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)，屬于扭矩測量設備領域，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；解決的是現有的扭矩測量系統(tǒng)精度不高、結構復雜、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)
技術領域
[0001]本實用新型涉及扭矩測量設備領域，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】
[0002]扭矩是使物體發(fā)生轉動的一種特殊力矩，是在旋轉動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數。扭矩測試的方法多種多樣，傳統(tǒng)的方法有應變片法和各種光學、光電子學、磁學、電磁學等方法。但傳統(tǒng)的測量方法易受到外部因素的影響，如粉塵、磁場變化等。光纖傳感器具有技術先進、可靠性高、適應性強、價格便宜等優(yōu)點，已被廣泛地應用于光傳感領域。
[0003]為了精確地測量出扭矩且滿足不同用途的需求，關于如何定量測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量研究也取得了一定的成果。主要有組合式扭梁傳感結構、基于光纖微彎損耗測量旋轉軸扭矩、輪輻式光纖光柵扭矩傳感器等方案。組合式扭梁傳感結構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，實現了免受溫度影響的光纖光柵扭轉傳感測量，但布拉格光纖光柵內實現的是纖芯正反向模式的耦合，會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量旋轉軸扭矩能夠在腐蝕性介質及污染等惡劣環(huán)境下進行測量，抗干擾及耐腐蝕性較強，但其測量系統(tǒng)比較復雜，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構用于扭矩測量方面，但實驗結構復雜，光纖光柵較難粘貼，粘貼的方向和位置也較難確定，極易產生粘貼偏差。因此需要研究出一種實驗結構簡單、操作簡便、測量精度高、成本較為低廉的扭矩檢測系統(tǒng)。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型需要解決的是現有的扭矩測量系統(tǒng)精度不高、結構復雜、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]本實用新型通過以下技術方案解決上述問題:
[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]為了能更好測量物體旋轉的角度，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;旋鈕轉盤固定在第一熱縮管上；第一夾具支座懸掛在旋鈕轉盤正下方;第一熱縮管可以對光纖起到保護的作用，防止在旋轉過程中接口處出現損壞，旋鈕轉盤方便用戶進行旋轉。
[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)生轉動。
[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輸入口和兩個輸出口，可以很好滿足用戶需要。
[0012]本實用新型的優(yōu)點與效果是:
[0013]1、本實用新型將通過傳感裝置的光信號耦合入耦合器中，增強了模間干涉信號的消光比和相干信噪比，提高了扭矩測量系統(tǒng)的測量精度；
[0014]2、本實用新型使用寬帶光源、光譜分析儀、耦合器和傳感裝置構成的扭矩測量系統(tǒng)，結構比較簡單；
[0015]3、通過單模光纖、多模光纖、保偏光纖熔接而成的傳感器，結構簡單，成本低廉，操作簡便，具有很強的實用性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的總體裝置結構圖。
[0017]圖中標號說明: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。
【具體實施方式】
[0018]以下結合實施例對本實用新型作進一步說明。
[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為HY-ASE-C-G-13-B-FA的寬帶光源，它具有價格便宜，使用壽命長的優(yōu)點，也可以根據用戶需要進行調節(jié)光源的功率，可以更好滿足人們的需要。光譜分析儀2使用型號為為OSA或AQ6370C的光譜分析儀，可以清楚的在屏幕上進行分析呈現干涉光譜的波形圖；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，進而減少激光在傳播時產生損耗，增強傳感系統(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。光纖之間熔接時在熔纖機上選用熔接模式均為MM-MM模式，在熔接光纖時保證熔接頭的平整與清潔，增強傳感系統(tǒng)的耐用性與實用性。[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，可實現長距離傳輸;多模光纖5.3可同時傳輸多種模式的光，在光纖傳感中可利用其激發(fā)多種模式的特性，實現互不干擾且同時傳輸;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，可以實現對物理量的高精度測量。
[0022]光從入射端單模光纖5.1經保偏光纖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到多模光纖與保偏光纖5.2的熔接處時，滿足一定條件的模式會發(fā)生干涉，進而使得能量重新分配，并在透射譜上產生干涉峰和干涉谷對應的特征波長。
[0023]旋鈕夾具裝置4包括旋鈕轉盤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懸掛在旋鈕轉盤4.1正下方，第一熱縮管4.3可以對光纖起到保護的作用，防止在旋轉過程中接口處出現損壞，旋鈕轉盤方便用戶進行旋轉。
[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—端進行固定，使在旋轉過程中，光纖夾具裝置6可以產生轉角。
[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)出光信號進入耦合器均等地分成兩路沿相反方向的光學路徑環(huán)傳播，當對傳感部分施以扭矩時，相向傳播的光路信號的互異性被打破，導致兩束光的相位移不同，從而產生相位差，這些方向相反的信號重新輸入耦合器并形成干涉，通過光譜測量裝置可呈現干涉光譜的波形圖。
[0027]本方案的工作過程:
[0028]在測試其它物體扭矩時，按圖1所示裝置連接，把需要測量的物體與傳感裝置5固定連接，用戶旋轉旋鈕轉盤4.1使傳感裝置5和被測物體旋轉不同角度，扭轉角度后會改變光纖折射率，折射率的改變將直接影響到傳感器輸出光信號，光譜儀2檢測傳感裝置5旋轉不同角度時輸出光信號的相對變化，即可獲取待測的扭矩。
[0029]以上已對本實用新型創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本實用新型并不限于實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型創(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的范圍內。
【主權項】
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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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)懸掛在旋鈕轉盤(4.1)正下方。5.根據權利要求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.根據權利要求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】G01L3/04GK205642682SQ201620316963
【公開日】2016年10月12日
【申請日】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
【申請人】廣西師范大學