[发明专利]光纤型弯曲参量的测定装置及方法无效
申请号: | 201010219537.9 | 申请日: | 2010-06-21 |
公开(公告)号: | CN101865665A | 公开(公告)日: | 2010-10-20 |
发明(设计)人: | 杜兵;杜蔚;杜迎涛 | 申请(专利权)人: | 西安金和光学科技有限公司 |
主分类号: | G01B11/16 | 分类号: | G01B11/16;G01M11/02 |
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地址: | 710075 陕西省西安*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 光纤 弯曲 参量 测定 装置 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种光纤传感技术领域的测量装置及方法,具体是测量弯曲曲率和弯曲方向的光纤型测定装置和方法。
背景技术
随着仿生物机器、智能机器人、虚拟手等智能机器的发展,对于该类机器的肢体关节运动的监测是必不可少的,其中弯曲曲率和弯曲方向是非常关键的参数,目前的测量方法有电学法、光学法以及传统的光纤法,前两者结构原理复杂,成本高,误差较大,且需要复杂的电路、软件系统支持,实际应用推广比较困难,而传统的光纤法比较典型的是光纤光栅法,如中国专利申请号200510024425.7、200710043767.2和200780039102.2的专利均是采用该方法,虽比前两者有很大的进步,但其缺点也不少,如成本仍比较高,需要使用昂贵的光纤光栅解调设备,特别是需要进行多点测量时成本显著增加;同时光纤光栅是一种对温度和应力均非常敏感的传感元件,在使用中需增加额外的步骤来消除温度的影响,进一步增加了整个系统的成本;另外是光纤光栅比较脆弱,对封装有较高的要求,既要保证传感元件的敏感性,又要保证使用寿命是比较困难的,封装一般要占到传感元件成本的30%至90%,这又加大了系统的成本,从而限制了该类方法的使用范围。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种光纤型的弯曲参量的测定装置及方法,该装置结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、温度敏感性低、灵敏度高,不仅可以测定待测物的弯曲曲率,并可以做到能够同时测量弯曲的方向,使该弯曲参量测定装置具有广阔的使用范围;又由于本装置是基于光纤的损耗基础上测定,而损耗测试是光纤测试中所有干涉法、频率法等其他类测试的基础,也是最成熟、最稳定、成本最低的技术,使本发明的装置在成本上具有相当大的优势。并可利用时分技术、光时域反射技术(OTDR)及相干频率调制连续波技术(FMCW)可实现准分布式或分布式测量,为本发明的装置的应用进一步提供了非常广阔的应用前景。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种光纤型弯曲参量的测定装置,其特征在于:一个曲线形壳体以及沿曲线形壳体纵向连续布设在所述曲线形壳体内部相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿,曲线形壳体的两端固定于待测物体上,布设在曲线形壳体内部的A侧变形齿和B侧变形齿之间的相对位置随着待测物体弯曲曲率的变化而改变,所述A侧变形齿和B侧变形齿呈交错布设,且在二者的变形齿间夹有导光光纤,所述曲线形壳体内部相对两侧的多个A侧变形齿之间以及多个B侧变形齿之间的齿距是均匀的,A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在导光光纤两侧,导光光纤的延伸光纤与测试单元连接,测试单元后面接处理单元。
当待测物体的弯曲曲率变化时,曲线形壳体上就有部分区域处于压缩状态,部分区域处于拉伸状态,压缩状态区域或拉伸状态区域分别使沿曲线形壳体分布的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间的距离减小获增大,从而就可以改变在A侧变形齿和B侧变形齿间夹有的导光光纤的弯曲半径,也即改变导光光纤的弯曲损耗系数,从而在测试单元上探测出输入光信号的变化并将该变化信号送入处理单元。
本发明装置解决进一步技术问题的方案是:所述曲线形壳体内部相对两侧的多个A侧变形齿以及多个B侧变形齿的齿高是相同的。
本发明装置解决进一步技术问题的方案是:所述的曲线形壳体是螺旋状、Z字状或平面卷簧状。
本发明装置解决进一步技术问题的方案是:所述的曲线形壳体的A侧与B侧是通过弹性材料连接,如高分子材料、弹簧等材料构成,这些材料在有外力作用时有更大的变形,所以当曲线形壳体两端位置变化时,A侧与B侧上的变形齿之间的相对位置会有更大的变化。
本发明装置解决进一步技术问题的方案是:所述的平面卷簧状曲线形壳体的A、B侧是上下两层,平面卷簧状曲线形壳体的内端相对于外端位置改变,如凸出或凹下时,沿所述的平面卷簧状曲线形壳体的内部连续布设的A侧变形齿(即上侧变形齿)和B侧变形齿(即下侧变形齿)间的距离变化,使夹持在A侧变形齿和B侧变形齿间的导光光纤的弯曲半径变化,也即改变导光光纤的弯曲损耗系数,从而在测试单元上探测出输入光信号的变化,测试单元后面接处理单元。经过事先的标定,不同的衰减损耗对应不同的弯曲曲率,从而就可以得到待测物体的弯曲曲率。当待测物体是一个球体表面时,可以得到该球体的弯曲曲率。
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