[實用新型]一種光纖位移傳感器

有效

• 申請號: 201320480194.0
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN203432539U
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 肖韶榮;張周財
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域：

本實用新型涉及一種位移傳感器，尤其是指利用多通道光纖檢測的一種位移傳感器。

背景技術：

位移測量是力學量測量中的重要一環。許多能夠產生形變或轉變為形變的物理量，均可以通過位移傳感器檢測。

光纖位移傳感器主要有強度型和干涉型等類型。光強反射型是強度型光纖位移傳感器中最典型的一種，結構簡單、可用非相干光源、使用方便、可靠性較高；干涉型光纖位移傳感器精度高，但必須使用相干光源、結構較為復雜、受環境干擾敏感。

一般光強反射式傳感器中，傳感探頭由兩根或多根光纖組成，其中一根或部分光纖發射光束，該光束經反射面反射，用另一根或部分光纖接收反射光束中的一部分，接收光強度與反射面到探頭端面的距離有關。對于一根發射光纖和一根接收光纖的結構，傳感器的靈敏度和線性范圍與兩光纖間的距離有關。對于光纖束結構的光強反射式結構，傳感器的靈敏度和線性范圍與兩光纖束的分布形式有關。上述單根光纖或多根光纖構造的位移傳感器，就接收信號的性質看都是一個通道。光強度與距離的關系特性曲線具有所謂光峰結構，導致光強與距離成多值對應關系，給應用帶來一定困難，測量范圍窄。光源光強變化和被測位移面的反射率變化對光纖傳感器輸出特性有影響。為克服以上缺陷，光強反射式位移傳感器采用了一定補償措施，如接收通道采用了雙通道結構，用兩個通道測得光強信號之比表征傳感器的輸出特性，該比值僅與傳感器的幾何結構參數有關，與光源光強和被測面的反射率無關，且光峰結構消失。也有利用兩根光纖，其中一根光纖工作在上升或下降沿，另一根光纖工作于光峰位置，作為參考光信號，這種結構本質上仍然是單通道結構輸出特性，但要固定一個通道在光峰位置，使傳感器的應用很不便利。還有利用雙通道測量和一個固定通道作為參考通道的三通道傳感器，如汪曉東，葉美盈.寬量程反射式光纖位移傳感器的研究[J].中國激光,2002,29(09)：813-816.。其中兩個測量通道的信號分別與固定通道信號之比作為各自通道的輸出特性。這種三通道方式，雖然可以在一定程度上拓寬光纖位移傳感器的測量范圍，但由于使用了固定通道，仍使得傳感器的應用很不方便。

實用新型內容：

本實用新型的目的在于提供一種長期可靠性高、能準確測量位移測量裝置。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

一種光纖位移傳感器，它包括光發射部分和光探測部分，光發射部分包括半導體激光器、驅動電源、聚光透鏡和發射光纖；光探測部分包括依次連接的接收單元、光電信號處理單元、數據采集單元和計算機處理單元。所述接收單元設有三個獨立通道，每個通道設有一根接收光纖、一個凸透鏡和一個光電探測器，其中三根接收光纖和發射光纖固定在一個探頭上，發射光纖輸出端和三根接收光纖的接收端處于同一平面內，三根接收光纖接收端到發射光纖發射端的距離分別為l_5?、l₆、l₇，（其中l₇＞l₆＞l₅）。

所述光電信號處理單元對應三根接收光纖的輸出端設有三路，每一路包括前置放大器、帶通濾波電路和精密有效值轉換電路。

所述三根接收光纖排列成一條直線狀，或三根接收光纖分別位于以發射光纖發射端為中心的l_5?、l₆、l₇為半徑的圓周上。

該光纖位移傳感器還包括一傳感探頭，發射光纖輸出端和三根接收光纖的接收端安裝在該傳感探頭上。

所述發射光纖和三根接受光纖的芯纖半徑相當（相等或接近）。

每一路的光電探測器設有保持其特性參數不隨環境溫度變化的半導體溫度控制電路。

本實用新型相比現有技術具有如下優點：

本實用新型采用三根光纖構成三個通道，每兩個通道構成一個雙通道光纖位移傳感器，光纖位移傳感器輸出特不受光源光強度變化，提高了傳感器的長期可靠性，能有效拓寬雙通道光強反射式光纖位移傳感器的測量范圍；采用了神經網絡算法對三個雙通道數據進行融合，降低了測試不確定度。

附圖說明：

圖1為光纖位移傳感器的結構框圖；

圖2為實施例的傳感器探頭結構示意圖；

圖3本實用新型光電信號處理系統原理圖；

圖4光發射總成；

圖5光纖位移傳感器三個雙通道特性曲線測試結果；