基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，所述装置包括一个由弹簧丝构成的弹簧型构件，相邻两圈弹簧丝中的上弹簧丝的下表面上的第一下变形齿与下弹簧丝上表面上的第一上变形齿交错对应，第一下变形齿与第一上变形齿之间夹有第一信号光纤，第一信号光纤通过传输光纤连接有测试单元，测试单元连接处理单元。本实用新型专利技术不仅可以确定待测物体的弯曲曲率，还可以确定待测物体的弯曲方向。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光纤传感
的测量装置，特别涉及一种基于光纤弯曲 损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置。
技术介绍
随着仿生物机器、智能机器人、虚拟手等智能机器的发展，对于该类机器的肢体关 节运动的监测是必不可少的，其中弯曲曲率和弯曲方向是非常关键的参数，目前的测量方 法有电学法、光学法以及传统的光纤法，前两者结构原理复杂，成本高，误差较大，且需要复 杂的电路、软件系统支持，实际应用推广比较困难，而现有的光纤法中比较典型的是光纤光 栅法，如中国专利申请号200510024425. 7、200710043767· 2和200780039102. 2的专利均是 采用该方法，虽比前两者有很大的进步，但其缺点也不少，如成本仍比较高，需要使用价格 较高的光纤光栅解调设备，特别是需要进行多点测量时成本显著增加；同时光纤光栅是一 种对温度和应力均非常敏感的传感元件，在使用中需增加额外的步骤来消除温度的影响， 进一步增加了整个系统的成本；另外是光纤光栅比较脆弱，对封装有较高的要求，既要保 证传感元件的敏感性，又要保证使用寿命是比较困难的，封装一般要占到传感元件成本的 30%至90%，这又加大了系统的成本，从而限制了该类装置及方法的使用范围。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤弯曲损耗 的弹簧型弯曲参量的测定装置。本技术不仅可以测定待测物体的弯曲曲率，并可以做 到能够同时测量弯曲的方向。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯 曲参量的测定装置，其特征在于包括两端固定于待测物体上的一个由弹簧丝构成的整体 呈螺旋状的多圈形弹簧型构件，在弹簧丝的上表面和下表面上沿弹簧丝纵向连续布设有多 个变形齿，相邻两圈弹簧丝中的上弹簧丝的下表面上的第一下变形齿与下弹簧丝上表面上 的第一上变形齿交错对应，第一下变形齿之间和第一上变形齿之间的齿距是均勻的，所述 第一下变形齿与第一上变形齿之间夹有第一信号光纤，所述第一信号光纤通过传输光纤连 接有测试单元，所述测试单元连接有处理单元。上述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，所述的构成弹簧型构件 的弹簧丝的上表面与下表面之间设置有弹性材料层。上述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，包括在弹簧丝表面上与 第一个信号光纤并排布设的第二信号光纤，以及连续布设在所述弹簧丝的第二组多个上弹 簧丝的下表面上的第二下变形齿和第二组多个下弹簧丝上表面上的第二上变形齿，所述第 二信号光纤夹持在第二下变形齿与第二上变形齿之间，所述第二下变形齿和第二上变形齿 沿着弹簧型构件每360度为一个周期，每个周期的起始点位于弹簧型构件的同一个方向， 并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的，所述第二个信号光纤通过传输光纤与测试单 元相连接。上述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于每个周期 之间没有交叉，每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于弹簧型构件同一个方向的 每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的。上述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，所述弹簧型构件通过光 开关与测试单元连接。本技术与现有技术相比具有以下优点本技术提供一种基于光纤弯曲损 耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，不仅可以测定待测物的弯曲曲率，并可以做到能够同时 测量弯曲的方向，使该弯曲参量测定装置具有广阔的使用范围。本专利技术所述装置结构简单、 设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，抗电磁干扰、成本低；又 由于本装置是基于光纤的损耗基础上测定，而损耗测试是光纤测试中所有干涉法、频率法 等其他类测试的基础，也是最成熟、最稳定、成本最低的技术，使本专利技术的装置在成本上具 有相当大的优势。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明 图1为本技术实施例1的结构示意图。 图2为图1中弹簧型构件的局部剖视结构示意图,图3为本技术实施例2的结构示意图。图4为本技术实施例3的结构示意图。 图5为本技术实施例4的结构示意图。图6为本技术实施例6的结构示意图。附图标记说明1-传输光纤；4-弹簧丝 ； 5-测试单元；6-第一信号光纤 ； 7-处理单元； 8-弹性材料层； 9-第二信号光纤 ； 10-待测物体； 11-弹簧丝上表面层； 12-弹簧丝上表面层 ； 20-显示单元； 25-弹簧型构件； 30-光开关 ； 4-1-第一下变形齿； 4-2-第一上变形齿； 4-3-第二下变形齿；4-4-第二上变形齿； 40-温度传感器；具体实施方式实施例1如图1、图2所示的一种基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，包括两 端固定于待测物体10上的一个由弹簧丝4构成的整体呈螺旋状的多圈形弹簧型构件25， 在弹簧丝4的上表面和下表面上沿弹簧丝4纵向连续布设有多个变形齿，相邻两圈弹簧丝 4中的上弹簧丝的下表面上的第一下变形齿4-1与下弹簧丝上表面上的第一上变形齿4-2 交错对应，并在第一下变形齿4-1与第一上变形齿4-2之间夹有第一信号光纤6，弹簧型构 件25的两端固定于待测物体10上，随着待测物体10弯曲曲率的变化使弹簧型构件25中有相邻的两圈弹簧丝4之间的距离改变，从而使这相邻的两圈弹簧丝4中的第一下变形齿 4-1与第一上变形齿4-2之间位置改变，从而使夹在两者变形齿间的第一信号光纤6的弯曲 曲率改变而导致第一信号光纤6中传输的光信号的功率变化，第一信号光纤6通过传输光 纤1与测试单元5连接，测试单元5后面接处理单元7。本实施例中，所述弹簧型构件25整体呈螺旋状并且两端固定在待测物体10上，并 且待测物体10的弯曲待测区域被包围在弹簧型构件25中，当待测物体10的弯曲曲率变化 时，弹簧型构件25两端的位置也改变，同时也就改变了沿弹簧丝4上下表面分布的多个第 一下变形齿4-1和多个第一上变形齿4-2之间的距离，从而就可以改变在第一下变形齿4-1 和第一上变形齿4-2间夹有的第一信号光纤6的弯曲半径，也即改变第一信号光纤6的弯 曲损耗系数，优选的做法是在初始状态或弹簧型构件25整体是直线的状态下，使第一信号 光纤6的弯曲曲率很小，其弯曲损耗值可以忽略，并且所有第一下变形齿4-1和所有第一上 变形齿4-2的齿高、第一下变形齿4-1之间以及第一上变形齿4-2之间的齿距、以及所有第 一下变形齿4-1和所有第一上变形齿4-2的接触光纤部分的弯曲曲率是相同的，这样整体 呈现螺旋状的弹簧型构件25在弯曲时，部分弹簧型构件25的放松区域的第一信号光纤6 的损耗不会变化而不用考虑，而弹簧型构件25的压紧区域才会由于改变第一信号光纤6的 弯曲曲率而出现光信号的衰减，随着待测物体10的曲率的变化，第一信号光纤6中传输的 光信号的损耗也变化，从而在测试单元5上探测出光信号的变化并将信号传递到处理单元 7，处理单元7根据事先的标定，不同的衰减损耗对应不同的弯曲曲率，从而就可以得到待 测物体10的弯曲曲率。基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定方法，包括以下步骤步骤一、包含在弹簧型构件25中的第一信号光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于：包括两端固定于待测物体（１０）上的一个由弹簧丝（４）构成的整体呈螺旋状的多圈形弹簧型构件（２５），在弹簧丝（４）的上表面和下表面上沿弹簧丝（４）纵向连续布设有多个变形齿，相邻两圈弹簧丝（４）中的上弹簧丝的下表面上的第一下变形齿（４－１）与下弹簧丝上表面上的第一上变形齿（４－２）交错对应，第一下变形齿（４－１）之间和第一上变形齿（４－２）之间的齿距是均匀的，所述第一下变形齿（４－１）与第一上变形齿（４－２）之间夹有第一信号光纤（６），所述第一信号光纤（６）通过传输光纤（１）连接有测试单元（５），所述测试单元（５）连接有处理单元（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜兵，
申请(专利权)人：西安金和光学科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：87