本发明属于电控设备技术领域，具体涉及一种大范围光纤弯曲可调控装置。
背景技术：
光纤传感器因为体积小，重量轻，抗电磁干扰等优点，受到越来越多学者的重视。其中光纤光栅通过在小范围的曲率的改变来检测应力的；大范围的曲率应用中，光纤光栅可以黏贴在胃镜上来检测胃镜的形状，实现光纤形状的三维重建；光纤传感器在大范围弯曲角度的传感应用还有数据手套，无论是多模增敏型强度解调型光纤传感器，还是基于布拉格光纤光栅波长解调型光纤传感器的数据手套，弯曲半径和弯曲角度都在大范围变化。角度范围变化超过90度，曲率半径最小到达2-3cm。
在原来的检测技术中，对于小的曲率的变化，一般选择把光纤贴于柔性铁片上，两端使用位移平台固定来测量，在测量的时候，随着位移平台的变动会造成非传感光纤的位置变动，引入其他误差。小的曲率范围测量一般选用标准圆柱体的方法，缺点是，弯曲角度不可控，而且测量的点数有限，每次变动都会改变传感光纤的形态，引入其他误差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种大范围光纤弯曲可调控装置。实现弯曲半径大范围调整，弯曲角度从0-180度变化。
与此同时，保持非传感区段在调节过程中不会受到其他因素的干扰，保证传感区段与非传感区段一直相切，传感区为圆弧，避免其他的非传感的损耗。
为了达到上述目的，设计了传感区呈现圆弧状，实时保证非传感区与传感区始终相切的控制方案，改变光纤旋转固定板的旋转角度，来改变传感区域的弯曲半径和弯曲角度。通过调节移动平台y和移动平台x实现对光纤旋转固定板的位置调节，保证了传感区间和非传感区间可以实时相切,弯曲区段是一个圆弧。
本发明所采用的技术方案是，
一种大范围光纤弯曲可调控装置，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元，其特征在于，所述旋转位移单元，包括x丝杠滑台、y丝杠滑台、步进电机x、步进电机y、步进电机z、移动平台y、移动平台x和光纤旋转固定板(8)；其中，x丝杠滑台通过移动平台y固定于y丝杠滑台上，由步进电机y控制其在y丝杠滑台上沿竖直方向运动；步进电机z通过移动平台x固定于x丝杠滑台上，由步进电机x控制其在x丝杠滑台上沿水平方向运动；光纤旋转固定板(8)设置于步进电机z上，用于控制光纤的旋转角度；通过光纤固定单元固定的光纤中段部分，与置于光纤旋转固定板上的光纤前段部分保持共面；光纤一端与光源连接，另一端与光谱仪或者光功率计连接；装置通过控制单元控制各步进电机的运动，进而调节光纤弯曲程度。
进一步地，上述光纤旋转固定板上的光纤前段部分设置微位移调节单元，沿光纤长度方向进行微量调节。
进一步地，上述微位移调节单元固定于光纤旋转固定板上，微位移调节单元的移动端与光源连接。
进一步地，上述微位移调节单元为螺旋测微器。其中螺旋测微器活动范围5-30mm。
进一步地，上述光纤固定单元包括光纤夹a、光纤夹b和定位板；光纤中段部分分别通过光纤夹a固定于光纤旋转固定板(8)上和通过光纤夹b固定于定位板上。
进一步地，上述丝杠滑台的行程精度为0.1mm，步进电机z的精度为0.18度步距角。
进一步地，上述控制单元包括步进电机控制板和命令发送端，通过计算光纤弯曲的角度和长度，控制步进电机精准调节。
本发明的有益效果为：
(1)弯曲角度0-180的控制。
(2)实现弯曲半径从0到l/π的曲率的控制。
(3)自动操作过程中，弯曲段呈现圆弧状，始终保持弯曲段和非弯曲段也就是传感段和非传感段之间始终相切，避免了非相切导致弯曲而引入的弯曲损耗。
(4)在弯曲过程中，非传感段始终保持紧绷，不会发生晃动、弯曲即不会发生其他的形变，使实验结果不会引入其余的干扰，避免引入其他误差。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为光纤初始状态图；
图3光纤弯曲曲率与弯曲角度几何关系图；
图1中：1x丝杠滑台；2y丝杠滑台；3步进电机x；4步进电机y；5步进电机z；6移动平台y；7移动平台x；8光纤旋转固定板；9步进电机联轴器；10螺旋测微器；11led光源；12光纤；13定位板；14光纤夹b；15光谱仪或者光功率计；16步进电机控制板；17电脑命令发送端；18光纤夹a。
图2中，光纤为初始状态，a代表光纤与光源的固定端；b代表旋转节点；线段ab段代表光源获取直线段，长度为d1，是一个相对固定值；c固定节点；线段bc段为光纤弯曲段，长度为l；d代表光纤与法兰的连接末端；线段cd表示光纤固定直线段；光纤为初始状态，a,b,c,d在同一条直线上，且是水平直线；
图3中，at是在t时刻设定弯曲半径r或弯曲角度后，a在t时刻的位置；bt是t时刻b的位置；dx是移动平台x和初值状态相比移动的距离；dy是移动平台y和初始状态相比移动的距离。
具体实施方式
本发明装置的使用方法为：首先xy滑动平台初始到系统零点，步进电机z回到初始零点，此时光纤分为前段、中段、后段，即光源获取直线段、弯曲段、固定直线段。初始位置可以使光纤的三段成一条直线，而且是一条水平直线，此时步进电机z的中心点与光纤定位板上的光纤夹a的右侧边沿的距离为d1。测得弯曲段的长度l，l为光纤夹a右侧边沿与光纤夹左侧边沿b之间光纤的长度，通过电脑的pc端输入l，这个时候的状态为初始状态。步进电机z的步距角为0.18度，所以，可以进行弯曲角度为0-180度，步长为0.18的1000组数据的测量。
设定弯曲角度，可以求出弯曲半径r＝l/θ其中r为弯曲半径，θ表示弯曲角度(弧度制表示)。那么可以得出和初始状态相比，y轴的偏移为dy,其中y丝杠以向下移动为正方向。x轴的偏移dx，其中x丝杠以向右移动为正值。求取公式如公式(1)所示
xy丝杠滑台先移动x轴，再移动y轴，之后步进电机z转动相应的角度可以控制弯曲角度的改变。在弯曲角度改变的同时，弯曲半径也是在不断改变。如果想控制曲率时，那么可以根据l＝rθ,计算出θ，dx,dy,通过(1)求解，可以选择自动调节，也可以选择半自动调节。自动调节，电脑命令发送端输入r或者θ，自动计算dy,dx,使y丝杠和x丝杠进行相应的位移。
半自动调节，可在固定弯曲角度下，对曲率半径进行微调，可以先打开光纤夹a，调节螺旋测微器，推动led光源运动距离为d，规定向前推进为正值，向后推进为负值，那么新的l值等于原来的l值加上d。闭合光纤夹a。改变弯曲段长度，把新的l值输入电脑命令发送端，根据公式(1)，算出新的dx,dy,串口软件传入步进电机控制板，xy位移平台在原来位移的基础上，进行较小修正。从而对弯曲半径进行控制。
实施例
装置如图1所示，一种大范围光纤弯曲可调控装置，包括旋转位移单元、控制单元和光纤固定单元，其特征在于，所述旋转位移单元，包括x丝杠滑台1、y丝杠滑台2、步进电机x3、步进电机y4、步进电机z5、移动平台y6、移动平台x7和光纤旋转固定板8；其中，x丝杠滑台1通过移动平台y6固定于y丝杠滑台2上，由步进电机y4控制其在y丝杠滑台2上沿竖直方向运动；步进电机z5通过移动平台x7固定于x丝杠滑台1上，由步进电机x3控制其在x丝杠滑台1上沿水平方向运动；光纤旋转固定板8设置于步进电机z5上，用于控制光纤的旋转角度；所述光纤固定单元包括光纤夹a18、光纤夹b14和定位板13；光纤中段部分分别通过光纤夹a18固定于光纤旋转固定板8上和通过光纤夹b14固定于定位板13上。光纤一端与led光源连接，另一端与光谱仪或者光功率计连接；螺旋测微器固定于光纤旋转固定板上，螺旋测微器的移动端与光源连接；装置通过控制单元控制各步进电机的运动，进而调节光纤弯曲程度。
首先确定弯曲段l的长度，在电脑命令发送端输入l，输入弯曲角度θ，可以算出dx，dy，将dx，dy，θ发送到步进电机控制板，布置在x丝杠滑台上的步进电机x会旋转使安装于x丝杠的移动平台x进行dx的位移，布置在y丝杠滑台上的步进电机会旋转使安装在y丝杠滑台的移动平台y进行dy的位移，安装于滑台x的步进电机z会旋转θ角度，确保弯曲段是一段圆弧，且其余两段非传感光纤会与圆弧相切。dx,dy的求解公式可以从公式(1)得出。如果想弯曲角度从0-180变化，直接输入角度值即可。实现自动控制弯曲角度。如果想弯曲半径r从0到l/π，输入r即可。
半自动实现曲率微调调，首先固定一个光纤弯曲角度，通过螺旋测微器，使d1的距离减小或者增大δd，从而改变弯曲传感段的长度l增大或减小δd，这时，需要在电脑命令发送端输入新的l，然后重复前面的上述步骤，实现曲率的手动可调。曲率半径的计算公式：
当然，如果角度从0-180变化，曲率会呈现指数型的缩减。从而实现曲率大范围自动可调。