[发明专利]一种基于微结构光纤传感的车削温度测量系统

权利要求书

1.一种基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，包括：刀具(1)、刀杆(2)、光纤夹具(3)、传导光纤(4)、微结构光纤探头(5)、车削工件(6)，光学与光电转换单元，数据采集单元；

所述刀具(1)与所述光纤夹具(3)均固定在所述刀杆(2)上；所述微结构光纤探头(5)固定于所述刀具(1)的微孔内，所述微孔靠近所述刀具(1)的刀尖位置；所述传导光纤(4)穿过所述光纤夹具(3)与所述刀杆(2)的微槽到达所述微孔内，与所述微结构光纤探头(5)连接；

所述光纤夹具(3)用于调整所述微结构光纤探头(5)的位置；所述微结构光纤探头(5)用于收集所述刀具(1)加工所述车削工件(6)过程中产生的热辐射，并通过所述传导光纤(4)传导至所述光学与光电转换单元，且所述微结构光纤探头(5)能够增强对所述热辐射的吸收传导；所述光学与光电转换单元用于将光信号进行分束、滤波处理，并将处理后的光信号转换为电压信号；所述数据采集单元用于采集所述电压信号并转换为温度信号；

所述光学与光电转换单元包括第一平凸透镜(7)、分束镜(8)、第一滤光片(9)、第二滤光片(10)、第二平凸透镜(11)、第三平凸透镜(12)、第一红外光电探测器(13)和第二红外光电探测器(14)；所述传导光纤(4)传导的光信号依次经过所述第一平凸透镜(7)与所述分束镜(8)后，分成两束，其中一束经过所述第一滤光片(9)和第三平凸透镜(12)，到达第一红外光电探测器(13)，另一束经过所述第二滤光片(10)和第二平凸透镜(11)，到达第二红外光电探测器(14)；

其中，所述微结构光纤探头(5)通过电弧放电制备，所述微结构光纤探头(5)的形状与电弧放电强度、推进距离和熔接时间有关。

2.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，

所述刀具(1)与所述刀杆(2)通过压块与双头螺柱固定；所述光纤夹具(3)与所述刀杆(2)通过螺栓固定，且所述光纤夹具(3)固定在所述刀杆(2)下方。

3.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，

所述微结构光纤探头(5)为球形、椭球形、半球形、或圆柱形。

4.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，

所述微结构光纤探头(5)与传导光纤(4)的纤芯材料为二氧化硅、二氧化硅掺杂物、硫化物、或氟化物。

5.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，

所述传导光纤(4)末端接头正对所述第一平凸透镜(7)与所述分束镜(8)中心点；所述分束镜(8)与所述第一平凸透镜(7)成45度角；所述第一滤光片(9)和第二滤光片(10)轴线在同一平面内且相互垂直；所述第一滤光片(9)与第二滤光片(10)到所述分束镜(8)中心点的距离相同，所述第二平凸透镜(11)与第三平凸透镜(12)到所述分束镜(8)中心点的距离相同、所述第一红外光电探测器(13)与第二红外光电探测器(14)到所述分束镜(8)中心点的距离相同。

6.如权利要求1或5所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，

所述第一滤光片(9)和第二滤光片(10)带通透射中心波长为1000-3000nm，带通半峰全宽相同；

所述第一红外光电探测器(13)和第二红外光电探测器(14)响应波长为1000-3000nm。

7.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，所述数据采集单元包括数据采集卡、机箱、电子计算机；其中，数据采集基于LabView环境实现，采样频率不低于10kHz。

8.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，所述微槽和微孔采用飞秒、皮秒、或纳秒激光加工，铣削加工，或电火花加工方式实现。

9.如权利要求1所述的基于微结构光纤传感的车削温度测量系统，其特征在于，所述微孔直径小于1mm。