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光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器的制作方法

文檔序號(hào):6081812閱讀:431來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱:光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角與扭矩傳感器屬測(cè)試領(lǐng)域。
美國(guó)專(zhuān)利4384203所述的《光纖角位置傳感器》,主要由導(dǎo)線接引電器、光源、發(fā)射光纖束、接收光纖束、光敏元件等組成。發(fā)射光纖束與接收光纖束在同一軸線上,兩光纖束在耦合處,其端面與縱軸成30°~35°的傾斜端面。發(fā)射光纖束傳輸光源來(lái)的光量,接收光纖束傳輸發(fā)射光纖束在傾斜端面處透射后的光量至光敏元件。當(dāng)兩光纖束繞其軸線作相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí),即兩光纖束之間有角度變化時(shí),光敏元件所接收的光信號(hào)將發(fā)生變化,并將變化的光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出,根據(jù)光敏元件輸出信號(hào)的變化的大小,測(cè)出旋轉(zhuǎn)角度的大小。這種《光纖角位置傳感器》由于光纖束端面的傾斜角限制在30°~35°之間,靈敏度不高,整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)需要兩個(gè)引電器,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本高,使用不方便,且影響精度,況且測(cè)量范圍小,只有±15°。
本發(fā)明的目的在于制造一種靈敏度高,線性度好,測(cè)量范圍大,成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,使用方便的光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角與扭矩傳感器。
本發(fā)明是利用斜角光纖與反射鏡面之間的耦合原理制成的,它由光源、組合光纖探頭、反射鏡面、光敏元件及導(dǎo)線引電器等主要部分組成。所謂斜角光纖是指組合光纖探頭(或稱分叉光纖探頭)的測(cè)量端光纖端面拋成與其軸線大于20°小于70°的傾斜面,反射鏡面也相應(yīng)地安裝成大于20°小于70°的傾斜面,以便與組合光纖探頭作相對(duì)旋轉(zhuǎn)而耦合。所謂組合光纖探頭是將發(fā)送光纖和接收光纖組成一個(gè)整體的探頭,其中一個(gè)分叉的光纖束為發(fā)送光纖。另一個(gè)分叉的光纖束為接收光纖。發(fā)送光纖將光源的光量傳送至光纖的輸出端,照射到反射鏡面上,而接收光纖將反射鏡面反射后的光量傳送到光敏元件上,當(dāng)光纖端面與反射鏡作相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí),光纖端面與反射鏡面之間的距離將發(fā)生變化,則進(jìn)入接收光纖照射在光敏元件上的光通量就隨之發(fā)生變化,使光敏元件輸出的電信號(hào)的大小也隨之變化。根據(jù)光敏元件輸出信號(hào)的大小,即可確定轉(zhuǎn)角或扭矩的大小。
由于本發(fā)明是利用斜角光纖與反射鏡面之間的耦合原理制成的,在光纖測(cè)量端,其端面法線與其軸線的夾角可根據(jù)用途的要求選擇最佳值,以提高靈敏度。另外,由于光纖探頭制成斜面,反射鏡面也與之對(duì)應(yīng)地安裝成斜面,當(dāng)兩個(gè)斜面相對(duì)旋轉(zhuǎn)于不同角度時(shí),則每根光纖與鏡面之間的距離變化較大,故線性度好,測(cè)量范圍大,況且由于用組合光纖探頭,只需一個(gè)引電器,故結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,體積小,成本低,使用方便,精度也可相應(yīng)提高,可達(dá)0.1%,分辨率千分之五度。
本發(fā)明的附圖有附

圖1原理圖附圖2光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角傳感器結(jié)構(gòu)示意圖附圖3光導(dǎo)纖維扭矩傳感器結(jié)構(gòu)示意圖附圖1中的〔1〕反射鏡〔2〕組合光纖探頭〔3〕光敏元件〔4〕光源〔5〕導(dǎo)線接引電器附圖2為本發(fā)明的實(shí)施例,它由組合光纖探頭〔1〕,反射鏡面〔2〕,反射桿〔3〕,連接板〔4〕,園筒〔5〕,導(dǎo)向軸〔6〕,限位銷(xiāo)〔7〕,連接板〔8〕,彈簧〔9〕,發(fā)光管〔10〕,光敏三極管〔11〕等主要部分組成。組合光纖探頭〔1〕與發(fā)光管〔10〕,光敏三極管〔11〕組成一整體,而組合光纖探頭〔1〕通過(guò)連接板〔4〕固定在園筒〔5〕上,其中組合光纖探頭〔1〕的測(cè)量端,其端面法線與其軸線構(gòu)成45°的傾斜面,反射鏡〔2〕與軸線成45°的傾斜角,安裝在反射鏡〔3〕上,反射桿〔3〕與導(dǎo)向軸〔6〕及連接板〔8〕互為緊配合。并由彈簧〔9〕將導(dǎo)向軸〔6〕壓緊在園筒〔5〕的端面上,從而限定了反射鏡面的軸向位置。連接板〔8〕上開(kāi)有限位〔12〕。測(cè)量時(shí)利用連接板〔8〕的螺孔〔13〕與被測(cè)軸端面連接,利用園筒〔5〕的螺孔〔14〕與固定不動(dòng)的基體連接。當(dāng)被測(cè)體有一轉(zhuǎn)角時(shí),組合光纖探頭〔1〕與反射鏡面〔2〕作相對(duì)旋轉(zhuǎn),則接收光纖束的光通量發(fā)生改變,隨之使得光敏管上的光信號(hào)發(fā)生變化,而達(dá)到測(cè)量的目的。
附圖3為光導(dǎo)纖維扭矩傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知,它與轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)基本相同,所不同的是它有一個(gè)承受扭矩的彈性元件,圖中采用四根桿的彎曲來(lái)承受扭矩,也可采用各種不同直徑的園管作為彈性元件,制成不同量程的扭矩傳感器。
原理實(shí)驗(yàn)表明,本發(fā)明旋轉(zhuǎn)角在0~180°之間,有一段可擬合成線性,轉(zhuǎn)角測(cè)量范圍可達(dá)±22.5°。實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算還表明,組合光纖探頭的測(cè)量端,其端面法線與軸線成45°的傾斜面時(shí),靈敏度最高。
權(quán)利要求
1.一種光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角與扭矩傳感器除由光源、光敏元件引導(dǎo)接引電器所組成之外,其特征在于還有反射鏡和由發(fā)送光纖與接收光纖構(gòu)成一整體的組合光纖探頭對(duì)于扭矩傳感器還有一個(gè)承受扭矩的彈性元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角與扭矩傳感器,其特征在于組合光纖探頭測(cè)量端,其端面法線與軸線成45°的傾斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角與扭矩傳感器,其特征在于反射鏡與其軸線成45°的傾斜面。
全文摘要
光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)角和扭矩傳感器是利用組合光纖探頭與反射鏡面的耦合原理制成的,具有靈敏度高,線性度好,測(cè)量范圍大,可達(dá)±22.5°??芍苯诱迟N在轉(zhuǎn)軸表面上測(cè)量扭矩,也可采用不接觸遙測(cè)方式測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)下的扭矩。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1031599SQ8710603
公開(kāi)日1989年3月8日 申請(qǐng)日期1987年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月22日
發(fā)明者陶寶祺, 李威宣 申請(qǐng)人:南京航空學(xué)院
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