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光纖微彎E+E位移傳感器的設計和分析
光纖微彎傳感器是一種強度調制型光纖傳感器,其傳感機理是通過測量光纖微彎曲導致的傳輸光強變化,來獲得位移、壓力、溫度、加速度、應變、流量、速度等待測環(huán)境參量,具有結構簡單、成本低廉、便于安裝等優(yōu)點。

光纖微彎E+E位移傳感器的設計和分析
光纖微彎E+E位移傳感器采用時空坐標轉換理論,可在低加工精度條件下實現(xiàn)角位移的高精度測量,現(xiàn)已應用于高精度數(shù)控轉臺控制系統(tǒng)中。原有的場式光纖微彎E+E位移傳感器借鑒電機結構,通過轉子線圈感應旋轉磁場產生電行波,再通過滑環(huán)引出。根據(jù)光纖微彎E+E位移傳感器性能測試的要求,開發(fā)了一套測控軟件。本軟件通過控制高速直線電機運動,拖動光纖微彎E+E位移傳感器運動,采集傳感器數(shù)據(jù),從而完成對傳感器的性能測試。軟件以測控任務管理為核心,利用高優(yōu)先級線程和定時器等來完成對伺服系統(tǒng)的控制和測試數(shù)據(jù)的采集存儲。實際運行效果表明,該軟件能滿足任務要求,在實踐中已得到應用。為了解決在檢測工件表面時,某些工件不宜接觸測量的問題,設計了一種基于光纖E+E位移傳感器的非接觸測量裝置。該裝置根據(jù)光纖反射調制原理,采用精密微調平臺作為位移調整工具,利用電子電路和軟件對傳感器的輸出信號進行二次處理,經計算后得出輸出量與位移量的關系,從而實現(xiàn)零件表面位移量的非接觸測量。實驗表明:該光纖E+E位移傳感器性能穩(wěn)定、測量精度高、線性度良好,在1 mm范圍內其輸出基本與位移成線性關系,線性度可達±3.06%,遲滯可達±1.15%,適于非接觸的各種位移量的測量。本文的主要研究內容如下:論文首先回顧了光纖微彎E+E位移傳感器國內外發(fā)展狀況,利用耦合模原理,對影響傳感器靈敏度的各項因素進行了分析。依據(jù)*的微彎周期和光纖形變衰減系數(shù)進行微彎周期、微彎齒數(shù)和微彎齒距的選擇,完成了一種光纖微彎E+E位移傳感器的設計、制備和調試。完成了差動光纖微彎傳感器的設計,并設計了采用光電二極管的跨阻放大和二級放大器光電探測電路,完成了上位機軟件的編制。以螺旋測微器和激光干涉儀為位移基準,進行了傳感器的位移測試實驗,分析了齒距和齒數(shù)對位移測量范圍和靈敏度的影響。

光纖微彎E+E位移傳感器的設計和分析
實驗結果表明:位移的測量范圍隨齒數(shù)、齒距的增加而增加,靈敏度隨齒數(shù)、齒距的增加而下降。所設計的傳感器測量范圍可達0~ 300μm,在位移范圍150~250μm的測量范圍內,靈敏度約為0.240mv/um,相對測量誤差小于3%。