全光纖傳感探頭繞制裝置的製作方法

2023-04-25 23:21:46

專利名稱：全光纖傳感探頭繞制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全光纖傳感探頭繞制裝置，尤其適用於光纖水聽器產品的探頭繞制。
背景技術：
目前，對於全光纖傳感產品，人們更多的是通過調整探頭結構參數、光纖長度和增敏材料等來獲得更高的探測精度，而通過改善光纖傳感探頭繞制裝置的方式重視不夠。目前國內光纖探頭的繞制基本上是採用手動繞制裝置，而手動繞制過程中光纖張力容易受外界擾動發生劇烈突變，同時繞制速度不平穩，排纖精度過低，經常出現光纖打扭、斷裂現象。而光纖傳感探頭探測精度對繞制光纖的狀態、鬆緊非常敏感。光纖繞制的均勻、張力恆定，可以提高光纖傳感探頭的精度和可靠性。另外，光纖傳感探頭工程化的瓶頸不僅在於光纖探頭的繞制張力控制和繞制速度，而且還在於光纖繞制過程中的光纖狀態控制。光纖傳感探頭繞制必須要經過光纖張力預控制、光線狀態控制和光纖排纖繞制三步進行。並且，為了使光纖緊密粘固在增敏材料上，還必須將光學膠均勻塗覆在光纖上。因此，光纖傳感探頭的光纖繞制的狀態恆定也成為光纖傳感探頭工程化的必須要求。綜上所述，設計一種光纖傳感探頭繞制器裝置來進行光纖傳感探頭的繞制是光纖傳感工程化過程中重要的環節。其目的在於可以迅速、大量並且優質的進行光纖傳感探頭的繞制。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種全光纖傳感探頭繞制裝置，該全光纖傳感探頭繞制裝置能實現光纖張力恆定。實用新型的技術解決方案如下:—種全光纖傳感探頭繞制裝置，包括張力控制系統和排線繞制系統；所述的張力控制系統包括設置在支塊(37)上的預備環支架(I)、張力控制電機
(2)、導纖輪(3)、舞蹈輪(4)、張力傳感器(5)、第一調整輪(6)、第二調整輪(7)和引導滑輪
(8)；張力控制電機(2)驅動預備環支架(I)旋轉，光纖從預備環支架(I)導出，經過舞蹈輪(4)、第一調整輪(6)、第二調整輪(7)和引導滑輪(8)導出並傳送至排線繞制系統中繞制；張力傳感器(5)的輸入端設有第一聯動杆(38)，舞蹈輪(4)設置在第一聯動杆(38)上；所述的張力控制系統還包括微處理器、第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機；第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機的輸出軸分別連有第二聯動杆(3g)和第三聯動杆(40);所述的第一調整輪(6)和第二調整輪(7)分別設置在第二聯動杆(39)和第三聯動杆(3)上；張力傳感器(5)的輸出端與微處理器相連；張力控制電機(2)、第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機均受控於所述的微處理器；微處理器依據張力傳感器(5)輸出的實時張力值控制第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機以分別改變第一調整輪(6)和第二調整輪(7)的位置形成閉環控制以使得張力保持恆定。如果張力過大，則使得第一調整輪和第二調整輪相對方向靠近，以減小張力，否則，如果張力過小，則使得第一調整輪和第二調整輪向著相反方向遠離，以增大張力，最終使得張力處於動態平衡，具體控制方法為現有技術，如採用典型的PID控制器實現等。排線繞制系統包括排線底板平臺(28)、繞線平臺(22)、繞線電機(24)、主軸(25)、平移電機(18)和工作環架(23)；在排線底板平臺(28)內設有絲杆機構(26)，繞線平臺(22)設置在排線底板平臺
(28)上的導軌(27)上；平移電機(18)驅動所述的絲杆機構(26)進而帶動繞線平臺(22)沿導軌(27)滑動；繞線電機(24)和主軸(25)均設置在繞線平臺(22)上；工作環架(23)套裝在主軸(25)上；繞線電機(24)驅動主軸(25)旋轉，工作環架(23)隨主軸(25)同步旋轉；繞線電機(24)和平移電機(18)均受控於微處理器。
在張力控制系統與排線繞制系統之間設置有膠水塗覆控制系統；膠水塗覆控制系統包括噴嘴(20)、膠水回收裝置(19)和用於根據光纖繞制速度值控制噴嘴噴出的膠水流量的流量控制電路，流量控制電路與微處理器連接通過光纖繞制速度值控制流量為現有成熟技術。在張力控制系統與排線繞制系統之間設置有光纖狀態調整系統；所述的光纖狀態調整系統包括旋轉盤(9)、旋轉裝置支架(10)、旋轉軸(11)、旋轉電機(12)、觀測平臺(41)、排線柱(13)、CCD攝像頭(15)、觀察窗口(16)、光源(17)和狀態調整控制器；旋轉電機(12)、旋轉軸(11)和旋轉盤(9)均設置在旋轉裝置支架10上，旋轉電機
(12)通過齒輪驅動旋轉軸(11)，旋轉軸(11)通過連接器與旋轉盤(9)相連；觀察窗口(16)和2個排線柱(13)均設在觀測平臺(41)的橫梁上，且觀察窗口
(16)位於2個排線柱(13)之間；光纖經過觀察窗口 (16)和2個排線柱(13)，光源(17)和CCD攝像頭(15)分別設置在觀察窗口(16)的下方和上方；CXD攝像頭(15)輸出圖像信息到狀態調整控制器，狀態調整控制器發出控制信號給旋轉電機(12)以驅動旋轉盤(9)使得光纖旋轉，實現光纖扭轉補償。全光纖傳感探頭繞制方法為:通過所述使得張力控制系統使得光纖繞制時保持張力恆定；通過所述的光纖狀態調整系統實現光纖扭轉補償，通過排線繞制系統實現光纖繞制。保持張力恆定的方法為，如果張力過大，則使得第一調整輪和第二調整輪相對方向靠近，以減小張力，否則，如果張力過小，則使得第一調整輪和第二調整輪相反方向遠離，以增大張力，最終使得張力保持恆定。CXD攝像頭(15)通過監測到的光纖的光強分布值，即可以確定光纖中的一對貓眼
(33)兩點成線與水平線所成的夾角，該夾角即為旋轉角，狀態調整控制器驅動旋轉電機動作，旋轉電機帶動旋轉軸、旋轉盤及支塊(37)同步旋轉，帶動光纖旋轉，使得光纖反方向扭轉補償旋轉角(35)的變化量，即實現光纖狀態保持恆定。有益效果:本實用新型的全光纖傳感探頭繞制裝置，其特點在於，在張力控制系統至精密排線繞制系統之間設置光纖狀態調整系統和光纖膠水塗覆控制系統。通過電腦終端人機界面輸入目標繞制長度、光纖張力、繞制速度、排線間隔等預設值，光纖從預備環支架導出到光纖張力控制系統，經過電腦預設張力後，產生控制信號發送至張力控制電路上，張力控制電機快速響應調整信號使光纖放纖張力保持恆定，恆定張力的光纖從引導滑輪導出。張力控制系統至精密排線繞制系統之間的光纖運動狀態利用CCD攝像機監控，計算機採集光纖旋轉一周的光強分布值進行圖像處理，由處理和控制軟體驅動旋轉裝置實現光纖繞制光纖狀態保持不偏轉。精密排線繞制系統根據設置的繞制參數來控制，利用平移電機調整放置工作環架的平臺，使得從張力控制系統出來的光纖與工作環架的邊緣正好在同一垂直位置。並且通過攝像機將光纖排布的圖像監控，調節繞線電機的速度和平移電機移動步進，使光纖排布均勻。光纖通過光纖膠水塗覆控制系統，光纖表面自動塗覆一層均勻膠水。該光纖傳感探頭繞制裝置繞制除繞制張力恆定和精密排線外，還有操作簡單，生產一致性高，可靠性聞等優點。本實用新型的優點:光纖從預備環支架導出到光纖張力控制系統，經過微處理器(或電腦)預設張力後，產生控制信號發送至反饋控制電路上，張力控制電機快速響應調整信號使光纖放纖張力保持恆定。光纖運動狀態利用CXD攝像機監控，計算機採集光纖旋轉一周的光強分布值進行圖像處理，由處理和控制軟體驅動旋轉裝置實現光纖繞制光纖狀態保持不偏轉。精密排線繞制系統根據設置的繞制參數來控制，利用平移電機調整放置工作環架的繞線平臺，使得從張力控制系統出來的光纖與工作環架的邊緣正好在同一垂直位置。並且通過攝像機將光纖排布的圖像監控，調節繞線電機的速度和平移電機移動步進，使光纖排布均勻。

圖1為全光纖傳感探頭繞制裝置的總體結構示意圖；圖2為光纖狀態調整結構示意圖；標號說明:1預備環支架、2張力控制電機、3導纖輪、4舞蹈輪、5張力傳感器、6第一調整輪、7第二調整輪、8引導滑輪、9旋轉盤、10旋轉裝置支架、11旋轉軸、12旋轉電機、13排線柱、14觀察窗口調整裝置、15CXD攝像頭、16觀察窗口、17光源、18平移電機、19膠水回收裝置、20高壓噴嘴裝置、21監控攝像機、22繞線平臺、23工作環架、24繞線電機、25主軸、26絲杆機構、27導軌、28排線底板平臺、29光強分布值、31透鏡、32觀測面、33貓眼、34纖芯、35旋轉角、37-支塊，38-第一聯動杆，39-第二聯動杆，40-第三聯動杆，41-觀測平臺。
具體實施方式
[0036]以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明:實施例1:如圖1為全光纖傳感探頭繞制裝置的結構示意圖。圖示具體實例中，全光纖傳感探頭繞制裝置結構包括張力控制系統、精密排線繞制系統、光纖狀態調整系統和光纖膠水塗覆控制系統等部分。具體功能介紹如下:(I)、張力控制系統張力控制系統包含張力傳感器2及放大電路、張力控制電機2、舞蹈輪4、預備環支架1、引導滑輪5、調整輪6和調整輪7、A\D採樣和反饋控制電路部分。繞纖過程中，光纖從預備環支架導出，經過舞蹈輪、張力傳感器、調整輪、引導滑輪8，最後光纖從引導滑輪導出。光纖上的張力值恆定時，舞蹈輪主要受本身的重力、與繞纖方向相同的主軸電機的拉力、與光纖方向相同或相反的張力控制電機的拉力和光纖上自身的張力的共同作用，而始終保持位置不變。如果光纖上的張力值變化時，光纖會使舞蹈輪的位置發生改變，舞蹈輪通過支撐杆帶動張力傳感器的軸轉動，使張力傳感器的張力值發生改變，反饋控制電路檢測到張力傳感器的張力變化，將張力變化量轉換為電壓變化值，通過AD採樣電路轉化為數位訊號，傳送到反饋控制電路並通過PID處理，經PID處理後產生的控制信號，輸給轉動調節位置的調整輪6和調整輪7，改變調整輪的位置，使舞蹈輪返回到原始位置，恢復光纖張力恆定值。(2)、精密排線繞制系統精密排線繞制系統包含排線底板平臺28、繞線平臺22、繞線電機24、平移電機18、工作環架23、攝像機21和繞制控制電路系統。在排線底板平臺內設有絲杆機構26，絲杆機構的兩側設有導軌27，絲杆的一端通過聯軸器與平移電機相連，繞線平臺與導軌、絲杆相連，在繞線平臺上設有繞線電機，繞線電機通過主軸25與工作環架23相連接。工作時，將被繞纖探頭即光纖放置在工作環架內，繞線電機帶動主軸和工作環架同步旋轉。平移電機根據平移值帶動絲軒轉動，使繞線平臺在導軌上相對於光纖方向向光纖的兩側均勻移動，並且通過攝像機監控光纖排列位置，然後由上位機產生控制信號，調節繞線電機的繞制速度和平移電機移動步進，使光纖排布均勻。利用平移電機調節繞線平臺的位置，使得從張力控制系統的引導滑輪導出的光纖與工作環架的邊緣保持在同一垂直位置。在電腦的人機交換界面上設定繞環參數後，啟動整個系統，繞線電機開始轉動，將從引導滑輪輸出的光纖重複的繞制在探頭上，平移電機同時帶動繞線平臺移動，移動的速度和距離均根據設置的繞環參數來控制。當探頭繞制到最大設定圈數時，平移電機移動方向改變運動，工作環上的光纖的排布方向相應的改變，開始另一層的繞制。(3)、光纖狀態調整系統光纖狀態調整系統包含光源17、旋轉裝置、CXD攝像頭15、狀態調整控制器。如圖1所示，在旋轉裝置支架10上設有旋轉電機12、旋轉軸11和旋轉盤9，旋轉電機通過齒輪與旋轉軸相連，旋轉軸的一端通過連接器與旋轉盤相連。[0048]如圖1、2所示，光源發出平行光照向光纖側面，並使光透過光纖在C⑶攝像頭上放大成像。由於保偏光纖內部折射率的不同，透過纖芯和包層的光會呈現明暗不同的光強分布，通過圖像採集卡採集光纖旋轉一周的光強分布值，由狀態調整控制器把光強分布值轉換成控制信號，驅動旋轉電機帶動旋轉軸和旋轉盤同步轉動，實現光纖扭轉補償，保證光纖在軸向的角度位置恆定。光纖水聽器探頭繞制過程中，保偏光纖通常會扭轉，使得光纖中的傳播常數發生較大變化。因此需要對光纖扭轉進行補償，抑制光纖的扭轉。CCD攝像頭攝取光纖繞制中的扭轉情況，把圖像信號送至狀態調整控制器，由狀態調整控制器處理計算正在繞制的光纖扭轉角度和預設角度之間的偏差，產生控制信號，驅動旋轉裝置旋轉光纖，使光纖恢復正確的角度位置。旋轉盤9通過連接器與支塊37相連，CXD攝像頭15通過監測到的光纖的光強分布值，即可以確定光纖中的一對貓眼33兩點成線與水平線所成的夾角(即旋轉角35)，狀態調整控制器(集成有微處理單元)根據CXD攝像頭15監控的狀態，將調整信號輸送給旋轉電機，旋轉電機帶動旋轉軸、旋轉盤及支塊37同步旋轉，帶動光纖旋轉(實際上光纖旋轉角度較小，一般在10度以內)，使得光纖扭轉補償旋轉角35的變化量，即實現光纖狀態保持恆定，即光纖位置無偏轉。(4)、光纖膠水塗覆控制系統光纖膠水塗覆控制系統包含噴嘴20、膠水回收裝置lg、流量控制電路。採用三個微型高壓噴嘴均勻布置在光纖的四周，利用高壓膠水產生的噴霧狀態，使膠水均勻附著在光纖表面，通過電腦預設繞制速度值發送至流量控制電路，控制噴嘴的噴塗流量。噴塗過多的膠水流到膠水收集箱中，通過膠水泵將膠水輸送到膠水箱中重複使用。實現膠水自動噴塗，使膠水均勻塗覆在光纖表面上，充分利用膠水。本實用新型採用光纖膠水塗覆控制系統，可根據不同的繞制速度，可實現多種膠水自動噴塗，使膠水塗覆均勻。本實用新型通過人機界面輸入目標參數，即可在無人工參與情況下完成定長繞制並自動停車，可實現光纖傳感探頭繞制的自動化。該繞環裝置可繞制Φ0.1 Φ0.3_光纖，可排線距離為0.1 100mm,可控拉力為O IN,繞線速度為0.lm/s lm/s。可實現繞纖和塗膠同步完成，並實現精密排線、應力分布更均勻，快速繞制。
權利要求1.一種全光纖傳感探頭繞制裝置，其特徵在於，包括張力控制系統和排線繞制系統；所述的張力控制系統包括設置在支塊(37)上的預備環支架(I)、張力控制電機(2)、導纖輪(3)、舞蹈輪(4)、張力傳感器(5)、第一調整輪￠)、第二調整輪(7)和引導滑輪(8)；張力控制電機(2)驅動預備環支架(I)旋轉，光纖從預備環支架(I)導出，經過舞蹈輪(4)、第一調整輪(6)、第二調整輪(7)和引導滑輪(8)導出並傳送至排線繞制系統中繞制；張力傳感器(5)的輸入端設有第一聯動杆(38)，舞蹈輪(4)設置在第一聯動杆(38)上； 所述的張力控制系統還包括微處理器、第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機；第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機的輸出軸分別連有第二聯動杆(39)和第三聯動杆(40);所述的第一調整輪(6)和第二調整輪(7)分別設置在第二聯動杆(39)和第三聯動杆⑶上； 張力傳感器(5)的輸出端與微處理器相連；張力控制電機(2)、第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機均受控於所述的微處理器；微處理器依據張力傳感器(5)輸出的實時張力值控制第一調整輪驅動電機和第二調整輪驅動電機以分別改變第一調整輪(6)和第二調整輪(7)的位置形成閉環控制以使得張力保持恆定。
2.根據權利要求1所述的全光纖傳感探頭繞制裝置，其特徵在於，排線繞制系統包括排線底板平臺(28)、繞線平臺(22)、繞線電機(24)、主軸(25)、平移電機(18)和工作環架(23)； 在排線底板平臺(28)內設有絲杆機構(26)，繞線平臺(22)設置在排線底板平臺(28)上的導軌(27)上；平移電機(18)驅動所述的絲杆機構(26)進而帶動繞線平臺(22)沿導軌(27)滑動；繞線電機(24)和主軸(25)均設置在繞線平臺(22)上；工作環架(23)套裝在主軸(25)上；繞線電機(24)驅動主軸(25)旋轉，工作環架(23)隨主軸(25)同步旋轉； 繞線電機(24)和平移電機(18)均受控於微處理器。
3.根據權利要求1所述的全光纖傳感探頭繞制裝置，其特徵在於，在張力控制系統與排線繞制系統之間設置有膠水塗覆控制系統； 膠水塗覆控制系統包括噴嘴(20)、膠水回收裝置(19)和用於根據光纖繞制速度值控制噴嘴噴出的膠水流量的流量控制電路，流量控制電路與微處理器連接。
4.根據權利要求1-3任一項所述的全光纖傳感探頭繞制裝置，其特徵在於，在張力控制系統與排線繞制系統之間設置有光纖狀態調整系統； 所述的光纖狀態調整系統包括旋轉盤(9)、旋轉裝置支架(10)、旋轉軸(11)、旋轉電機(12)、觀測平臺(41)、排線柱(13)、CCD攝像頭(15)、觀察窗口(16)、光源(17)和狀態調整控制器； 旋轉電機(12)、旋轉軸(11)和旋轉盤(9)均設置在旋轉裝置支架10上，旋轉電機(12)通過齒輪驅動旋轉軸(11)，旋轉軸(11)通過連接器與旋轉盤(9)相連； 觀察窗口(16)和2個排線柱(13)均設在觀測平臺(41)的橫梁上，且觀察窗口(16)位於2個排線柱(13)之間；光纖經過觀察窗口(16)和2個排線柱(13)，光源(17)和CXD攝像頭(15)分別設置在觀察窗口(16)的下方和上方；CXD攝像頭(15)輸出圖像信息到狀態調整控制器，狀態調整控制器發出控制信號給旋轉電機(12)以驅動旋轉盤(9)使 得光纖旋轉，實現光纖扭轉補償。
專利摘要本實用新型公開了一種全光纖傳感探頭繞制裝置，包括張力控制系統、膠水塗覆控制系統、光纖狀態調整系統和排線繞制系統；所述的張力控制系統包括設置在支塊(37)上的預備環支架(1)、張力控制電機(2)、導纖輪(3)、舞蹈輪(4)、張力傳感器(5)、第一調整輪(6)、第二調整輪(7)和引導滑輪(8)；採用該光纖傳感探頭繞制裝置繞制光纖時，除繞制張力恆定和精密排線外，還有操作簡單，生產一致性高，可靠性高等優點。
文檔編號G05B19/18GK203070044SQ201220710809
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者袁湘文, 翁澤平, 李友如, 黃德翼, 陶令, 龍真, 胡豔紅, 向繼方, 石滔, 孟慶鑫, 趙琢, 徐棟, 王永, 蔣思思, 李強, 胡雄凱, 吳聰 申請人:長城信息產業股份有限公司, 長沙湘計海盾科技有限公司, 湖南海盾光纖傳感技術工程實驗室有限公司