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光纖微彎E+E位移傳感器的設(shè)計(jì)和分析
光纖微彎傳感器是一種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器,其傳感機(jī)理是通過(guò)測(cè)量光纖微彎曲導(dǎo)致的傳輸光強(qiáng)變化,來(lái)獲得位移、壓力、溫度、加速度、應(yīng)變、流量、速度等待測(cè)環(huán)境參量,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。

光纖微彎E+E位移傳感器的設(shè)計(jì)和分析
光纖微彎E+E位移傳感器采用時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論,可在低加工精度條件下實(shí)現(xiàn)角位移的高精度測(cè)量,現(xiàn)已應(yīng)用于高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)中。原有的場(chǎng)式光纖微彎E+E位移傳感器借鑒電機(jī)結(jié)構(gòu),通過(guò)轉(zhuǎn)子線圈感應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生電行波,再通過(guò)滑環(huán)引出。根據(jù)光纖微彎E+E位移傳感器性能測(cè)試的要求,開(kāi)發(fā)了一套測(cè)控軟件。本軟件通過(guò)控制高速直線電機(jī)運(yùn)動(dòng),拖動(dòng)光纖微彎E+E位移傳感器運(yùn)動(dòng),采集傳感器數(shù)據(jù),從而完成對(duì)傳感器的性能測(cè)試。軟件以測(cè)控任務(wù)管理為核心,利用高優(yōu)先級(jí)線程和定時(shí)器等來(lái)完成對(duì)伺服系統(tǒng)的控制和測(cè)試數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)。實(shí)際運(yùn)行效果表明,該軟件能滿足任務(wù)要求,在實(shí)踐中已得到應(yīng)用。為了解決在檢測(cè)工件表面時(shí),某些工件不宜接觸測(cè)量的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種基于光纖E+E位移傳感器的非接觸測(cè)量裝置。該裝置根據(jù)光纖反射調(diào)制原理,采用精密微調(diào)平臺(tái)作為位移調(diào)整工具,利用電子電路和軟件對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行二次處理,經(jīng)計(jì)算后得出輸出量與位移量的關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)零件表面位移量的非接觸測(cè)量。實(shí)驗(yàn)表明:該光纖E+E位移傳感器性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高、線性度良好,在1 mm范圍內(nèi)其輸出基本與位移成線性關(guān)系,線性度可達(dá)±3.06%,遲滯可達(dá)±1.15%,適于非接觸的各種位移量的測(cè)量。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:論文首先回顧了光纖微彎E+E位移傳感器國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,利用耦合模原理,對(duì)影響傳感器靈敏度的各項(xiàng)因素進(jìn)行了分析。依據(jù)*的微彎周期和光纖形變衰減系數(shù)進(jìn)行微彎周期、微彎齒數(shù)和微彎齒距的選擇,完成了一種光纖微彎E+E位移傳感器的設(shè)計(jì)、制備和調(diào)試。完成了差動(dòng)光纖微彎傳感器的設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)了采用光電二極管的跨阻放大和二級(jí)放大器光電探測(cè)電路,完成了上位機(jī)軟件的編制。以螺旋測(cè)微器和激光干涉儀為位移基準(zhǔn),進(jìn)行了傳感器的位移測(cè)試實(shí)驗(yàn),分析了齒距和齒數(shù)對(duì)位移測(cè)量范圍和靈敏度的影響。

光纖微彎E+E位移傳感器的設(shè)計(jì)和分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:位移的測(cè)量范圍隨齒數(shù)、齒距的增加而增加,靈敏度隨齒數(shù)、齒距的增加而下降。所設(shè)計(jì)的傳感器測(cè)量范圍可達(dá)0~ 300μm,在位移范圍150~250μm的測(cè)量范圍內(nèi),靈敏度約為0.240mv/um,相對(duì)測(cè)量誤差小于3%。