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基于反射式光纤的角度传感器

Angle Sensor Based on Reflective Optical Fiber
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摘要 为解决传统电子式角度传感器存在易受电磁干扰且在高电压设备上无法正常取电的问题,提出了一种基于反射式光纤的角度传感器。通过旋转轴带动齿轮转动,齿轮为齿条传动,使齿条上的反光镜在水平面上的位移发生变化。再用反射式光纤向反光镜发射激光束,由于反光镜与光纤探头在水平面上的位移会随着旋转角度变化,从而导致接收端光照强度不同。所以通过检测反射式光纤中反射回来的光线强度转换为对应的电压信号,进而转换为对应的旋转轴旋转角度。再利用多项式拟合算法对设计的传感器进行非线性拟合,得出旋转角度与输出电压之间的关系。利用曲线拟合法对传感器存在的非线性误差进行补偿。实验结果表明,经非线性补偿后,所设计的角度传感器的非线性误差从11.39%降低到1.34%,测量误差为0.97。 To address the issues of electromagnetic interference susceptibility and the inability to power conventional electronic angle sensors in high-voltage equipment,a reflective fiber optic angle sensor has been proposed.The sensor operates by rotating a shaft to drive a gear,which in turn actuates a rack mechanism.As the shaft rotates,the reflector on the rack moves horizontally,altering the position of the fiber optic probe.A laser beam is directed towards the reflector,and the intensity of the reflected light,which varies with the rotation angle,is detected through the fiber optic.This intensity is converted into a voltage signal,allowing the determination of the shaft′s rotation angle.The least squares method is used to linearly fit the sensor,establishing a mapping between rotation angle and output voltage.Curve fitting is employed to compensate for nonlinear errors.Experimental results show that after nonlinear compensation,the nonlinear error of the designed angle sensor is reduced from 11.39%to 1.34%,with a measurement error of 0.97.
作者 李鑫 顾庆传 万璞 刘音序 杨德升 张靖 Li Xin;Gu Qingchuan;Wan Pu;Liu Yinxu;Yang Desheng;Zhang Jing(School of Physics and Information Engineering,Zhaotong University,Zhaotong657000,Yunnan,China)
出处 《应用激光》 北大核心 2025年第5期177-186,共10页 Applied Laser
基金 教育部产学合作协同育人项目(220905695220746) 定向人才培养训练项目(20230111453)。
关键词 光纤角度传感器 多项式拟合算法 非线性拟合 非线性补偿 曲线拟合法 optical fiber angle sensor polynomial regression nonlinear fitting nonlinear compensation curve fitting method
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