[发明专利]基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置。

背景技术

在机械传动系统中，测量转动轴的扭矩和功率的方法多数是采用粘附在轴上的应变片进行的。将应变片的数据通过滑环或无线传输的方式传递给检测装置，前者有磨损且在易燃易爆场合不能使用，后者需在转动轴上安装电池给测试部件和无线发射器提供电力，并且在强电磁干扰环境下的使用会受到干扰，这都限制了应变片类扭矩测量装置的使用范围。

一种较新的测试系统是采用的脉冲延时法测量转动轴的扭转角，从而达到检测扭矩和功率的目的。美国专利4520681公开了一种利用脉冲延迟原理的系统，其主要是在转动轴上相距一定的距离安装有两个转动编码器。利用两个编码器上的脉冲时延确定转动轴的扭转角，再根据转动轴的扭转模量可得到转动轴的扭矩以及功率。转动编码器和与之配套的传感器可以是基于磁感应原理、光电感测原理，两种装置的结构复杂、测试动态范围小，灵敏度有待提高、也不适用于强电磁环境下使用，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置。本发明操作简便，成本低，精度提高，测量范围扩大，并抗电磁干扰。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，其特征在于：包括螺旋形结构、转动轴、光源、1X2光耦合器、光探测器和处理单元，所述螺旋形结构内部相对两侧且沿所述螺旋形结构纵向设置有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，至少螺旋形结构的两端固定于转动轴上，所述A侧变形齿和B侧变形齿之间的相对位置随着转动轴扭矩的变化而改变，所述A侧变形齿和B侧变形齿呈交错布设，且在A侧变形齿和B侧变形齿间夹有信号光纤，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧，在螺旋形结构两端的信号光纤上分别安置有光反射器一和光反射器二，在转动轴的一端头安装有光纤旋转连接器，信号光纤通过光纤旋转连接器和传输光纤与1X2光耦合器的输入端连接，光源和光探测器分别接1X2光耦合器的输出端，光探测器与处理单元连接。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述螺旋形结构为设置在转动轴表面的螺旋形壳体。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述的螺旋形壳体内部的A侧与B侧是通过弹性材料连接。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述的螺旋形壳体内部布设有变形齿的相对A、B两侧是互相平行的，并同时与转动轴的扭转中心轴线平行。

上述的基于双光反射器的高精度动态扭矩光纤传感装置，所述光源输出的光信号脉冲宽度小于光反射器一与光反射器二之间信号光纤两倍的长度。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述信号光纤外部包有多层保护光纤，所述保护光纤为紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤中的一种。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述信号光纤为塑料光纤或光子晶体光纤。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述的光反射器一和光反射器二为光反射镜、光纤光栅或含有气泡的光纤中的一种。

上述的基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置，所述螺旋形结构为设置在转动轴表面的凹槽，在所述凹槽内的相对两侧布设有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述A侧变形齿和B侧变形齿呈交错布设，且在A侧变形齿和B侧变形齿间夹有信号光纤。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、采用全光纤结构，能有效防止电磁干扰，并可以用在危险的工作环境中；

2、作为测量元件的信号光纤可以采用普通的通信光纤或其他特种光纤，利用透射或反射光功率的变化测量扭矩，可以实现高精度测定；

3、该基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置结构简单，容易安装，较普通的扭矩传感器，能具有更低的成本；

4、该该基于双光反射器的动态扭矩光纤传感装置能够实现远距离、分布式测量，而这是传统的传感器所不具备的；

5、通过双光反射器的结构，消除了光源输出光信号功率的波动、光探测器性能的变化、光纤旋转连接器的影响以及光纤链路的损耗变化，使本装置具有较高的测试精度，解决了转动轴在动态下的高精度扭矩测量的问题，具有推广价值。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，具有广阔的应用前景。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明