[实用新型]一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器

说明书

技术领域

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

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。

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；

(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；

(3)被测钢球倾斜面缺陷影响检测结果；

(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

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。

本实用新型采用的技术方案如下：

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。

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。

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。

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。

所述的激光光源发射820纳米波长的红外光。

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。

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。

本实用新型所述的发射光纤与接收光纤均为多模光纤。

本实用新型的检测方法，如下：

步骤1.对装置进行矫正；

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：