反射式光纤位移传感器的实验与研究
一2016年一第6期
仪表技术与传感器
Instrument一Technique一and一Sensor
2016一No．6一
基金项目:国家自然科学基金项目(51505506);河南省教育厅科学技术研究重点项目(13A460118);郑州市普通科技攻关项目(131PPTGG416-1);河南省教育厅科学技术研究重点项目(14B460011)收稿日期:2015-10-01
反射式光纤位移传感器的实验与研究
刘一冬,崔陆军,李春广,王亚军
(中原工学院机电学院,河南省高校精密制造工程技术研究中心,河南郑州一450007)
一一摘要:为了解决在检测工件表面时,某些工件不宜接触测量的问题,设计了一种基于光纤位移传感器的非接触测量装置三该装置根据光纤反射调制原理,采用精密微调平台作为位移调整工具,利用电子电路和软件对传感器的输出信号进行二次处理,经计算后得出输出量与位移量的关系,从而实现零件表面位移量的非接触测量三实验表明:该光纤位移传感器性能稳定二测量精度高二线性度良好,在1mm 范围内其输出基本与位移成线性关系,线性度可达?3．06%,迟滞可达?1．15%,适于非接触的各种位移量的测量三
关键词:光纤位移传感器;反射式;微位移;非接触测量
中图分类号:TP39一一一文献标识码:A一一一文章编号:1002-1841(2016)06-0004-03Experiment and Research on Reflective Fiber-optic Displacement Sensor
LIU Dong,CUI Lu-jun,LI Chun-guang,WANG Ya-jun
(School of the Mechanical &Electronic Engineering ,Zhongyuan University of Technology ,Precision Manufacturing
Engineering Technology Research Center of Colleges in Henan Province ,Zhengzhou 450007,China )
Abstract :To solve the problem that it was improper to take the method of contact measurement when some workpiece surface is measured,a non-contact measurement device was designed based on fiber-optic displacement sensor.In accordance with the prin-ciple of optical fiber reflective modulation,the device adopted the precision fine-tuning platform as a tool to displace and adjust.Through using the electronic circuit and software to deal with the output signal of the sensor for secondary processing and calculat-ing,the relationship between the output and the displacement was calculated so as to realize the non-contact measurement of the surface displacement.Experiments show that the fiber-optic sensor is suitable for various non-contact displacement measurement by characterizing with stable performance,high measuring precision and good linearity.Under the relationship of linear between output and displacement,the linearity of this device can be up to plus or minus 3.06%and plus or minus 1.15%lagging within the scope of 1mm.Key words :fiber-optic displacement sensor;reflective modulation;miniature displacement;non-contact measurement
0一引言
伴随着机械工程领域的蓬勃发展,机械测量技术也取得了一定的进步三测量方式一般分为接触式测量和非接触式测量三在接触式测量中,三坐标测量机是目前比较常见且具有代表性的检测设备三三坐标测量机的探头二机械结构及软件系统等技术比较成熟,精度也比较高,而且接触测量时直接接触物体表面,不受物体表面反射特性二曲率等的影响三但是由于接触式测量时,测头频繁地接触工件表面会导致测头磨损和变形,从而影响测量精度三另外,在测量质软的物体或者危险系数高的物体,如辐射体二高温物体等,采用接触式测量是不合适的三
非接触测量可以测量一些不可接触的物体,并能排除接触测量对柔性物体的受力等干扰,安全系数高三非接触测量中应用最多的是光学法测量,代表性的测量工件是多光束干涉仪,不确定度最高可达0．6nm,但测量范围小,易受环境干扰
[1]
,而
且价格昂贵三光纤传感器作为一种新型的传感器,与普通的传
感器相比,具有体积小二结构简单二造价低二耐腐蚀二抗干扰能力强二能在恶劣环境下工作等优点[2],可实现远距离监测和非接触测量[3]三
本文利用光的反射原理,并结合光纤传感器的优点,设计
了一种基于反射式光纤位移传感器的检测装置三它由光纤传感器二位移测试电路二精密微调平台等组成三可实现非接触测量,具有结构简单二制作方便二易于测量二性能稳定等优点三1一系统工作原理
1.1一反射式光纤传感器测位移原理
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤传入调制器,待测参数会与进入调制器的光相互作用,导致光的光学性质(如光的强度二波长二频率二相位二偏振态等)发生变化,成为被调制的信号,再经过光纤送入光探测器,经解调后,可以获得被测参数三
该反射式光纤位移传感器的工作原理如图1所示三传感器探头由接收光纤A 和发射光纤B 组成,光源发出的光经发射光纤照射至物体表面M,经反射面反射后由接收光纤接收三接收光纤接收的光强随着被测物体表面与光纤端面之间的距离变化而变化,因此,通过测量接收光纤中光强的大小就可间接