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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本发明公开了一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，包括有一组由3支相等结构相等参数光源光纤组成的光源光纤排列封装，两组由3支相等结构相等参数接收光纤组成的接收光纤排列封装，两组接收光纤封装壳上均紧固有与光源光纤封装连接的可滑动的连接杆，可通过旋动光源光纤封装壳上的量程调节旋钮，以调节两组接收光纤到光源光纤的半径距离，进而改变能检测径向位移的量程范围。

主权项：1.一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：包括探头外壳（7），探头外壳（7）内部设置有一个位置调节机构、一个光源光纤束（1）和两个接收光纤束（2），两个接收光纤束（2）设置在一个光源光纤束（1）的两侧，且接收光纤束（2）和光源光纤束（1）通过位置调节机构连接，位置调节机构能够调节接收光纤束（2）和光源光纤束（1）之间的距离；所述的光源光纤束（1）封装固定在光源光纤封装壳（9）内，接收光纤束（2）封装固定在接收光纤封装壳（8）内，光源光纤封装壳（9）与接收光纤封装壳（8）平行设置；所述的位置调节机构包括连接杆（4）和转动齿轮（3），两个接收光纤封装壳（8）与光源光纤封装壳（9）均通过一个连接杆（4）连接，连接杆（4）上设置有锯齿边，两个连接杆（4）之间设置有用于调节连接杆横向位移的转动齿轮（3），转动齿轮（3）与锯齿边啮合；所述的光源光纤封装壳（9）设置有两条滑动导轨（5），连接杆（4）设置在滑动导轨（5）；具体的变量程工作原理为：当滑动连杆滑动，将两组接收光纤束同步推移至远离光源光纤束，两组接收光纤束到光源光纤束的半径距离r增大时，线性段前移，小量程下对微小位移的精密检测；当滑动连杆滑动，将两组接收光纤束同步推移至靠近光源光纤束，r减小时，线性段后移，在较大量程下对微小位移的精密检测；所述的探头外壳（7）上设置有与转动齿轮（3）连接的调节旋钮（6）。

全文数据：一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头技术领域本发明涉及光学校准技术领域，特别涉及一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头。背景技术反射式光纤位移传感器自1978年始便被用于非接触测量中的微小位移检测，许多学者都对其在径向位移测量应用中的诸多特性进行了研究，从航空发动机叶尖间隙检测到滑动轴承等机械部件检测，反射式光纤位移传感器都获得了较为成熟的应用。然而，反射式光纤位移传感器由于及输出特性所限制，单一结构下的接收光纤束仅能在某一限定量程内获得较好的输入输出线性特性，也在某种程度上制约了反射式光纤位移传感器在微小位移非接触式测量中的应用。因此，需要寻求一种能够通过人工调节量程的倾角的反射式光纤位移传感器装置，以实现对很多不同量程范围及不同检测精度的径向位移检测需求。发明内容针对现有反射式光纤位移传感器线性检测量程固定的状况，本发明旨在通过一种可调节接收光纤到光源光纤半径距离以实现调节光纤传感器线性区间的功能，用于实现对很多不同量程范围及不同检测精度的径向位移检测需求。本发明采用了以下技术方案达到上述发明目的：一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，包括探头外壳，探头外壳内部设置有一个位置调节机构、一个光源光纤束和两个接收光纤束，两个接收光纤束设置在一个光源光纤束的两侧，且接收光纤束和光源光纤束通过位置调节机构连接，位置调节机构能够调节接收光纤束和光源光纤束之间的距离。所述的光源光纤束由多支相等结构相等参数的光源光纤排列封装组成，接收光纤束由多支相等结构相等参数接收光纤排列封装组成。所述的光源光纤束封装固定在光源光纤封装壳内，接收光纤束封装固定在接收光纤封装壳内。所述的位置调节机构包括连接杆和转动齿轮，两个接收光纤封装壳与光源光纤封装壳均通过一个连接杆连接，连接杆上设置有锯齿边，两个连接杆之间设置有用于调节连接杆横向位移的转动齿轮，转动齿轮与锯齿边啮合。所述的光源光纤封装壳设置有两条滑动导轨，连接杆设置在滑动导轨。所述的探头外壳上设置有与转动齿轮连接的调节旋钮。所述的探头外壳上设置有用于显示调节旋钮调节角度的刻度。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的传感探头包括有一组由3支相等结构相等参数光源光纤组成的光源光纤排列封装，两组由3支相等结构相等参数接收光纤组成的接收光纤排列封装，两组接收光纤封装壳上均紧固有与光源光纤封装连接的可滑动的连接杆，可通过旋动光源光纤封装壳上的量程调节旋钮，以调节两组接收光纤到光源光纤的半径距离，进而改变能检测径向位移的量程范围。附图说明图1为本发明的反射光强调制式光纤位移传感探头横截面；图2为本发明的反射光强调制式光纤位移传感探头工作原理图；图3为本发明的反射光强调制式光纤位移传感探头剖视图；图4为本发明的反射光强调制式光纤位移传感光源光纤封装壳旋钮示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。如图1至图4所示，本发明一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头内部，包括有一组由3支相等结构相等参数光源光纤组成的光源光纤束1排列封装，光源光纤束1封装固定在光源光纤封装壳9内，不可移动；探头内部另包括有两组由3支相等结构相等参数接收光纤组成的接收光纤束2排列封装，两组接收光纤束2对应的接收光纤封装壳8上均紧固有与光源光纤封装壳9连接的可滑动的连接杆4，由光源光纤封装壳9上的齿轮转动来带动连接杆上锯齿边移动，实现对可滑动的连接杆的拉伸推动。传感探头外部的调节旋钮与齿轮转动中心固定，使用者可通过调节旋钮至光源光纤封装壳所示的刻度，来将两组接收光纤束拉近或者远离接收光纤束，以实现对反射光强调制式光纤位移传感探头的量程范围缩小及扩大调节功能。参见图1为本发明的反射光强调制式光纤位移传感探头横截面；探头外壳7的整个内部空间内一共有3组光纤束，分别是：由3支相同制造参数光纤组成的光源光纤束1，由3支相同制造参数光纤组成的接收光纤束A2，以及接收光纤束B2，用来传到从光源部件的光信号并照射到待测物体表面；。接收光纤束A与接收光纤束B各自与光源光纤束1以可滑动的连接杆4连接。参见图2为本发明的可变量程反射光强调制式光纤位移传感探头工作原理图，在光源光纤向待测表面发射光信号后，被待测表面到传感器端面的距离h调制后的反射光信号由接收光纤束接收，再由后端光电调理电路进行光电转换与滤波放大得到两组接收光纤返回的光强信号，根据光强调制反射式光纤位移传感器通用原理，即可通过实验标定的“位移输入-光电输出”曲线求解计算得到待测物体表面到传感器端面的径向位移值h。而连接杆滑动后，可改变两组接收光纤束到光源光纤束的半径距离r，因此，也会改变整个传感器输出特性的线性段，使之前移或后移。具体的变量程工作原理为：1、当滑动连杆滑动，将两组接收光纤束同步推移至远离光源光纤束，也即r增大时，线性段前移，小量程下可实现对微小位移的精密检测；2、当滑动连杆滑动，将两组接收光纤束同步推移至靠近光源光纤束，也即r减小时，线性段后移，在较大量程下可实现对微小位移的精密检测。参见图3为本发明的反射光强调制式光纤位移传感探头剖视图及外壳旋钮示意图，其中光源光纤束1被固定在探头封装壳7内不可移动，而两组接收光纤束2可通过连接杆4与光源光纤束发生相对滑动，这些滑动是由安装在光源光纤束1上的转动齿轮3实现的。其中，接收光纤束与光源光纤束的连接杆4的一侧分别固定在两组接收光纤束2外壳上，而连接杆4另一侧则置于光源光纤束1上的两条滑动导轨5内用来约束连接杆只发生横向位移，并嵌入转动齿轮3的边缘，连接杆与齿轮接触的长边刻有与齿轮齿根大小匹配的锯齿边，可以使连接杆紧密嵌入齿轮上。当齿轮转动时，同步带动两个连接杆发生相同的位移，以改变两组接收光纤束到光源光纤束的半径距离r。在外壳上安装的调节旋钮6与光源光纤束上安装的齿轮轴直接相连，使用者可通过外壳上的刻度值，将调节旋钮旋转至期望的半径距离r处，进而获得与待测径向位移匹配的理想线性段输出量程。本发明的应用范围广泛，如非接触式微小位移的变量程测量研究工作；航空、航天、船舶发动机压气机和涡轮等微小间隙测量装置研发的优化设计。本发明可以扩展非接触微小位移光纤传感器的测量范围，为航空航天发动机领域等对非接触微小位移测量要求较多的应用场合提供一种有效的量程验证手段，使该类应用环境下的非接触测量光纤传感装置的研发过程具有能够验证量程的装置。若投放生产后将能应用于很多重要装备中非接触测量装置的研发前期优化设计阶段，大大缩短重要装备中微小位移非接触测量装置的研发周期，产生较大的经济效益。为非接触测量传感器提供了一种简便有效的量程扩展及验证手段；使恶劣环境下、以及航空航天重大装备结构中的非接触检测装置研发更加快捷。以上所述，仅是对本发明的举例说明。本发明所属的技术领域的技术人员可以对所描述的举例做各种修改或补充，只要不脱离本发明的精神本质，就属于本发明的权利要求书所限定的范围。尽管以上结合附图对本发明的具体实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明的权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

权利要求：1.一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：包括探头外壳7，探头外壳7内部设置有一个位置调节机构、一个光源光纤束1和两个接收光纤束2，两个接收光纤束2设置在一个光源光纤束1的两侧，且接收光纤束2和光源光纤束1通过位置调节机构连接，位置调节机构能够调节接收光纤束2和光源光纤束1之间的距离。2.根据权利要求1所述的一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：光源光纤束1由多支相等结构相等参数的光源光纤排列封装组成，接收光纤束2由多支相等结构相等参数接收光纤排列封装组成。3.根据权利要求1或2所述的一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：所述的光源光纤束1封装固定在光源光纤封装壳9内，接收光纤束2封装固定在接收光纤封装壳8内，光源光纤封装壳9与接收光纤封装壳8平行设置。4.根据权利要求3所述的一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：所述的位置调节机构包括连接杆4和转动齿轮3，两个接收光纤封装壳8与光源光纤封装壳9均通过一个连接杆4连接，连接杆4上设置有锯齿边，两个连接杆4之间设置有用于调节连接杆横向位移的转动齿轮3，转动齿轮3与锯齿边啮合。5.根据权利要求4所述的一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：所述的光源光纤封装壳9设置有两条滑动导轨5，连接杆4设置在滑动导轨5。6.根据权利要求4所述的一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：所述的探头外壳7上设置有与转动齿轮3连接的调节旋钮6。7.根据权利要求6所述的一种量程可调的反射光强调制式光纤位移传感探头，其特征在于：所述的探头外壳7上设置有用于显示调节旋钮6调节角度的刻度。

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