专利名称：一种基于强度检测的旋转角传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于强度检测的旋转角传感器。
背景技术：
旋转角在生产生活中是一个重要的基本物理参量。对旋转角的测量，在精密机械制作、光学镜头、航空航天监测等众多重要领域有广泛的应用。目前，旋转角测量最常用的是电转向装置。转向传送器将旋转信号传送给旋转角传感器，旋转角传感器再将信号提供给单片机，再由单片机得到旋转角。但是，这种传感器可靠性差，精度低，易受电磁波干扰，无法适用湿热等恶劣环境，且适用的温度范围很小，不适合在高温或低温下工作，因此限制了此类传感器的发展。可见，上述现有技术存在着种种弊病。近年来，FLM传感技术开始受人注意。这种新型传感技术的基本原理是基于两个反向传输的光波通过同一根光纤后发生干涉，通过检测波长的变化获知被测信号的大小。这种新型传感技术具有以下特点一是可靠性好，能够实现绝对测量；二是测量精度高，可以测量极微小的应变；三是抗电磁干扰，电绝缘。然而， 温度对FLM的干扰无法消除，因此影响了此类器件的应用。由于高双折射的光子晶体光纤(highly birefringent photonic crystal fiber, HiBi-PCF)只由一种物质构成，所以HiBi-PCF具有极高的温度稳定性，耐湿热，温度范围大，能在易燃易爆环境下工作。目前，基于HiBi-PCF-FLM的传感器已有较广泛的应用，然而，人们尚未能将高双折射的光子晶体光纤技术应用于对旋转角的测量。而将高双折射的光子晶体光纤技术应用于对旋转角的测量虽然能弥补现有技术的不足，但在目前来看还是一大难题。
发明内容本发明的目的是提出一种基于强度检测的旋转角传感器，这种传感器利用高双折射光子晶体光纤技术实现对旋转角的测量，弥补了现有技术的不足，同时具有极高的温度稳定性，测量精度高，耐湿热，温度范围大，能在易燃易爆环境下工作的优点。本发明解决技术问题所采取的技术方案为一种基于强度检测的旋转角传感器，包括DFB激光器、分光器、3-dB耦合器、偏振控制器、HiBi-PCF、FLM、光功率计、连接柱、旋转盘、固定基座和通孔。DFB激光器与分光器一侧的端口光纤连接，分光器的另一侧的二个端口分别与一个3-dB耦合器光纤连接，与分光器同侧的每个3-dB耦合器的另一个端口分别与一个光功率计光纤连接，每个3-dB耦合器的另一侧两个端口分别与一个偏振控制器的一端以及HiBi-PCF的一端光纤连接，每个偏振控制器的另一端与HiBi-PCF的另一端光纤连接。3-dB耦合器，偏振控制器和HiBi-PCF 构成FLM。连接柱的一端与固定基座固定连接，不能转动。连接柱的另一端与旋转盘旋转连接，使旋转盘可以绕连接柱旋转。固定基座的两侧分别设置一个通孔，两通孔的连线经过固定基座的圆心。旋转盘的外沿设置一个通孔并且使得通孔所经过的直径与固定基座上两通孔的连线垂直。另外，每一根HiBi-PCF光纤的二端分别固定于固定基座和旋转盘上的通孔中。本发明所具有的优点为可靠性好、测量精度高、不受电磁场影响、电绝缘、不受温度影响、不须校正刻度。DFB激光器及光功率计的使用，取代了价格昂贵的宽带光源及光谱仪，使成本大大降低。本发明结构简单，操作方便，成本低，大大增强了旋转角传感器的实用性。
附图示意了本发明的结构。1 :DFB激光器；2 分光器；3 :3_dB耦合器；4 偏振控制器；5 =HiBi-PCF ；6 =FLM ； 7 光功率计；8 连接柱；9 旋转盘；10 固定基座；11 通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步描述。如附图所示，一种基于强度检测的旋转角传感器，包括DFB激光器1、分光器2、 3-dB耦合器3、偏振控制器4、HiBi-PCF5、FLM6、光功率计7、连接柱8、旋转盘9、固定基座 10、通孔11。DFB激光器1与分光器2 —侧的端口光纤连接，分光器2的另一侧的二个端口分别与一个3-dB耦合器3光纤连接，与分光器2同侧的每个3-dB耦合器3的另一个端口分别与一个光功率计7光纤连接，每个3-dB耦合器3的另一侧两个端口分别与偏振控制器4 的一端以及HiBi-PCF5的一端光纤连接，每个偏振控制器4的另一端与HiBi-PCF5的另一端光纤连接。3-dB耦合器3，偏振控制器4和HiBi-PCF5构成FLM6。旋转盘9的直径与固定基座10的直径相等。连接柱8的一端与固定基座10固定连接，不能转动。连接柱8的另一端与旋转盘9旋转连接，使旋转盘9可以绕连接柱8旋转。固定基座10的两侧分别设置一个通孔11，且两通孔11的连线经过固定基座10的圆心。旋转盘9的外沿设置一个通孔11并且使得通孔11所经过的直径与固定基座10上两通孔11的连线垂直。另外，每一根HiBi-PCF5光纤的二端分别固定于固定基座10和旋转盘9上的通孔11中。本发明基于以下原理入射光为宽带光时，由3-dB耦合器3分为两个反向传输的光信号分别从的HiBi-PCF5两端入射，其中由偏振控制器4控制光信号的偏振态。两束光经过HiBi-PCF5后产生相位延迟δ，当它们重新入射3-dB耦合器3时发生相干，在FLM6透射谱上表现为梳状滤波的特性。当旋转盘9与固定基座10之间有相对旋转运动时，其中一根HiBi-PCF5光纤产生轴向拉伸形变，另一根HiBi-PCF5光纤则产生轴向压缩形变，形变引起的弹光效应和HiBi-PCF5的长度变化，改变了两束光的相位延迟δ，从而引起FLM6谐振波谷的移动。旋转方向可根据产生拉伸形变的一根HiBi-PCF5方向来确定。DFB激光器1 产生的DFB激光为一个窄带光，以DFB激光作为入射光，FLM6谐振波谷的移动可通过光功率计7检测DFB激光波长的光强度变化来反映。本发明的具体工作过程为以DFB激光作为入射光，HiBi_PCF5传感头的旋转角的变化引起经过FLM6谐振波谷的移动，从而DFB激光波长的光强度大小发生变化，使用光功率计7监测光强的变化实现对旋转角的检测。
权利要求1. 一种基于强度检测的旋转角传感器，其特征在于DFB激光器(1)与分光器(2) — 侧的端口光纤连接，分光器O)的另一侧二个端口分别与一个3-dB耦合器C3)光纤连接， 与分光器O)同侧的每个3-dB耦合器C3)的另一个端口与一个光功率计(7)光纤连接，每个3-dB耦合器(3)的另一侧两个端口分别与偏振控制器(4)的一端以及HiBi-PCF(5)的一端光纤连接，再把偏振控制器的另一端与HiBi-PCF(5)的另一端光纤连接；3-dB耦合器(3)、偏振控制器(4)和HiBi-PCF(5)构成FLM(6)；连接柱⑶的一端固定接于固定基座(10)，另一端与旋转盘(9)旋转连接，使得旋转盘(9)可以绕连接柱( 旋转；固定基座 (10)的两侧分别设置一个通孔(11)，两通孔(11)的连线经过固定基座(10)的圆心，旋转盘(9)的外沿设置一个通孔(11)，旋转盘(9)上通孔(11)经过的直径与固定基座(10)上两通孔(11)的连线垂直，每一根HiBi-PCF(5)的二端分别固定于固定基座(10)和旋转盘 (9)上的通孔(11)中。
专利摘要一种基于强度检测的旋转角传感器。DFB激光器(1)，分光器(2)，3-dB耦合器(3)和光功率计(7)光纤连接。3-dB耦合器(3)，偏振控制器(4)和HiBi-PCF(5)组成一个光纤回路。连接柱(8)的一端固接于固定基座(10)，另一端与旋转盘(9)旋转连接。HiBi-PCF(5)的二端分别固定于固定基座(10)和旋转盘(9)上。旋转盘(9)与固定基座(10)间有相对旋转运动时，一根HiBi-PCF(5)产生拉伸形变，另一根产生压缩形变。用光功率计(7)检测光强大小实现对旋转角的检测。本实用新型测量精度高，抗电磁干扰，不受温度影响，电绝缘，成本低，大大提高了旋转角传感器的实用性。
文档编号G01B11/26GK202024744SQ20112010096
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者刘星, 梁璇 申请人:刘星, 梁璇