[发明专利]一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器及检测方法

权利要求书

1.一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：包括传感器探头和光电转换器，所述的传感器探头的光纤束由呈环状分布的19根光纤组成，其包括发射光纤和接收光纤束，所述的发射光纤和接收光纤束呈二维等六边形排列，轴心是发射光纤，由轴心依次向外圈是接收光纤，与发射光纤距离最近的6根接收光纤为十字正交接收光纤，其分为四路A₁，A₂，B₁，B₂分别各自与一个光电转换器相连，得到四路电信号；剩余12根接收光纤为比值处理接收光纤，且排布在同一圆周的6根比值处理接收光纤耦合为一路与一个光电转换器相连，得到两路信号C，D，传感器共输出六路电信号。

2.如权利要求1所述的检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的十字正交接收光纤为等六边形排列，任选正六边形一条对应顶点的对角线作为Y轴，构建平面正交坐标系，与Y轴相交的两根光纤分别作为正半轴光纤与负半轴光纤，各与一个光电转换器相连；剩余四根接收光纤分别排列在X轴两侧，X轴正、负半轴各有两根光纤分别耦合为一路与一个光电转换器相连，最终形成了A₁，A₂，B₁，B₂四路电信号；且X轴光纤与Y轴光纤构成十字正交排列，X轴信号强度为Y轴信号强度的两倍。

3.如权利要求1所述的检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的传感器探头还包括一个激光光源，其发射820纳米波长的红外光。

4.如权利要求1所述的检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的发射光纤与接收光纤均为多模光纤。

5.利用如权利要求1所述新型光纤传感器进行数据采集的方法，如下，其特征在于：

步骤1.对装置进行矫正；

利用十字正交接收光纤输出信号计算倾斜角度，在相互垂直的两个方向测量方程定义为：

∠∂=QA1-QA2QA1+QA2,∠β=QB1-QB2QB1+QB2;]]>

其中:α为倾斜面在X轴方向的夹角，β为倾斜面在Y轴方向的夹角；Q_A1，Q_A2，Q_B1，Q_B2分别为A₁，A₂，B₁，B₂不同路输出光电转换电压值；

当α与β角度在误差设定的范围内时，装置不需要进行任何矫正；

当α与β角度超出误差设定的范围时，对装置的探头或钢球位置进行调整，使其在误差设定的范围内；

步骤2.测量钢球表面的粗糙度；

在步骤1对装置进行矫正之后，利用下述功能公式测量钢球表面的粗糙度Q：

Q＝Q_C+Q_D，

其中：Q_C，Q_D为比值处理接收光纤光电转换输出；

步骤3.测量钢球表面位移变化缺陷

采用双光束比较测量法，把比值处理接收光纤束的输出信号做比值处理，比值是仅与传感器探头端面到被测钢球表面距离h有关的函数，而与光强的大小、钢球表面粗糙度以及光纤传输损耗等因素无关，通过这种方法消掉反射率的影响，提取缺陷特征中的位移信息，准确检测出粗糙表面的位移变化缺陷，传感器测量方程定义为：

H(h)=QC-QDQC+QD]]>

H(h)是光电转换输出电压值的比值，比值与位移变化呈对应关系，经过标定进行位移测量。