一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置和测量方法，属于光纤传感技术领域。包括激光器、分光器、2个环形器、2个多芯光纤扇入扇出器、多芯光纤阵列探头、2个光电探测器以及微处理器，多芯光纤阵列探头集成2个多芯光纤，激光器的激光经分光器分为2路，分别进入2个出射光路由第一多芯光纤和第二多芯光纤射出，再由2个入射光路接收第一激光散斑信号和第二激光散斑信号，经2个光电探测器进行光电转换后所得电信号输入至微处理器，由微处理器进行被测物体速度以及距离的测算。理器进行被测物体速度以及距离的测算。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置和测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置和测量方法。

技术介绍

[0002]当前，基于高性能激光器的激光测速技术与激光测距技术发展迅速，因为其具有高精度、高分辨率、无损等特点，被广泛应用于激光雷达、机器视觉、物体形变无损检测、目标微运动特征检测等场景。
[0003]在面向未来的激光测量技术之中，高集成度、低复杂度、小体积、低成本是测量系统的重要发展趋势。然而，在目前情形下，激光测速技术与激光测距技术往往是两种互相独立的技术，测量原理不尽相同，例如：三角测量法、飞行时间法、激光多普勒测速法、高速摄影法等。这就造成了测速装置、测距装置各成体系，如果将两套系统集成在一起实现速度与距离的同时感测，将会产生系统集成度不高、结构复杂、体积庞大、成本较高等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置和测量方法，结构简单、体积微小，成本低且具有较高的测量准确度。
[0005]本专利技术实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置，包括：激光器(1)、分光器(2)、第一环形器(31)、第二环形器(32)、第一多芯光纤扇入扇出器(41)、第二多芯光纤扇入扇出器(42)、多芯光纤阵列探头(5)、第一光电探测器(61)、第二光电探测器(62)以及微处理器(7)，所述多芯光纤阵列探头(5)集成第一多芯光纤(51)和第二多芯光纤(52)；
[0007]所述激光器(1)连接所述分光器(2)，所述分光器(2)的2个输出端分别连接所述第一环形器(31)和所述第二环形器(32)，所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)的第一端组与所述第一光电探测器(61)相连接、第二端组与所述第一多芯光纤(51)相连接，所述第一环形器(31)的第三端连接所述第一光电探测器(61)；所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)的第一端组与所述第二光电探测器(62)相连接、第二端组与所述第二多芯光纤(52)相连接，所述第二环形器(32)的第三端连接所述第二光电探测器(62)；所述第一光电探测器(61)、所述第二光电探测器(62)均与所述微处理器(7)电性连接，光学器件之间通过光纤连接；
[0008]所述第一多芯光纤(51)和所述第二多芯光纤(52)均是由一组呈直线等距排列的径向纤芯组成，所述第一多芯光纤(51)的端面上各个纤芯沿平行于x轴方向设置，所述第二多芯光纤(52)的端面上各个纤芯沿平行于y轴方向设置，所述第一多芯光纤(51)的端面与所述第二多芯光纤(52)的端面之间径向距离为s；
[0009]所述第一多芯光纤(51)中位于中心位置的纤芯(511)用于向被测物体发射激光，所述被测物体散射激光从而产生第一激光散斑信号；所述第二多芯光纤(52)中位于中心位置的纤芯(521)用于向所述被测物体发射激光，所述被测物体散射激光从而产生第二激光
散斑信号；所述第一多芯光纤(51)接收所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号，经由所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)以及所述第一环形器(31)引导至所述第一光电探测器(61)，并将光电转换所得的2个电信号输入至所述微处理器(7)进行被测物体x方向的速度v
x
以及被测物距离d的计算；
[0010]所述第二多芯光纤(52)接收所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号，经由所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)以及所述第二环形器(32)引导至所述第二光电探测器(62)，并将光电转换所得的2个电信号输入至所述微处理器(7)进行被测物体y方向的速度v
y
以及二维速度v的计算。
[0011]较优地，所述激光器(1)射出的激光依次经过所述分光器(2)的第一输出端、所述第一环形器(31)的第一端、所述第一环形器(31)的第二端、所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)的第一端组中的第一环形器连接端、所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)的第二端组的中心连接端、所述第一多芯光纤(51)中位于中心位置的纤芯(511)后射出至所述被测物体；
[0012]所述激光器(1)射出的激光依次经过所述分光器(2)的第二输出端、所述第二环形器(32)的第一端、所述第二环形器(32)的第二端、所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)的第一端组中的第二环形器连接端、所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)的第二端组的中心连接端、所述第二多芯光纤(52)中位于中心位置的纤芯(521)后射出至所述被测物体。
[0013]所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号由所述第一多芯光纤(51)接收后、经过所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)到达所述第一光电探测器(61)，其中，所述纤芯(511)接收的所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号依次经过所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)、所述第一环形器(31)的第二端、所述第一环形器(31)的第三端、输入至所述第一光电探测器(61)；
[0014]所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号由所述第二多芯光纤(52)接收后、经过所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)到达所述第二光电探测器(62)，其中，所述纤芯(521)接收的所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号依次经过所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)、所述第二环形器(32)的第二端、所述第二环形器(32)的第三端、输入至所述第二光电探测器(62)。
[0015]较优地，所述多芯光纤阵列探头(5)由所述第一多芯光纤(51)、所述第二多芯光纤(52)、充填物、外壳组成，所述外壳选用高硬度材质，所述充填物选用高密度粘性物质，通过所述填充物将所述第一多芯光纤(51)与所述第二多芯光纤(52)之间相对固定，使所述第一多芯光纤(51)的纤芯排列方向与所述第二多芯光纤(52)的纤芯排列方向相互垂直。
[0016]较优地，所述多芯光纤阵列探头(5)的外壳端面与所述第二多芯光纤(52)的端面位于同一平面，所述第一多芯光纤(51)的端面位于所述外壳内部。
[0017]较优地，所述第一多芯光纤(51)、所述第二多芯光纤(52)的纤芯间距均为a。
[0018]较优地，所述被测物体x方向的速度v
x
、被测物体的距离d的计算公式为：
[0019][0020][0021]其中，f
1x
为由所述第一光电探测器转换所述第一激光散斑信号所得的电信号频率，f
2x
为由所述第一光电探测器转换所述第二激光散斑信号所得的电信号频率，d为所述被测物体与所述多芯光纤阵列探头(5)的所述外壳端面之间的距离。
[0022]较优地，所述被测物体y方向的速度v
y
、所述二维速度v的计算公式为：
[0023][0024][0025]其中，f
2y
为由所述第二光电探测器转换所述第二激光散斑信号所得的电信号频率。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置，其特征在于，包括：激光器(1)、分光器(2)、第一环形器(31)、第二环形器(32)、第一多芯光纤扇入扇出器(41)、第二多芯光纤扇入扇出器(42)、多芯光纤阵列探头(5)、第一光电探测器(61)、第二光电探测器(62)以及微处理器(7)，所述多芯光纤阵列探头(5)集成第一多芯光纤(51)和第二多芯光纤(52)；所述激光器(1)连接所述分光器(2)，所述分光器(2)的2个输出端分别连接所述第一环形器(31)和所述第二环形器(32)，所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)的第一端组与所述第一光电探测器(61)相连接、第二端组与所述第一多芯光纤(51)相连接，所述第一环形器(31)的第三端连接所述第一光电探测器(61)；所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)的第一端组与所述第二光电探测器(62)相连接、第二端组与所述第二多芯光纤(52)相连接，所述第二环形器(32)的第三端连接所述第二光电探测器(62)；所述第一光电探测器(61)、所述第二光电探测器(62)均与所述微处理器(7)电性连接，光学器件之间通过光纤连接；所述第一多芯光纤(51)和所述第二多芯光纤(52)均是由一组呈直线等距排列的径向纤芯组成，所述第一多芯光纤(51)的端面上各个纤芯沿平行于x轴方向设置，所述第二多芯光纤(52)的端面上各个纤芯沿平行于y轴方向设置，所述第一多芯光纤(51)的端面与所述第二多芯光纤(52)的端面之间径向距离为s；所述第一多芯光纤(51)中位于中心位置的纤芯(511)用于向被测物体发射激光，所述被测物体散射激光从而产生第一激光散斑信号；所述第二多芯光纤(52)中位于中心位置的纤芯(521)用于向所述被测物体发射激光，所述被测物体散射激光从而产生第二激光散斑信号；所述第一多芯光纤(51)接收所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号，经由所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)以及所述第一环形器(31)引导至所述第一光电探测器(61)，并将光电转换所得的2个电信号输入至所述微处理器(7)进行被测物体x方向的速度v
x
以及被测物距离d的计算；所述第二多芯光纤(52)接收所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号，经由所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)以及所述第二环形器(32)引导至所述第二光电探测器(62)，并将光电转换所得的2个电信号输入至所述微处理器(7)进行被测物体y方向的速度v
y
以及二维速度v的计算。2.如权利要求1所述的基于多芯光纤阵列的速度与距离传感装置，其特征在于，所述激光器(1)射出的激光依次经过所述分光器(2)的第一输出端、所述第一环形器(31)的第一端、所述第一环形器(31)的第二端、所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)的第一端组中的第一环形器连接端、所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)的第二端组的中心连接端、所述第一多芯光纤(51)中位于中心位置的纤芯(511)后射出至所述被测物体；所述激光器(1)射出的激光依次经过所述分光器(2)的第二输出端、所述第二环形器(32)的第一端、所述第二环形器(32)的第二端、所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)的第一端组中的第二环形器连接端、所述第二多芯光纤扇入扇出器(42)的第二端组的中心连接端、所述第二多芯光纤(52)中位于中心位置的纤芯(521)后射出至所述被测物体；所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号由所述第一多芯光纤(51)接收后、经过所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)到达所述第一光电探测器(61)，其中，所述纤芯(511)接收的所述第一激光散斑信号和所述第二激光散斑信号依次经过所述第一多芯光纤扇入扇出器(41)、所述第一环形器(31)的第二端、所述第一环形器(31)的第三端、输入至所述第
一光电探测器(61)；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鑫，马占红，刘杏，李敏，李浩然，李佳婷，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：