专利名称：全光纤传感探头绕制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全光纤传感探头绕制装置，尤其适用于光纤水听器产品的探头绕制。
背景技术：
目前，对于全光纤传感产品，人们更多的是通过调整探头结构参数、光纤长度和增敏材料等来获得更高的探测精度，而通过改善光纤传感探头绕制装置的方式重视不够。目前国内光纤探头的绕制基本上是采用手动绕制装置，而手动绕制过程中光纤张力容易受外界扰动发生剧烈突变，同时绕制速度不平稳，排纤精度过低，经常出现光纤打扭、断裂现象。而光纤传感探头探测精度对绕制光纤的状态、松紧非常敏感。光纤绕制的均匀、张力恒定，可以提高光纤传感探头的精度和可靠性。另外，光纤传感探头工程化的瓶颈不仅在于光纤探头的绕制张力控制和绕制速度，而且还在于光纤绕制过程中的光纤状态控制。光纤传感探头绕制必须要经过光纤张力预控制、光线状态控制和光纤排纤绕制三步进行。并且，为了使光纤紧密粘固在增敏材料上，还必须将光学胶均匀涂覆在光纤上。因此，光纤传感探头的光纤绕制的状态恒定也成为光纤传感探头工程化的必须要求。综上所述，设计一种光纤传感探头绕制器装置来进行光纤传感探头的绕制是光纤传感工程化过程中重要的环节。其目的在于可以迅速、大量并且优质的进行光纤传感探头的绕制。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种全光纤传感探头绕制装置，该全光纤传感探头绕制装置能实现光纤张力恒定。实用新型的技术解决方案如下:—种全光纤传感探头绕制装置，包括张力控制系统和排线绕制系统；所述的张力控制系统包括设置在支块(37)上的预备环支架(I)、张力控制电机
(2)、导纤轮(3)、舞蹈轮(4)、张力传感器(5)、第一调整轮(6)、第二调整轮(7)和引导滑轮
(8)；张力控制电机(2)驱动预备环支架(I)旋转，光纤从预备环支架(I)导出，经过舞蹈轮(4)、第一调整轮(6)、第二调整轮(7)和引导滑轮(8)导出并传送至排线绕制系统中绕制；张力传感器(5)的输入端设有第一联动杆(38)，舞蹈轮(4)设置在第一联动杆(38)上；所述的张力控制系统还包括微处理器、第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机；第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机的输出轴分别连有第二联动杆(3g)和第三联动杆(40);所述的第一调整轮(6)和第二调整轮(7)分别设置在第二联动杆(39)和第三联动杆(3)上；张力传感器(5)的输出端与微处理器相连；张力控制电机(2)、第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机均受控于所述的微处理器；微处理器依据张力传感器(5)输出的实时张力值控制第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机以分别改变第一调整轮(6)和第二调整轮(7)的位置形成闭环控制以使得张力保持恒定。如果张力过大，则使得第一调整轮和第二调整轮相对方向靠近，以减小张力，否则，如果张力过小，则使得第一调整轮和第二调整轮向着相反方向远离，以增大张力，最终使得张力处于动态平衡，具体控制方法为现有技术，如采用典型的PID控制器实现等。排线绕制系统包括排线底板平台(28)、绕线平台(22)、绕线电机(24)、主轴(25)、平移电机(18)和工作环架(23)；在排线底板平台(28)内设有丝杆机构(26)，绕线平台(22)设置在排线底板平台
(28)上的导轨(27)上；平移电机(18)驱动所述的丝杆机构(26)进而带动绕线平台(22)沿导轨(27)滑动；绕线电机(24)和主轴(25)均设置在绕线平台(22)上；工作环架(23)套装在主轴(25)上；绕线电机(24)驱动主轴(25)旋转，工作环架(23)随主轴(25)同步旋转；绕线电机(24)和平移电机(18)均受控于微处理器。
在张力控制系统与排线绕制系统之间设置有胶水涂覆控制系统；胶水涂覆控制系统包括喷嘴(20)、胶水回收装置(19)和用于根据光纤绕制速度值控制喷嘴喷出的胶水流量的流量控制电路，流量控制电路与微处理器连接通过光纤绕制速度值控制流量为现有成熟技术。在张力控制系统与排线绕制系统之间设置有光纤状态调整系统；所述的光纤状态调整系统包括旋转盘(9)、旋转装置支架(10)、旋转轴(11)、旋转电机(12)、观测平台(41)、排线柱(13)、CCD摄像头(15)、观察窗口(16)、光源(17)和状态调整控制器；旋转电机(12)、旋转轴(11)和旋转盘(9)均设置在旋转装置支架10上，旋转电机
(12)通过齿轮驱动旋转轴(11)，旋转轴(11)通过连接器与旋转盘(9)相连；观察窗口(16)和2个排线柱(13)均设在观测平台(41)的横梁上，且观察窗口
(16)位于2个排线柱(13)之间；光纤经过观察窗口 (16)和2个排线柱(13)，光源(17)和CCD摄像头(15)分别设置在观察窗口(16)的下方和上方；CXD摄像头(15)输出图像信息到状态调整控制器，状态调整控制器发出控制信号给旋转电机(12)以驱动旋转盘(9)使得光纤旋转，实现光纤扭转补偿。全光纤传感探头绕制方法为:通过所述使得张力控制系统使得光纤绕制时保持张力恒定；通过所述的光纤状态调整系统实现光纤扭转补偿，通过排线绕制系统实现光纤绕制。保持张力恒定的方法为，如果张力过大，则使得第一调整轮和第二调整轮相对方向靠近，以减小张力，否则，如果张力过小，则使得第一调整轮和第二调整轮相反方向远离，以增大张力，最终使得张力保持恒定。CXD摄像头(15)通过监测到的光纤的光强分布值，即可以确定光纤中的一对猫眼
(33)两点成线与水平线所成的夹角，该夹角即为旋转角，状态调整控制器驱动旋转电机动作，旋转电机带动旋转轴、旋转盘及支块(37)同步旋转，带动光纤旋转，使得光纤反方向扭转补偿旋转角(35)的变化量，即实现光纤状态保持恒定。有益效果:本实用新型的全光纤传感探头绕制装置，其特点在于，在张力控制系统至精密排线绕制系统之间设置光纤状态调整系统和光纤胶水涂覆控制系统。通过电脑终端人机界面输入目标绕制长度、光纤张力、绕制速度、排线间隔等预设值，光纤从预备环支架导出到光纤张力控制系统，经过电脑预设张力后，产生控制信号发送至张力控制电路上，张力控制电机快速响应调整信号使光纤放纤张力保持恒定，恒定张力的光纤从引导滑轮导出。张力控制系统至精密排线绕制系统之间的光纤运动状态利用CCD摄像机监控，计算机采集光纤旋转一周的光强分布值进行图像处理，由处理和控制软件驱动旋转装置实现光纤绕制光纤状态保持不偏转。精密排线绕制系统根据设置的绕制参数来控制，利用平移电机调整放置工作环架的平台，使得从张力控制系统出来的光纤与工作环架的边缘正好在同一垂直位置。并且通过摄像机将光纤排布的图像监控，调节绕线电机的速度和平移电机移动步进，使光纤排布均匀。光纤通过光纤胶水涂覆控制系统，光纤表面自动涂覆一层均匀胶水。该光纤传感探头绕制装置绕制除绕制张力恒定和精密排线外，还有操作简单，生产一致性高，可靠性闻等优点。本实用新型的优点:光纤从预备环支架导出到光纤张力控制系统，经过微处理器(或电脑)预设张力后，产生控制信号发送至反馈控制电路上，张力控制电机快速响应调整信号使光纤放纤张力保持恒定。光纤运动状态利用CXD摄像机监控，计算机采集光纤旋转一周的光强分布值进行图像处理，由处理和控制软件驱动旋转装置实现光纤绕制光纤状态保持不偏转。精密排线绕制系统根据设置的绕制参数来控制，利用平移电机调整放置工作环架的绕线平台，使得从张力控制系统出来的光纤与工作环架的边缘正好在同一垂直位置。并且通过摄像机将光纤排布的图像监控，调节绕线电机的速度和平移电机移动步进，使光纤排布均匀。
图1为全光纤传感探头绕制装置的总体结构示意图；图2为光纤状态调整结构示意图；标号说明:1预备环支架、2张力控制电机、3导纤轮、4舞蹈轮、5张力传感器、6第一调整轮、7第二调整轮、8引导滑轮、9旋转盘、10旋转装置支架、11旋转轴、12旋转电机、13排线柱、14观察窗口调整装置、15CXD摄像头、16观察窗口、17光源、18平移电机、19胶水回收装置、20高压喷嘴装置、21监控摄像机、22绕线平台、23工作环架、24绕线电机、25主轴、26丝杆机构、27导轨、28排线底板平台、29光强分布值、31透镜、32观测面、33猫眼、34纤芯、35旋转角、37-支块，38-第一联动杆，39-第二联动杆，40-第三联动杆，41-观测平台。
具体实施方式
[0036]以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明:实施例1:如图1为全光纤传感探头绕制装置的结构示意图。图示具体实例中，全光纤传感探头绕制装置结构包括张力控制系统、精密排线绕制系统、光纤状态调整系统和光纤胶水涂覆控制系统等部分。具体功能介绍如下:(I)、张力控制系统张力控制系统包含张力传感器2及放大电路、张力控制电机2、舞蹈轮4、预备环支架1、引导滑轮5、调整轮6和调整轮7、A\D采样和反馈控制电路部分。绕纤过程中，光纤从预备环支架导出，经过舞蹈轮、张力传感器、调整轮、引导滑轮8，最后光纤从引导滑轮导出。光纤上的张力值恒定时，舞蹈轮主要受本身的重力、与绕纤方向相同的主轴电机的拉力、与光纤方向相同或相反的张力控制电机的拉力和光纤上自身的张力的共同作用，而始终保持位置不变。如果光纤上的张力值变化时，光纤会使舞蹈轮的位置发生改变，舞蹈轮通过支撑杆带动张力传感器的轴转动，使张力传感器的张力值发生改变，反馈控制电路检测到张力传感器的张力变化，将张力变化量转换为电压变化值，通过AD采样电路转化为数字信号，传送到反馈控制电路并通过PID处理，经PID处理后产生的控制信号，输给转动调节位置的调整轮6和调整轮7，改变调整轮的位置，使舞蹈轮返回到原始位置，恢复光纤张力恒定值。(2)、精密排线绕制系统精密排线绕制系统包含排线底板平台28、绕线平台22、绕线电机24、平移电机18、工作环架23、摄像机21和绕制控制电路系统。在排线底板平台内设有丝杆机构26，丝杆机构的两侧设有导轨27，丝杆的一端通过联轴器与平移电机相连，绕线平台与导轨、丝杆相连，在绕线平台上设有绕线电机，绕线电机通过主轴25与工作环架23相连接。工作时，将被绕纤探头即光纤放置在工作环架内，绕线电机带动主轴和工作环架同步旋转。平移电机根据平移值带动丝轩转动，使绕线平台在导轨上相对于光纤方向向光纤的两侧均匀移动，并且通过摄像机监控光纤排列位置，然后由上位机产生控制信号，调节绕线电机的绕制速度和平移电机移动步进，使光纤排布均匀。利用平移电机调节绕线平台的位置，使得从张力控制系统的引导滑轮导出的光纤与工作环架的边缘保持在同一垂直位置。在电脑的人机交换界面上设定绕环参数后，启动整个系统，绕线电机开始转动，将从引导滑轮输出的光纤重复的绕制在探头上，平移电机同时带动绕线平台移动，移动的速度和距离均根据设置的绕环参数来控制。当探头绕制到最大设定圈数时，平移电机移动方向改变运动，工作环上的光纤的排布方向相应的改变，开始另一层的绕制。(3)、光纤状态调整系统光纤状态调整系统包含光源17、旋转装置、CXD摄像头15、状态调整控制器。如图1所示，在旋转装置支架10上设有旋转电机12、旋转轴11和旋转盘9，旋转电机通过齿轮与旋转轴相连，旋转轴的一端通过连接器与旋转盘相连。[0048]如图1、2所示，光源发出平行光照向光纤侧面，并使光透过光纤在C⑶摄像头上放大成像。由于保偏光纤内部折射率的不同，透过纤芯和包层的光会呈现明暗不同的光强分布，通过图像采集卡采集光纤旋转一周的光强分布值，由状态调整控制器把光强分布值转换成控制信号，驱动旋转电机带动旋转轴和旋转盘同步转动，实现光纤扭转补偿，保证光纤在轴向的角度位置恒定。光纤水听器探头绕制过程中，保偏光纤通常会扭转，使得光纤中的传播常数发生较大变化。因此需要对光纤扭转进行补偿，抑制光纤的扭转。CCD摄像头摄取光纤绕制中的扭转情况，把图像信号送至状态调整控制器，由状态调整控制器处理计算正在绕制的光纤扭转角度和预设角度之间的偏差，产生控制信号，驱动旋转装置旋转光纤，使光纤恢复正确的角度位置。旋转盘9通过连接器与支块37相连，CXD摄像头15通过监测到的光纤的光强分布值，即可以确定光纤中的一对猫眼33两点成线与水平线所成的夹角(即旋转角35)，状态调整控制器(集成有微处理单元)根据CXD摄像头15监控的状态，将调整信号输送给旋转电机，旋转电机带动旋转轴、旋转盘及支块37同步旋转，带动光纤旋转(实际上光纤旋转角度较小，一般在10度以内)，使得光纤扭转补偿旋转角35的变化量，即实现光纤状态保持恒定，即光纤位置无偏转。(4)、光纤胶水涂覆控制系统光纤胶水涂覆控制系统包含喷嘴20、胶水回收装置lg、流量控制电路。采用三个微型高压喷嘴均匀布置在光纤的四周，利用高压胶水产生的喷雾状态，使胶水均匀附着在光纤表面，通过电脑预设绕制速度值发送至流量控制电路，控制喷嘴的喷涂流量。喷涂过多的胶水流到胶水收集箱中，通过胶水泵将胶水输送到胶水箱中重复使用。实现胶水自动喷涂，使胶水均匀涂覆在光纤表面上，充分利用胶水。本实用新型采用光纤胶水涂覆控制系统，可根据不同的绕制速度，可实现多种胶水自动喷涂，使胶水涂覆均匀。本实用新型通过人机界面输入目标参数，即可在无人工参与情况下完成定长绕制并自动停车，可实现光纤传感探头绕制的自动化。该绕环装置可绕制Φ0.1 Φ0.3_光纤，可排线距离为0.1 100mm,可控拉力为O IN,绕线速度为0.lm/s lm/s。可实现绕纤和涂胶同步完成，并实现精密排线、应力分布更均匀，快速绕制。
权利要求1.一种全光纤传感探头绕制装置，其特征在于，包括张力控制系统和排线绕制系统；所述的张力控制系统包括设置在支块(37)上的预备环支架(I)、张力控制电机(2)、导纤轮(3)、舞蹈轮(4)、张力传感器(5)、第一调整轮￠)、第二调整轮(7)和引导滑轮(8)；张力控制电机(2)驱动预备环支架(I)旋转，光纤从预备环支架(I)导出，经过舞蹈轮(4)、第一调整轮(6)、第二调整轮(7)和引导滑轮(8)导出并传送至排线绕制系统中绕制；张力传感器(5)的输入端设有第一联动杆(38)，舞蹈轮(4)设置在第一联动杆(38)上； 所述的张力控制系统还包括微处理器、第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机；第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机的输出轴分别连有第二联动杆(39)和第三联动杆(40);所述的第一调整轮(6)和第二调整轮(7)分别设置在第二联动杆(39)和第三联动杆⑶上； 张力传感器(5)的输出端与微处理器相连；张力控制电机(2)、第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机均受控于所述的微处理器；微处理器依据张力传感器(5)输出的实时张力值控制第一调整轮驱动电机和第二调整轮驱动电机以分别改变第一调整轮(6)和第二调整轮(7)的位置形成闭环控制以使得张力保持恒定。
2.根据权利要求1所述的全光纤传感探头绕制装置，其特征在于，排线绕制系统包括排线底板平台(28)、绕线平台(22)、绕线电机(24)、主轴(25)、平移电机(18)和工作环架(23)； 在排线底板平台(28)内设有丝杆机构(26)，绕线平台(22)设置在排线底板平台(28)上的导轨(27)上；平移电机(18)驱动所述的丝杆机构(26)进而带动绕线平台(22)沿导轨(27)滑动；绕线电机(24)和主轴(25)均设置在绕线平台(22)上；工作环架(23)套装在主轴(25)上；绕线电机(24)驱动主轴(25)旋转，工作环架(23)随主轴(25)同步旋转； 绕线电机(24)和平移电机(18)均受控于微处理器。
3.根据权利要求1所述的全光纤传感探头绕制装置，其特征在于，在张力控制系统与排线绕制系统之间设置有胶水涂覆控制系统； 胶水涂覆控制系统包括喷嘴(20)、胶水回收装置(19)和用于根据光纤绕制速度值控制喷嘴喷出的胶水流量的流量控制电路，流量控制电路与微处理器连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的全光纤传感探头绕制装置，其特征在于，在张力控制系统与排线绕制系统之间设置有光纤状态调整系统； 所述的光纤状态调整系统包括旋转盘(9)、旋转装置支架(10)、旋转轴(11)、旋转电机(12)、观测平台(41)、排线柱(13)、CCD摄像头(15)、观察窗口(16)、光源(17)和状态调整控制器； 旋转电机(12)、旋转轴(11)和旋转盘(9)均设置在旋转装置支架10上，旋转电机(12)通过齿轮驱动旋转轴(11)，旋转轴(11)通过连接器与旋转盘(9)相连； 观察窗口(16)和2个排线柱(13)均设在观测平台(41)的横梁上，且观察窗口(16)位于2个排线柱(13)之间；光纤经过观察窗口(16)和2个排线柱(13)，光源(17)和CXD摄像头(15)分别设置在观察窗口(16)的下方和上方；CXD摄像头(15)输出图像信息到状态调整控制器，状态调整控制器发出控制信号给旋转电机(12)以驱动旋转盘(9)使 得光纤旋转，实现光纤扭转补偿。
专利摘要本实用新型公开了一种全光纤传感探头绕制装置，包括张力控制系统、胶水涂覆控制系统、光纤状态调整系统和排线绕制系统；所述的张力控制系统包括设置在支块(37)上的预备环支架(1)、张力控制电机(2)、导纤轮(3)、舞蹈轮(4)、张力传感器(5)、第一调整轮(6)、第二调整轮(7)和引导滑轮(8)；采用该光纤传感探头绕制装置绕制光纤时，除绕制张力恒定和精密排线外，还有操作简单，生产一致性高，可靠性高等优点。
文档编号G05B19/18GK203070044SQ201220710809
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者袁湘文, 翁泽平, 李友如, 黄德翼, 陶令, 龙真, 胡艳红, 向继方, 石滔, 孟庆鑫, 赵琢, 徐栋, 王永, 蒋思思, 李强, 胡雄凯, 吴聪 申请人:长城信息产业股份有限公司, 长沙湘计海盾科技有限公司, 湖南海盾光纤传感技术工程实验室有限公司