一种大范围光纤弯曲可调控装置制造方法及图纸

本发提供了一种大范围光纤弯曲可调控装置，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元；旋转位移单元包括X、Y丝杠滑台、步进电机X、Y、Z、移动平台X、Y和光纤旋转固定板。光纤旋转固定板设置于步进电机Z上，用于控制光纤的旋转角度；通过光纤固定单元固定的光纤中段部分，与置于光纤旋转固定板上的光纤前段部分保持共面；光纤一端与光源连接，另一端与光谱仪或者光功率计连接；装置通过控制单元控制各步进电机的运动，进而调节光纤弯曲程度。同时，可通过螺旋测微器，手动调节弯曲段的长度来半自动改变弯曲半径。本发明专利技术用于可以在较大范围内控制光纤的曲率半径与弯曲角度，为光纤曲率、弯曲角度的其他性能参数实验提供参考基准。

A wide range optical fiber bending control device

A wide range of fiber bending adjustable device is provided, including rotary displacement unit, control unit and fiber fixing unit; rotary displacement unit includes X, Y lead screw slider, stepping motor X, Y, Z, mobile platform X, Y and fiber optic rotary fixing plate. The optical fiber rotating fixing plate is arranged on the stepper motor Z to control the rotation angle of the optical fiber; the middle part of the optical fiber fixed by the optical fiber fixing unit is coplanar with the front part of the optical fiber placed on the optical fiber rotating fixing plate; one end of the optical fiber is connected with the light source; the other end is connected with the spectrometer or the optical power meter; The control unit controls the movement of each stepper motor and adjusts the bending degree of the optical fiber. At the same time, the bending radius can be automatically adjusted by manually adjusting the length of the bending section by means of a screw micrometer. The invention is used to control the curvature radius and bending angle of the optical fiber in a large range, and provides a reference for other performance parameter experiments of the curvature and bending angle of the optical fiber.

【技术实现步骤摘要】
一种大范围光纤弯曲可调控装置
本专利技术属于电控设备
，具体涉及一种大范围光纤弯曲可调控装置。
技术介绍
光纤传感器因为体积小，重量轻，抗电磁干扰等优点，受到越来越多学者的重视。其中光纤光栅通过在小范围的曲率的改变来检测应力的；大范围的曲率应用中，光纤光栅可以黏贴在胃镜上来检测胃镜的形状，实现光纤形状的三维重建；光纤传感器在大范围弯曲角度的传感应用还有数据手套，无论是多模增敏型强度解调型光纤传感器，还是基于布拉格光纤光栅波长解调型光纤传感器的数据手套，弯曲半径和弯曲角度都在大范围变化。角度范围变化超过90度，曲率半径最小到达2-3cm。在原来的检测技术中，对于小的曲率的变化，一般选择把光纤贴于柔性铁片上，两端使用位移平台固定来测量，在测量的时候，随着位移平台的变动会造成非传感光纤的位置变动，引入其他误差。小的曲率范围测量一般选用标准圆柱体的方法，缺点是，弯曲角度不可控，而且测量的点数有限，每次变动都会改变传感光纤的形态，引入其他误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大范围光纤弯曲可调控装置。实现弯曲半径大范围调整，弯曲角度从0-180度变化。与此同时，保持非传感区段在调节过程中不会受到其他因素的干扰，保证传感区段与非传感区段一直相切，传感区为圆弧，避免其他的非传感的损耗。为了达到上述目的，设计了传感区呈现圆弧状，实时保证非传感区与传感区始终相切的控制方案，改变光纤旋转固定板的旋转角度，来改变传感区域的弯曲半径和弯曲角度。通过调节移动平台Y和移动平台X实现对光纤旋转固定板的位置调节，保证了传感区间和非传感区间可以实时相切,弯曲区段是一个圆弧。本专利技术所采用的技术方案是，一种大范围光纤弯曲可调控装置，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元，其特征在于，所述旋转位移单元，包括X丝杠滑台、Y丝杠滑台、步进电机X、步进电机Y、步进电机Z、移动平台Y、移动平台X和光纤旋转固定板(8)；其中，X丝杠滑台通过移动平台Y固定于Y丝杠滑台上，由步进电机Y控制其在Y丝杠滑台上沿竖直方向运动；步进电机Z通过移动平台X固定于X丝杠滑台上，由步进电机X控制其在X丝杠滑台上沿水平方向运动；光纤旋转固定板(8)设置于步进电机Z上，用于控制光纤的旋转角度；通过光纤固定单元固定的光纤中段部分，与置于光纤旋转固定板上的光纤前段部分保持共面；光纤一端与光源连接，另一端与光谱仪或者光功率计连接；装置通过控制单元控制各步进电机的运动，进而调节光纤弯曲程度。进一步地，上述光纤旋转固定板上的光纤前段部分设置微位移调节单元，沿光纤长度方向进行微量调节。进一步地，上述微位移调节单元固定于光纤旋转固定板上，微位移调节单元的移动端与光源连接。进一步地，上述微位移调节单元为螺旋测微器。其中螺旋测微器活动范围5-30mm。进一步地，上述光纤固定单元包括光纤夹A、光纤夹B和定位板；光纤中段部分分别通过光纤夹A固定于光纤旋转固定板(8)上和通过光纤夹B固定于定位板上。进一步地，上述丝杠滑台的行程精度为0.1mm，步进电机Z的精度为0.18度步距角。进一步地，上述控制单元包括步进电机控制板和命令发送端，通过计算光纤弯曲的角度和长度，控制步进电机精准调节。本专利技术的有益效果为：(1)弯曲角度0-180的控制。(2)实现弯曲半径从0到L/π的曲率的控制。(3)自动操作过程中，弯曲段呈现圆弧状，始终保持弯曲段和非弯曲段也就是传感段和非传感段之间始终相切，避免了非相切导致弯曲而引入的弯曲损耗。(4)在弯曲过程中，非传感段始终保持紧绷，不会发生晃动、弯曲即不会发生其他的形变，使实验结果不会引入其余的干扰，避免引入其他误差。附图说明图1为本专利技术的结构图；图2为光纤初始状态图；图3光纤弯曲曲率与弯曲角度几何关系图；图1中：1X丝杠滑台；2Y丝杠滑台；3步进电机X；4步进电机Y；5步进电机Z；6移动平台Y；7移动平台X；8光纤旋转固定板；9步进电机联轴器；10螺旋测微器；11LED光源；12光纤；13定位板；14光纤夹B；15光谱仪或者光功率计；16步进电机控制板；17电脑命令发送端；18光纤夹A。图2中，光纤为初始状态，a代表光纤与光源的固定端；b代表旋转节点；线段ab段代表光源获取直线段，长度为D1，是一个相对固定值；c固定节点；线段bc段为光纤弯曲段，长度为L；d代表光纤与法兰的连接末端；线段cd表示光纤固定直线段；光纤为初始状态，a,b,c,d在同一条直线上，且是水平直线；图3中，at是在t时刻设定弯曲半径R或弯曲角度后，a在t时刻的位置；bt是t时刻b的位置；dx是移动平台X和初值状态相比移动的距离；dy是移动平台Y和初始状态相比移动的距离。具体实施方式本专利技术装置的使用方法为：首先xy滑动平台初始到系统零点，步进电机Z回到初始零点，此时光纤分为前段、中段、后段，即光源获取直线段、弯曲段、固定直线段。初始位置可以使光纤的三段成一条直线，而且是一条水平直线，此时步进电机Z的中心点与光纤定位板上的光纤夹A的右侧边沿的距离为D1。测得弯曲段的长度L，L为光纤夹A右侧边沿与光纤夹左侧边沿B之间光纤的长度，通过电脑的PC端输入L，这个时候的状态为初始状态。步进电机Z的步距角为0.18度，所以，可以进行弯曲角度为0-180度，步长为0.18的1000组数据的测量。设定弯曲角度，可以求出弯曲半径R＝L/θ其中R为弯曲半径，θ表示弯曲角度(弧度制表示)。那么可以得出和初始状态相比，Y轴的偏移为dy,其中Y丝杠以向下移动为正方向。x轴的偏移dx，其中X丝杠以向右移动为正值。求取公式如公式(1)所示XY丝杠滑台先移动X轴，再移动Y轴，之后步进电机Z转动相应的角度可以控制弯曲角度的改变。在弯曲角度改变的同时，弯曲半径也是在不断改变。如果想控制曲率时，那么可以根据L＝Rθ,计算出θ，dx,dy,通过(1)求解，可以选择自动调节，也可以选择半自动调节。自动调节，电脑命令发送端输入R或者θ，自动计算dy,dx,使Y丝杠和X丝杠进行相应的位移。半自动调节，可在固定弯曲角度下，对曲率半径进行微调，可以先打开光纤夹A，调节螺旋测微器，推动LED光源运动距离为D，规定向前推进为正值，向后推进为负值，那么新的L值等于原来的L值加上D。闭合光纤夹A。改变弯曲段长度，把新的L值输入电脑命令发送端，根据公式(1)，算出新的dx,dy,串口软件传入步进电机控制板，XY位移平台在原来位移的基础上，进行较小修正。从而对弯曲半径进行控制。实施例装置如图1所示，一种大范围光纤弯曲可调控装置，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元，其特征在于，所述旋转位移单元，包括X丝杠滑台1、Y丝杠滑台2、步进电机X3、步进电机Y4、步进电机Z5、移动平台Y6、移动平台X7和光纤旋转固定板8；其中，X丝杠滑台1通过移动平台Y6固定于Y丝杠滑台2上，由步进电机Y4控制其在Y丝杠滑台2上沿竖直方向运动；步进电机Z5通过移动平台X7固定于X丝杠滑台1上，由步进电机X3控制其在X丝杠滑台1上沿水平方向运动；光纤旋转固定板8设置于步进电机Z5上，用于控制光纤的旋转角度；所述光纤固定单元包括光纤夹A18、光纤夹B14和定位板13；光纤中段部分分别通过光纤夹A18固定于光纤旋转固定板8上和通过光纤夹B14固定于定位板13上。光纤一端与L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大范围光纤弯曲可调控装置，其特征在于，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元，其特征在于，所述旋转位移单元，包括X丝杠滑台(1)、Y丝杠滑台(2)、步进电机X(3)、步进电机Y(4)、步进电机Z(5)、移动平台Y(6)、移动平台X(7)和光纤旋转固定板(8)；其中，X丝杠滑台(1)通过移动平台Y(6)固定于Y丝杠滑台(2)上，由步进电机Y(4)控制其在Y丝杠滑台(2)上沿竖直方向运动；步进电机Z(5)通过移动平台X(7)固定于X丝杠滑台(1)上，由步进电机X(3)控制其在X丝杠滑台(1)上沿水平方向运动；光纤旋转固定板(8)设置于步进电机Z(5)上，用于控制光纤的旋转角度；通过光纤固定单元固定的光纤中段部分，与置于光纤旋转固定板(8)上的光纤前段部分保持共面；光纤一端与光源连接，另一端与光谱仪或者光功率计连接；装置通过控制单元控制各步进电机的运动，进而调节光纤弯曲程度。

【技术特征摘要】
1.一种大范围光纤弯曲可调控装置，其特征在于，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元，其特征在于，所述旋转位移单元，包括X丝杠滑台(1)、Y丝杠滑台(2)、步进电机X(3)、步进电机Y(4)、步进电机Z(5)、移动平台Y(6)、移动平台X(7)和光纤旋转固定板(8)；其中，X丝杠滑台(1)通过移动平台Y(6)固定于Y丝杠滑台(2)上，由步进电机Y(4)控制其在Y丝杠滑台(2)上沿竖直方向运动；步进电机Z(5)通过移动平台X(7)固定于X丝杠滑台(1)上，由步进电机X(3)控制其在X丝杠滑台(1)上沿水平方向运动；光纤旋转固定板(8)设置于步进电机Z(5)上，用于控制光纤的旋转角度；通过光纤固定单元固定的光纤中段部分，与置于光纤旋转固定板(8)上的光纤前段部分保持共面；光纤一端与光源连接，另一端与光谱仪或者光功率计连接；装置通过控制单元控制各步进电机的运动，进而调节光纤弯曲程度。2.根据权利要求1所述的一种大范围光纤弯曲可调控装置，其特征在于，光纤旋转固定板上的光纤前段部分设置微位移调节单元，沿光纤长度方向进行微量调节。3.根据权利要求2所述的一种大范围光纤弯曲可调控装置，其特征在于，微位移调节单元固定于光纤旋转固定板上，微位移调节单元的移动端与光源连接。4.根据权利要求2或3所述的一种大范围光纤弯曲可调控装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，杨时月，雷铭，张勇，刘锐，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21