[发明专利]一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置

说明书

一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，该装置适用于精密仪器的微位移坐标定位、微型机器人关键构建坐标定位、光纤传感等领域。传感器件由多芯光纤传感模块和电路解调模块两部分组成；具体构成为：多芯光纤传感模块的激光源(6)的输出端接单芯光纤(3)的输入端，单芯光纤(3)的输出端接多芯光纤(4)的输入端，多芯光纤(4)与尾端单芯光纤(5)对齐分别固定在待测物体上，位移信号施加在尾端单芯光纤(5)上，反射光信号经过单芯光纤(2)传输，单芯光纤(2)的输出端接电路解调模块(1)。基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置能够精确检测待测目标的多维度空间坐标的变化情况，具有多维度微位移检测能力,具有多种优点。

技术领域

本发明涉及基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，该定位装置适用于精密仪器的微位移坐标定位、高铁轨道微位移坐标传感检测、微型机器人关键构建坐标定位、光纤传感等领域。

技术背景

随着我国经济的快速发展，工业领域对于精密仪器设备的需求越来越高。对于精密仪器的控制来说，不同维度位移坐标数据的精确感知对于不同类型精密仪器的性能来说至关重要，比如一些微机电结构中，往往需要安装传感器实现径向位移坐标的检测，保证各种转子的高效准确运行。而安装在微机电内部的传统的电学式位移坐标传感器不仅安装调试复杂、设备体积较大，而且系统的可靠性能较低，对于多维度的位移坐标检测很难实现。且在微型机器人的应用领域，机械臂的转动检测对于机器人正常高性能的服役至关重要，其中多维度的坐标定位数据的获取是十分重要的，传统的电学式的检测单元不仅抗干扰能力差，而且易磨损，容易导致检测单元的失效，从而影响微型机器人的正常功能。

另一方面，随着现代社会对便捷交通的需求增强，我国的高速铁路建设事业蓬勃发展，目前我国的高速铁路总里程已达2.2万公里，其中设计建设时速350公里的高速铁路已达到三分之一。但目前我国高速铁路组成系统复杂，基础设施在高速铁路长时间高效率的服役状态下，高速铁路系统容易产生病害，高铁轨道结构中微小的损伤和错位位移坐标是影响铁路安全运营的一个重要因素，很小的不良位移病害就可能对高速铁路产生巨大的安全隐患，世界各地也曾出现大量因检测不到位而出现的高铁轨道损毁事件，对经济和生命财产造成了巨大损失，因此人们对高铁轨道运行状态下的安全性、耐久性的评估重新认识，针对高铁轨道位移坐标情况的实时安全检测系统的构建更具有深远的意义。目前，针对高铁轨道位移坐标的检测方法主要依赖于电阻式、电容式等经典的电学位移坐标传感器，以及检测人员的现场施工监测，但这些检测方法存在一些无法回避的缺点，往往需要大量的人力物力，而且检测灵敏度低，且由于高铁轨道又具有列车牵引动力电源的回路的功能，这也造成了电类传感其的抗干扰能力较差，另外这些传统的探测结构随着使用时间的变长会老化得比较严重，磨损和雨水腐蚀等因素会使检测效果变差，无法长时间进行传感监测。而传感结构中的电阻应变片，会受到环境温度和湿度以及导线长度的影响，其精确度难以保障。中国专利201280064989.1公开的“铁轨的位移检测装置”，虽然能够检测到铁路轨道的位移，但是其检测装置复杂，需要设定基准位移点，重复率底下，抗干扰能力较差，无法实现多维度位移坐标的监测传感。中国专利201420129586.7公开的“一种高铁铁轨位移自动监测系统”，实现了高铁铁轨的位移检测，但其传感系统的构成主要是电类传感器模块，其电路组成复杂，抗干扰能力较差，无法实现长时间的轨道监测任务。

随着工业领域对于精密仪器的性能要求的提高和对高铁轨道检测精确度要求的提高，多维度位移坐标传感器性能的研究越来越重要，而传统的电类传感系统和单一维度的光学位移坐标传感系统将不再能满足这种高精度多维度位移坐标的检测要求。因此，需要一种新的多维度位移坐标传感系统，不仅能够为实现体积小性能高的传感性能要求，还能够是现高铁轨道上在特殊环境下进行实时长时间的监测，且能测量出多维度位移坐标的传感特征。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置。

本发明的技术方案：