一种光纤传感器以及物体位置和姿态监测方法技术

本发明专利技术涉及一种光纤传感器以及应用于所述光纤传感器的物体位置和姿态监测方法，通过采用多个探头、多个光功率计和处理器，能够根据所检测得到的光强确定物体的位置量和姿态偏移量，在提高物体位置监测精确度的同时，能够确定传感器与物体间的姿态偏差，以对物体的姿态变化进行精确监测。并且，整个技术方案不仅具有目前市场上已有的光纤位置传感器的位置测量功能，而且增加了姿态测量功能，这就能够进一步弥补当前工业传感器检测工作中不能同时进行位置和姿态测量的缺陷。同时，增加了传感器种类的多样性，为进一步提高工业产品开发的智能化生产提供了技术支持。

An optical fiber sensor and the method of object position and attitude monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种光纤传感器以及物体位置和姿态监测方法
本专利技术涉及光学智能传感器领域，特别是涉及一种光纤传感器以及物体位置和姿态监测方法。
技术介绍
自上世纪60年代以来，光纤技术迅速发展，不断开发了基于光纤原理的传感器并应用于工业自动化领域。在工业流水线生产中，光电开关是其中必不可少的一种监测传感器。在流水线两旁布置的光电开关可以敏锐地感知到前方工业产品的运动状态，并发出指令信号控制流水线针对工业产品进行相应的调整。但是此时的光电开关仅仅能感知前方物体的有无，而不能获得物体的准确位置，应用范围较窄。基于强度调制的光纤位置传感器能够使用户方便快捷地获得物体的位置信息。且基于强度调制的光纤位置传感器的精度极高，往往能具有微米级别的位置监测精度。然而基于强度调制的光纤位置传感器仍然具有其局限性，当传感器发出的激光不垂直于物体表面时，其并不能准确获得物体的位置，同时也不能感知传感器与前方物体的姿态偏差进而实现对物体姿态信息的监测。因此，提供一种既能够提高位置测量准确性，又具有姿态监测功能的光纤传感器是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光纤传感器以及物体位置和姿态监测方法，在提高物体位置监测精确度的同时，能够确定传感器与物体间的姿态偏差，以对物体的姿态变化进行精确监测。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种光纤传感器，包括：激光器，用于发射激光；多个探头，均通过发射光纤与所述激光器连接，用于将所述激光发射给物体，并接收所述物体的反射激光；多个光功率计，分别通过接收光纤与多个所述探头一一对应连接，用于接收所述反射激光，并根据所述反射激光确定所述反射激光的光强；处理器，分别通过导线与多个所述光功率计连接，用于接收所述光强，并根据所述光强确定探头与物体间的距离；所述处理器还用于根据所述物体表面与多个所述探头构成的面之间的相对位置变化和相对姿态变化，确定所述物体的相对位置量和姿态偏差量。可选的，所述探头的数量至少为3个。可选的，所述探头为光纤探头。一种物体位置和姿态监测方法，应用于上述光纤传感器；所述物体位置和姿态监测方法包括：获取光功率计检测得到的激光光强；根据所述激光光强确定探头与物体间的距离；以多个探头中的任意一个探头的探测端面的中心点为第一坐标原点，以所述第一坐标原点与另一探头的探测端面的中心点间的向量为X轴，构建第一空间坐标系；以所述第一坐标原点映射于物体表面的点为第二坐标原点，以所述第二坐标原点与另一探头的探测端面的中心点映射于物体表面的点间的向量为X轴，构建第二空间坐标系；根据所述第一空间坐标系和所述第二空间坐标系确定所述第一空间坐标系和第二空间坐标系的旋转矩阵；根据所述旋转矩阵和所述探头与物体间的距离确定所述物体表面与多个所述探头构成的面之间的相对位置变化和相对姿态变化，以完成对所述物体位置量和姿态偏差量的监测。可选的，所述第一空间坐标系和所述第二空间坐标系均为右手坐标系。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的光纤传感器以及应用于所述光纤传感器的物体位置和姿态监测方法，通过采用多个探头、多个光功率计和处理器，能够根据所检测得到的光强确定物体的位置量和姿态偏移量，在提高物体位置监测精确度的同时，能够确定传感器与物体间的姿态偏差，以对物体的姿态变化进行精确监测。并且，整个技术方案不仅具有目前市场上已有的光纤位置传感器的位置测量功能，而且增加了姿态测量功能，这就能够进一步弥补当前工业传感器检测工作中不能同时进行位置和姿态测量的缺陷。同时，增加了传感器种类的多样性，为进一步提高工业产品开发的智能化生产提供了技术支持。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的光纤传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的光纤传感器中探头发射和接收激光的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的物体位置和姿态监测方法的流程图；图4为本专利技术实施例中采用三个探头投影于物体表面的示意图；图5为本专利技术实施例中采用三个探头所构建得到的第一空间坐标系和第二空间坐标系的位置示意图。附图标记：1-激光器，2-探头，3-光功率计，4-处理器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种光纤传感器以及物体位置和姿态监测方法，在提高物体位置监测精确度的同时，能够确定传感器与物体间的姿态偏差，以对物体的姿态变化进行精确监测。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的光纤传感器的结构示意图，如图1所示，一种光纤传感器，包括：激光器1、多个探头2、与探头2数量相同的光功率计3和处理器4。所述激光器1用于发射激光。多个所述探头2均通过发射光纤与所述激光器1连接，所述探头2用于将所述激光发射给物体，并接收所述物体的反射激光。其中，所述探头2为光纤探头2，在本专利技术中具体采用的是光纤位置传感器探头2，其具体结构如图2所示。在图2中梯形阴影部分表示发射光场，而接收光纤只能接收到发射光纤发出的光场的一部分，这一部分的比例大小取决于所述探头2距前方物体表面的距离。而为了增加监测的精确度，在本专利技术中所采用的所述探头2的数量至少为3个。多个所述光功率计3分别通过接收光纤与多个所述探头2一一对应连接，所述光功率计3用于接收所述反射激光，并根据所述反射激光确定所述反射激光的光强。其中，所述光功率计3的具体型号可以根据实际测量需求进行选择，在本专利技术中所述光功率计3的型号优选为TAM8701、TAM8712PON或NF-906A等。所述处理器4分别通过导线与多个所述光功率计3连接，所述处理器4用于接收所述光强，并根据所述光强确定探头2与物体间的距离。所述处理器4还用于根据所述物体表面与多个所述探头2构成的面之间的相对位置变化和相对姿态变化，确定所述物体的相对位置量和姿态偏差量。总体来说，本专利技术所公开的光纤传感器中每个探头及与其对应的部件、连接关系就会构成一组“光源-发射光纤-位置传感器-接收光纤-光功率计”的监测回路。并且，由于探头2所需入射光强一定，所以整个光纤传感器只需一个激光光源。由于需要检测每一个探头返回的光强，所以每有一个探头2，就有对应有一个光功率计3。光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤传感器，其特征在于，包括：/n激光器，用于发射激光；/n多个探头，均通过发射光纤与所述激光器连接，用于将所述激光发射给物体，并接收所述物体的反射激光；/n多个光功率计，分别通过接收光纤与多个所述探头一一对应连接，用于接收所述反射激光，并根据所述反射激光确定所述反射激光的光强；/n处理器，分别通过导线与多个所述光功率计连接，用于接收所述光强，并根据所述光强确定探头与物体间的距离；所述处理器还用于根据所述物体表面与多个所述探头构成的面之间的相对位置变化和相对姿态变化，确定所述物体的相对位置量和姿态偏差量。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤传感器，其特征在于，包括：
激光器，用于发射激光；
多个探头，均通过发射光纤与所述激光器连接，用于将所述激光发射给物体，并接收所述物体的反射激光；
多个光功率计，分别通过接收光纤与多个所述探头一一对应连接，用于接收所述反射激光，并根据所述反射激光确定所述反射激光的光强；
处理器，分别通过导线与多个所述光功率计连接，用于接收所述光强，并根据所述光强确定探头与物体间的距离；所述处理器还用于根据所述物体表面与多个所述探头构成的面之间的相对位置变化和相对姿态变化，确定所述物体的相对位置量和姿态偏差量。


2.根据权利要求1所述的一种光纤传感器，其特征在于，所述探头的数量至少为3个。


3.根据权利要求1所述的一种光纤传感器，其特征在于，所述探头为光纤探头。


4.一种物体位置和姿态监测方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任意一项所述的光纤传...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵景山，纪俊杰，魏松涛，徐胜金，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11