[发明专利]一种非接触式光纤光栅角量传感器及测试方法

说明书

本发明公开了一种非接触式光纤光栅角量传感器，包括磁栅尺、转盘和磁头探测单元，其特征在于，所述的磁头探测单元由塑料外壳、缓震泡沫、录磁磁头、环氧树脂、金属套管、锥型管、光纤光栅和光纤连接器组成；光纤光栅角量传感器工作时，磁栅尺旋转，对磁栅尺与录磁磁头间的作用力的最大值进行计数，得到旋转物体的角量。本发明能够实现连续大范围测量角速度、角加速度；与现有技术相比测量范围大，精度高，测量装置安装方便简单。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种非接触式光纤光栅角量传感器及测试方法。

背景技术

随着光纤光栅制作工艺的不断提高和成熟，世界各国对光纤光栅的应用研究迅速开展起来。伴随着光纤光栅的优良特性的逐步展现，其在传感和通信领域得到了广泛研究和应用。可以说光纤光栅技术是继掺杂光纤放大器技术之后，光纤领域的又一重大突破。光纤光栅传感器作为新型光纤传感器，除具有重量轻，抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温等光纤传感器的特点外，还具有许多独特的优点。

光纤光栅是自参考型传感器，可以实现绝对测量(在对光纤光栅进行定标后)，不必如基于条纹计数的干涉型传感器那样要求初始当量标定；相比光纤传感器具有更强的抗干扰能力：光纤光栅传感系统从本质上排除了各种光强起伏引起的干扰，例如，光源功率的起伏、光纤微弯效应引起的随机起伏、耦合损耗等；能制成各种结构简单、尺寸小的传感器探头，适合于各种场合，便于埋入复合材料构件及大型建筑物内部，对结构的完整性、安全性、结构损伤状况等进行实时监测，构建智能材料结构；传输频带较宽。通常系统的调制带宽为载波频率的百分之几，光波的频率较传统的位于光纤传感和光纤通讯目前发展很好，因为它有很多重要的优点，如高灵敏度，抗电磁干扰，能复用和组网以及波长绝对编码等。

利用光纤光栅(Fiber Bragg Grating)波长偏移的特性由于外界施加应变，已经制造了多种基于光纤光栅的传感器。然而，光纤光栅的旋转角度传感器仍然在文献报道罕见。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式光纤光栅角量传感器，能够实现连续大范围测量角量。

为了解决旋转物体角量问题，本发明提出一种非接触式光纤光栅角量传感器，包括磁栅尺、转盘和磁头探测单元，其特征在于，所述的磁头探测单元由塑料外壳、缓震泡沫、录磁磁头、环氧树脂、金属套管、锥型管、光纤光栅和光纤连接器组成；所述的磁栅尺均匀分布转盘一周；所述的光纤光栅顺次穿过锥型管、金属套管、塑料外壳和缓震泡沫的中心与录磁磁头连接；所述的录磁磁头与缓震泡沫连接并位于缓震泡沫正上方；所述的塑料外壳为环形结构，置于缓震泡沫外围；所述录磁磁头位于塑料外壳的中心位置。

优选的，所述的录磁磁头是永磁体，永磁体不易失磁，也不易被磁化而且极性不会发生变化。

优选的，所述的录磁磁头优选为双磁头，双磁头相位差为90°，双磁头方便识别磁栅尺的移动方向。

优选的，所述的锥型管、金属套管和塑料外壳顺次通过环氧树脂固定连接；所述的缓震泡沫与录磁磁头通过环氧树脂固定连接；环氧树脂固化方便，附着力强，化学性强、耐化学腐蚀同时具有良好的绝缘性和耐油性；

优选的，所述的锥型管、金属套管和塑料外壳的几何中心位置设有通孔，通孔直径0.25mm-3mm。

优选的，所述的光纤光栅与光纤连接器固定连接。

所述的磁栅尺的形状为圆形、椭圆形或多边形；所述的转盘形状为圆形、椭圆形、长方形或正方形；优选的，所述的磁栅尺为圆形磁栅尺，所述的转盘为圆形转盘。

优选的，本发明的测试方法通过下式计算旋转物体的角量：

Δλ_B＝υ*(F₀sinθ-mg)

其中：μ＝0或1