一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型具体公开了一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，该传感器主要由激光光源，光纤束和光纤固定填充物以及壳体组成的传感器探头，光电转换器组成；所述激光光源发射820纳米波长的红外光；所述的光纤束由19根光纤组成，包括1根发射光纤束和18根接收光纤，所述的发射光纤和接收光纤束呈紧密排列，构成一个二维等六边形阵列，轴心是发射光纤，由轴心依次向外是十字正交接收光纤，由6根光纤组成，分四路进行光电转换，呈十字正交排列，比值处理接收光纤束两路分别单独光电转换。本实用新型的有益效果是：将光纤传感技术应用到钢球表面缺陷检测中，能进行多参数自动化无损检测和实时处理，结构简单，体积小，测量精度高。
【专利说明】一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种检测钢球表面缺陷的光纤传感器，尤其是能够实现一种传感 器多个缺陷参数的测量，属于精密测量领域。
【背景技术】
[0002] 根据机械行业标准《滚动轴承钢球表面缺陷图册及评定方法》，钢球表面缺陷划 分为斑点、麻点、擦痕、划条和凹坑等，包括粗糙度检测、缺陷数目检测和缺陷尺寸的测量， 缺陷尺寸包括缺陷长度尺寸、缺陷宽度尺寸以及缺陷深度尺寸，给钢球表面缺陷检测带来 诸多不便，目前用于钢球表面缺陷检测的传感器大多仅能检测一个参数；工厂里广泛采用 轮廓仪检查结合金相显微镜人工测量的方法，效率很低，对表面缺陷采用人工目检的传统 方法，误检率高，或者引进国外钢球表面缺陷自动检测仪，价格昂贵。检测效率的限制以及 国外核心技术的封锁导致国内钢球表面质量检测依靠按比例抽检，降低了钢球质量的可靠 性，这已经成为制约我国钢球业发展一个瓶颈。
[0003] 目前，在精密测量领域，一般传感器都是针对单一被测参数服务于专用仪器或装 置，只能实现单项参数的测量，用反射式光纤传感器对钢球表面缺陷进行检测，还存在以下 技术问题和不足：（1)钢球表面反射率的变化影响光学检测方法的性能；
[0004] (2)钢球球面的影响给传感器探头轴线与球心的安装定位带来不便；
[0005] (3)被测钢球倾斜面缺陷影响检测结果；
[0006] (4)钢球表面缺陷检测需要对多个参数进行评估。 实用新型内容
[0007] 针对传统的钢球表面缺陷检测方法存在的问题，克服已有技术的不足，根据粗糙 表面散射的理论以及双光束比较测量法以及反射式强度型光纤传感器工作特性，本实用新 型提出了一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，结构简单，体积小，测量精度高，能够 实现多参数无损检测。
[0008] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0009] 一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，包括传感器探头和光电转换器，所述 的传感器探头的光纤束由呈环状分布的19根光纤组成，其包括发射光纤和接收光纤束，所 述的发射光纤和接收光纤束呈二维等六边形排列，轴心是发射光纤，由轴心依次向外圈是 接收光纤，与发射光纤距离最近的6根接收光纤为十字正交接收光纤，其分为四路A1,A2, B1,B2分别各自与一个光电转换器相连，得到四路电信号；剩余12根接收光纤为比值处理接 收光纤，且排布在同一圆周的6根比值处理接收光纤耦合为一路与一个光电转换器相连， 得到两路信号C，D，传感器共输出六路电信号。
[0010] 所述的十字正交接收光纤为等六边形排列，任选正六边形一条对应顶点的对角线 作为Y轴，构建平面正交坐标系，与Y轴相交的两根光纤分别作为正半轴光纤与负半轴光 纤，各与一个光电转换器相连；剩余四根接收光纤分别排列在X轴两侧，X轴正、负半轴各有 两根光纤分别耦合为一路与一个光电转换器相连；最终形成了A1,A2,B1,B2四路信号；X轴 光纤与Y轴光纤构成十字正交排列，X轴信号强度为Y轴信号强度的两倍，通过两个轴的信 号强度区分两个参考轴。
[0011] 所述的比值处理接收光纤，是根据与轴心发射光纤距离不同区分的，比值处理接 收光纤有两路，每路各有六根光纤排列在同一半径大小的圆周上。
[0012] 所述的光纤束中的19根光纤紧密排列，构成二维的等六边形阵列。
[0013] 所述的激光光源发射820纳米波长的红外光。
[0014] 本实用新型中所述的接收光纤，十字正交接收光纤分四路输出，比值处理接收光 纤分两路输出。
[0015] 本实用新型所述的接收光纤每一路输出单独与一个光电转换器相连进行光电转 换，共有六路电信号输出。
[0016] 本实用新型所述的发射光纤与接收光纤均为多模光纤。
[0017] 本实用新型的检测方法，如下：
[0018] 步骤1.对装置进行矫正；
[0019] 利用十字正交接收光纤输出信号计算倾斜角度，在相互垂直的两个方向测量方程 定义为：
[0020]
【权利要求】
1. 一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：包括传感器探头和光电转 换器，所述的传感器探头的光纤束由呈环状分布的19根光纤组成，其包括发射光纤和接收 光纤束，所述的发射光纤和接收光纤束呈二维等六边形排列，轴心是发射光纤，由轴心依次 向外圈是接收光纤，与发射光纤距离最近的6根接收光纤为十字正交接收光纤，其分为四 路'^^為分别各自与一个光电转换器相连^导到四路电信号：剩余口根接收光纤为比 值处理接收光纤，且排布在同一圆周的6根比值处理接收光纤耦合为一路与一个光电转换 器相连，得到两路信号C，D，传感器共输出六路电信号。
2. 如权利要求1所述的检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的十 字正交接收光纤为等六边形排列，任选正六边形一条对应顶点的对角线作为Y轴，构建平 面正交坐标系，与Y轴相交的两根光纤分别作为正半轴光纤与负半轴光纤，各与一个光电 转换器相连；剩余四根接收光纤分别排列在X轴两侧，X轴正、负半轴各有两根光纤分别耦 合为一路与一个光电转换器相连，最终形成了 Ap A2, Bp B2四路电信号；且X轴光纤与Y轴 光纤构成十字正交排列，X轴信号强度为Y轴信号强度的两倍。
3. 如权利要求1所述的检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的传 感器探头还包括一个激光光源，其发射820纳米波长的红外光。
4. 如权利要求1所述的检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的发 射光纤与接收光纤均为多模光纤。
【文档编号】G01N21/95GK204255880SQ201420799741
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】李国平, 王成林, 艾长胜, 马玉真 申请人:济南大学