專利名稱：一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)角在生產(chǎn)生活中是一個重要的基本物理參量。對旋轉(zhuǎn)角的測量，在精密機械制作、光學(xué)鏡頭、航空航天監(jiān)測等眾多重要領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。目前，旋轉(zhuǎn)角測量最常用的是電轉(zhuǎn)向裝置。轉(zhuǎn)向傳送器將旋轉(zhuǎn)信號傳送給旋轉(zhuǎn)角傳感器，旋轉(zhuǎn)角傳感器再將信號提供給單片機，再由單片機得到旋轉(zhuǎn)角。但是，這種傳感器可靠性差，精度低，易受電磁波干擾，無法適用濕熱等惡劣環(huán)境，且適用的溫度范圍很小，不適合在高溫或低溫下工作，因此限制了此類傳感器的發(fā)展?？梢?，上述現(xiàn)有技術(shù)存在著種種弊病。近年來，F(xiàn)LM傳感技術(shù)開始受人注意。這種新型傳感技術(shù)的基本原理是基于兩個反向傳輸?shù)墓獠ㄍㄟ^同一根光纖后發(fā)生干涉，通過檢測波長的變化獲知被測信號的大小。這種新型傳感技術(shù)具有以下特點一是可靠性好，能夠?qū)崿F(xiàn)絕對測量；二是測量精度高，可以測量極微小的應(yīng)變；三是抗電磁干擾，電絕緣。然而， 溫度對FLM的干擾無法消除，因此影響了此類器件的應(yīng)用。由于高雙折射的光子晶體光纖(highly birefringent photonic crystal fiber, HiBi-PCF)只由一種物質(zhì)構(gòu)成，所以HiBi-PCF具有極高的溫度穩(wěn)定性，耐濕熱，溫度范圍大，能在易燃易爆環(huán)境下工作。目前，基于HiBi-PCF-FLM的傳感器已有較廣泛的應(yīng)用，然而，人們尚未能將高雙折射的光子晶體光纖技術(shù)應(yīng)用于對旋轉(zhuǎn)角的測量。而將高雙折射的光子晶體光纖技術(shù)應(yīng)用于對旋轉(zhuǎn)角的測量雖然能彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，但在目前來看還是一大難題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器，這種傳感器利用高雙折射光子晶體光纖技術(shù)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角的測量，彌補了現(xiàn)有技術(shù)的不足，同時具有極高的溫度穩(wěn)定性，測量精度高，耐濕熱，溫度范圍大，能在易燃易爆環(huán)境下工作的優(yōu)點。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器，包括DFB激光器、分光器、3-dB耦合器、偏振控制器、HiBi-PCF、FLM、光功率計、連接柱、旋轉(zhuǎn)盤、固定基座和通孔。DFB激光器與分光器一側(cè)的端口光纖連接，分光器的另一側(cè)的二個端口分別與一個3-dB耦合器光纖連接，與分光器同側(cè)的每個3-dB耦合器的另一個端口分別與一個光功率計光纖連接，每個3-dB耦合器的另一側(cè)兩個端口分別與一個偏振控制器的一端以及HiBi-PCF的一端光纖連接，每個偏振控制器的另一端與HiBi-PCF的另一端光纖連接。3-dB耦合器，偏振控制器和HiBi-PCF 構(gòu)成FLM。連接柱的一端與固定基座固定連接，不能轉(zhuǎn)動。連接柱的另一端與旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)連接，使旋轉(zhuǎn)盤可以繞連接柱旋轉(zhuǎn)。固定基座的兩側(cè)分別設(shè)置一個通孔，兩通孔的連線經(jīng)過固定基座的圓心。旋轉(zhuǎn)盤的外沿設(shè)置一個通孔并且使得通孔所經(jīng)過的直徑與固定基座上兩通孔的連線垂直。另外，每一根HiBi-PCF光纖的二端分別固定于固定基座和旋轉(zhuǎn)盤上的通孔中。本發(fā)明所具有的優(yōu)點為可靠性好、測量精度高、不受電磁場影響、電絕緣、不受溫度影響、不須校正刻度。DFB激光器及光功率計的使用，取代了價格昂貴的寬帶光源及光譜儀，使成本大大降低。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，大大增強了旋轉(zhuǎn)角傳感器的實用性。

附圖示意了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。1 :DFB激光器；2 分光器；3 :3_dB耦合器；4 偏振控制器；5 =HiBi-PCF ；6 =FLM ； 7 光功率計；8 連接柱；9 旋轉(zhuǎn)盤；10 固定基座；11 通孔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步描述。如附圖所示，一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器，包括DFB激光器1、分光器2、 3-dB耦合器3、偏振控制器4、HiBi-PCF5、FLM6、光功率計7、連接柱8、旋轉(zhuǎn)盤9、固定基座 10、通孔11。DFB激光器1與分光器2 —側(cè)的端口光纖連接，分光器2的另一側(cè)的二個端口分別與一個3-dB耦合器3光纖連接，與分光器2同側(cè)的每個3-dB耦合器3的另一個端口分別與一個光功率計7光纖連接，每個3-dB耦合器3的另一側(cè)兩個端口分別與偏振控制器4 的一端以及HiBi-PCF5的一端光纖連接，每個偏振控制器4的另一端與HiBi-PCF5的另一端光纖連接。3-dB耦合器3，偏振控制器4和HiBi-PCF5構(gòu)成FLM6。旋轉(zhuǎn)盤9的直徑與固定基座10的直徑相等。連接柱8的一端與固定基座10固定連接，不能轉(zhuǎn)動。連接柱8的另一端與旋轉(zhuǎn)盤9旋轉(zhuǎn)連接，使旋轉(zhuǎn)盤9可以繞連接柱8旋轉(zhuǎn)。固定基座10的兩側(cè)分別設(shè)置一個通孔11，且兩通孔11的連線經(jīng)過固定基座10的圓心。旋轉(zhuǎn)盤9的外沿設(shè)置一個通孔11并且使得通孔11所經(jīng)過的直徑與固定基座10上兩通孔11的連線垂直。另外，每一根HiBi-PCF5光纖的二端分別固定于固定基座10和旋轉(zhuǎn)盤9上的通孔11中。本發(fā)明基于以下原理入射光為寬帶光時，由3-dB耦合器3分為兩個反向傳輸?shù)墓庑盘柗謩e從的HiBi-PCF5兩端入射，其中由偏振控制器4控制光信號的偏振態(tài)。兩束光經(jīng)過HiBi-PCF5后產(chǎn)生相位延遲δ，當(dāng)它們重新入射3-dB耦合器3時發(fā)生相干，在FLM6透射譜上表現(xiàn)為梳狀濾波的特性。當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤9與固定基座10之間有相對旋轉(zhuǎn)運動時，其中一根HiBi-PCF5光纖產(chǎn)生軸向拉伸形變，另一根HiBi-PCF5光纖則產(chǎn)生軸向壓縮形變，形變引起的彈光效應(yīng)和HiBi-PCF5的長度變化，改變了兩束光的相位延遲δ，從而引起FLM6諧振波谷的移動。旋轉(zhuǎn)方向可根據(jù)產(chǎn)生拉伸形變的一根HiBi-PCF5方向來確定。DFB激光器1 產(chǎn)生的DFB激光為一個窄帶光，以DFB激光作為入射光，F(xiàn)LM6諧振波谷的移動可通過光功率計7檢測DFB激光波長的光強度變化來反映。本發(fā)明的具體工作過程為以DFB激光作為入射光，HiBi_PCF5傳感頭的旋轉(zhuǎn)角的變化引起經(jīng)過FLM6諧振波谷的移動，從而DFB激光波長的光強度大小發(fā)生變化，使用光功率計7監(jiān)測光強的變化實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角的檢測。
權(quán)利要求1. 一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于DFB激光器(1)與分光器(2) — 側(cè)的端口光纖連接，分光器O)的另一側(cè)二個端口分別與一個3-dB耦合器C3)光纖連接， 與分光器O)同側(cè)的每個3-dB耦合器C3)的另一個端口與一個光功率計(7)光纖連接，每個3-dB耦合器(3)的另一側(cè)兩個端口分別與偏振控制器(4)的一端以及HiBi-PCF(5)的一端光纖連接，再把偏振控制器的另一端與HiBi-PCF(5)的另一端光纖連接；3-dB耦合器(3)、偏振控制器(4)和HiBi-PCF(5)構(gòu)成FLM(6)；連接柱⑶的一端固定接于固定基座(10)，另一端與旋轉(zhuǎn)盤(9)旋轉(zhuǎn)連接，使得旋轉(zhuǎn)盤(9)可以繞連接柱( 旋轉(zhuǎn)；固定基座 (10)的兩側(cè)分別設(shè)置一個通孔(11)，兩通孔(11)的連線經(jīng)過固定基座(10)的圓心，旋轉(zhuǎn)盤(9)的外沿設(shè)置一個通孔(11)，旋轉(zhuǎn)盤(9)上通孔(11)經(jīng)過的直徑與固定基座(10)上兩通孔(11)的連線垂直，每一根HiBi-PCF(5)的二端分別固定于固定基座(10)和旋轉(zhuǎn)盤 (9)上的通孔(11)中。
專利摘要一種基于強度檢測的旋轉(zhuǎn)角傳感器。DFB激光器(1)，分光器(2)，3-dB耦合器(3)和光功率計(7)光纖連接。3-dB耦合器(3)，偏振控制器(4)和HiBi-PCF(5)組成一個光纖回路。連接柱(8)的一端固接于固定基座(10)，另一端與旋轉(zhuǎn)盤(9)旋轉(zhuǎn)連接。HiBi-PCF(5)的二端分別固定于固定基座(10)和旋轉(zhuǎn)盤(9)上。旋轉(zhuǎn)盤(9)與固定基座(10)間有相對旋轉(zhuǎn)運動時，一根HiBi-PCF(5)產(chǎn)生拉伸形變，另一根產(chǎn)生壓縮形變。用光功率計(7)檢測光強大小實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角的檢測。本實用新型測量精度高，抗電磁干擾，不受溫度影響，電絕緣，成本低，大大提高了旋轉(zhuǎn)角傳感器的實用性。
文檔編號G01B11/26GK202024744SQ20112010096
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者劉星, 梁璇 申請人:劉星, 梁璇