CN108036806A - 一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，包括光源、多芯光纤、待测转面和解调设备；所述光源通过多芯光纤扇出接头合至多芯光纤的中心纤芯作为输出通道，四周的纤芯则作为接收通道，用于收集后续的反射光；所述待测转面为环状结构，且环状结构划分为多个扇区，依次间隔地在各扇区表面，做针对激光器波段的高反射率处理与高吸收处理；同时将输出端面与待测转面严格平行放置，两面的距离应尽量小；所述解调设备用于检测多芯光纤各接收通道的输出光，并处理分析，该基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，由于仅通过单根多芯光纤即可完成信号的接收与传递，具有成本低，抗电磁干扰，结构简单，灵敏度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体为一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统。
背景技术
近年来，有关角速度与角位移的测量在日常生活与工业生产等的领域中越来越受到关注，诸如无人机控制、镜头防抖、以及精密生产等。通过对这个参量的测量，可以分析旋转系统转轴对各种激励的相应情况。常见的测量方式采用接触式的方法，采用质量体粘附于注入博摩登弹性基底的构造，以通过质量体与基底的相互作用而测量角速度。但接触式测量存在很大的应用限制，对被测物有一定的影响。基于激光的非接触式测量，在测量精度以及测量方式上都有很大的优势。
多芯光纤是一种新型传输光纤，被用来满足由于网络用户飞速增长带来的超大带宽需求。传统光纤为单芯结构，由包层环绕单根纤芯构成单光波导，多芯光纤则是内含有多根纤芯但公用包层的多光波导，横截面如图。若是五光波耦合的多芯光纤，功能即相当于多根单芯光纤的组合，可以大大提高系统集成度，减少制作成本和难度。
现有的数据传递需要多根多芯光纤才能完成大数据的传递，其不仅成本大，而且结构也比较复杂，灵敏度比较低；不便于数据的传递，使用具有局限性。
发明内容
本发明是提供了一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，解决了背景技术中提出的困难问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，包括光源、多芯光纤、待测转面和解调设备；所述光源通过多芯光纤扇出接头合至多芯光纤的中心纤芯作为输出通道，四周的纤芯则作为接收通道，用于收集后续的反射光；所述待测转面为环状结构，且环状结构划分为多个扇区，依次间隔地在各扇区表面，做针对激光器波段的高反射率处理与高吸收处理；同时将输出端面与待测转面严格平行放置，两面的距离应尽量小；所述解调设备用于检测多芯光纤各接收通道的输出光，并处理分析，即可对待测转面的转速进行相应的检测。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述光源为单频激光器。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述解调设备由PD探头、采集电路与处理器构成，PD探头接收扇区接头引出的反射接受光，将光信号转化为电信号处理；经采集电路放大、滤波、以及模数AD转换后，传输至处理器进行计算。
有益效果
本发明提供了一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统。具备以下
有益效果：
该基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，实现对被测物旋转角位移与角速度的非接触测量系统；该方法能够实现μm量级的角位移分辨率，且分辨率随着待测转面的半径的增加。由于仅通过单根多芯光纤即可完成信号的接收与传递，具有成本低，抗电磁干扰，结构简单，灵敏度高等优点；实用性强，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的多芯光纤截面图；
图3为本发明的高反射区域接收量示意图；
图4为本发明的临街区域接收量示意图；
图5为本发明的高吸收区域接收量示意图；
图中：1-光源、2-多芯光纤、3-待测转面、4-解调设备、5-多芯光纤扇出接头、6-PD探头、7-采集电路、8-处理器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，包括光源1、多芯光纤2、待测转面3和解调设备4；所述光源1通过多芯光纤扇出接头5合至多芯光纤2的中心纤芯作为输出通道，四周的纤芯则作为接收通道，用于收集后续的反射光，由于关于光功率大小的检测是系统实现测量的核心，因此应该将光纤固定，避免不必要的弯曲损耗；所述光源1为单频激光器；所述待测转面3为环状结构，且环状结构划分为多个扇区，依次间隔地在各扇区表面，做针对激光器波段的高反射率处理与高吸收处理；同时将输出端面与待测转面严格平行放置，两面的距离应尽量小，当待测面转动时，由于高反端面与吸收端面依次间隔扫过，因此会以一定规律将多芯光纤的输出光，部分反射至光纤端面四周的纤芯。其中高反区及吸收区的宽度应大于光纤纤芯之间的最大距离，才能准确的检测；所述解调设备4用于检测多芯光纤2各接收通道的输出光，并处理分析，即可对待测转面3的转速进行相应的检测，所述解调设备4由PD探头6、采集电路7与处理器8构成，PD探头6接收扇区接头引出的反射接受光，将光信号转化为电信号处理；经采集电路7放大、滤波、以及模数AD转换后，传输至处理器8进行计算。。
针对不同的分辨率要求、以及多芯光纤的纤芯数量，解调处理的方式会不同，拿图1中的五芯光纤为例，当扫过的区域完全是高反区域时，四个接收端接受的反射光量为最大值，而当扫过的区域完全是高吸收区域时，则相反为最小。四接收端的中间过程应各种满足一定的正弦余弦关系，可经过标定，拟合具体的函数曲线。该系统也可仅检测接收量的最大最小脉冲，减少系统的复杂程度，同时分辨率会降低到100μm量级，此时考虑到待测转面呈圆形，光纤端面与带侧面的相对位置不同，检测角速度的分辨率也会不同，分辨率Δθ＝360°×Δd/2πR,其中Δd为各高反区的宽度，同时高反区与圆心距离R值越大，分辨率越高。
为了避免震动引起的误差，应有特定的机械架构将光纤端面与待测面严格固定。同时为了避免环境光线的干扰，影响到反射光大小的检测，应在光纤端面与待测面附近应进行必要的隔光处理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，其特征在于：包括光源(1)、多芯光纤(2)、待测转面(3)和解调设备(4)；所述光源(1)通过多芯光纤扇出接头(5)合至多芯光纤(2)的中心纤芯作为输出通道，四周的纤芯则作为接收通道，用于收集后续的反射光；所述待测转面(3)为环状结构，且环状结构划分为多个扇区，依次间隔地在各扇区表面，做针对激光器波段的高反射率处理与高吸收处理；同时将输出端面与待测转面严格平行放置，两面的距离应尽量小；所述解调设备(4)用于检测多芯光纤(2)各接收通道的输出光，并处理分析，即可对待测转面(3)的转速进行相应的检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，其特征在于：所述光源(1)为单频激光器。
3.根据权利要求1所述的一种基于多芯光纤的角位移与角速度测量系统，其特征在于：所述解调设备(4)由PD探头(6)、采集电路(7)与处理器(8)构成，PD探头(6)接收扇区接头引出的反射接受光，将光信号转化为电信号处理；经采集电路(7)放大、滤波、以及模数AD转换后，传输至处理器(8)进行计算。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180515 |