對(duì)傳感部分施以扭矩時(shí)，相向傳播的光路信號(hào)的互異性被打破，導(dǎo)致兩束光的相位移不同，從而產(chǎn)生相位差，這些方向相反的信號(hào)重新輸入耦合器并形成干涉，通過光譜測(cè)量裝置可呈現(xiàn)干涉光譜的波形圖。
[0027]本方案的工作過程:
[0028]在測(cè)試其它物體扭矩時(shí)，按圖1所示裝置連接，把需要測(cè)量的物體與傳感裝置5固定連接，用戶旋轉(zhuǎn)旋鈕轉(zhuǎn)盤4.1使傳感裝置5和被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)不同角度，扭轉(zhuǎn)角度后會(huì)改變光纖折射率，折射率的改變將直接影響到傳感器輸出光信號(hào)，光譜儀2檢測(cè)傳感裝置5旋轉(zhuǎn)不同角度時(shí)輸出光信號(hào)的相對(duì)變化，即可獲取待測(cè)的扭矩。
[0029]以上已對(duì)本實(shí)用新型創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本實(shí)用新型并不限于實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，其特征在于:包括寬帶光源(I)、光譜分析儀(2)、耦合器(3)、旋鈕夾具裝置(4)、傳感裝置(5)和光纖夾具裝置(6);傳感裝置(5)的一端與耦合器(3)的第二端口(3.2)連接;傳感裝置(5)的另一端與耦合器(3)的第四端口(3.4)連接;傳感裝置(5)與耦合器(3)的第二端口(3.2)和第四端口(3.4)的連接處分別固定有旋鈕夾具裝置(4)和光纖夾具裝置(6);寬帶光源(I)的輸出端與耦合器(3)的第一端口( 3.1)連接;光譜分析儀(2)的輸入端與耦合器(3)的第三端口( 3.3)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感裝置(5)包括兩段單模光纖(5.1)、兩段保偏光纖(5.2)和一段多模光纖(5.3);連接方式為單模光纖-保偏光纖-多模光纖-保偏光纖-單模光纖。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述單模光纖(5.1)的長度為5-15011，多模光纖(5.3)與保偏光纖(5.2)的長度為3-701104.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述旋鈕夾具裝置(4)包括旋鈕轉(zhuǎn)盤(4.1)、第一夾具支座(4.2)和第一熱縮管(4.3);第一熱縮管(4.3)固定在傳感裝置(5)與耦合器(3)第二端口(3.2)的連接處;旋鈕轉(zhuǎn)盤(4.1)固定在第一熱縮管(4.3)上;第一夾具支座(4.2)懸掛在旋鈕轉(zhuǎn)盤(4.1)正下方。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖夾具裝置(6)包括光纖固定夾(6.1)、第二夾具支座(6.2)和第二熱縮管(6.3);第二熱縮管(6.3)固定在傳感裝置(5)與耦合器(3)第四端口(3.4)的連接處；光纖固定夾(6.1)固定在第二熱縮管(6.3)上;第二夾具支座(6.2)懸掛在光纖固定夾(6.1)的正下方。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于保偏光纖薩格納克環(huán)的光纖扭矩傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述耦合器(3)為定向耦合器。
【文檔編號(hào)】G01L3/04GK205642682SQ201620316963
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】唐旭雯, 潘香君, 梁喜注, 吳安琪, 林茜文, 胡君輝, 陽麗
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)