專利名稱：一種繞制光纖環(huán)的裝置及其在線控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種繞制光纖環(huán)的裝置，以及利用該 裝置在繞制光纖環(huán)過程中的在線控制方法。
背景技術(shù)：
光纖陀螺誕生于1976年，是利用光纖傳感技術(shù)測量空間慣性轉(zhuǎn)動的一 種新型傳感器，目前已發(fā)展為慣性技術(shù)領(lǐng)域的重要儀表。它與通常使用的 機械陀螺相比，具有體積小，重量輕，不受電磁干擾，無機械傳動部分等 優(yōu)勢。光纖環(huán)是光纖陀螺儀的傳感核心，是光纖陀螺儀精度穩(wěn)定的關(guān)鍵技 術(shù)。如果繞制不當，光纖環(huán)的性能會下降許多，以至無法使用。如何繞制 成高質(zhì)量的光纖環(huán)，對光纖陀螺的性能和精度具有十分重要的意義。目 前，國內(nèi)光纖環(huán)的繞制大都采用人工繞制，將光纖初步繞制在預(yù)備環(huán)上， 再從預(yù)備環(huán)上繞制到待繞環(huán)上，形成光纖環(huán)。由于沒有實時監(jiān)測與自動控 制設(shè)備，造成繞制效率低，人為因素干擾大，質(zhì)量穩(wěn)定性差，無法保證其 繞制質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種繞制光纖環(huán)的裝 置，同時提供了利用該裝置在繞制光纖環(huán)過程中在線控制方法。利用該裝 置以及方法不僅可以解決光纖環(huán)在繞制過程中在線監(jiān)測問題，并且所制作 的光纖環(huán)平滑、工整，繞制過程更加精確、穩(wěn)定，從而提高整個陀螺系統(tǒng) 的精確性與穩(wěn)定性。
本發(fā)明包括底座、待繞環(huán)、預(yù)備環(huán)、滑輪、導(dǎo)軌、圖象采集裝置。 滑輪設(shè)置在滑輪座上，滑輪座與設(shè)置在底座上的導(dǎo)軌活動配合連接， 可以沿導(dǎo)軌直線運動。待繞環(huán)電機和預(yù)備環(huán)電機固定設(shè)置在底座上，并分 設(shè)在滑輪的兩邊；待繞環(huán)套置在待繞環(huán)電機的動力輸出軸上，預(yù)備環(huán)套置
4在預(yù)備環(huán)電機的動力輸出軸上。待繞環(huán)電機的動力輸出軸、預(yù)備環(huán)電機的
動力輸出軸、滑輪的轉(zhuǎn)軸以及導(dǎo)軌平行設(shè)置。支撐桿固定在底座上，并
罪
近待繞環(huán)電機設(shè)置，圖象采集裝置安裝在支撐桿上。圖象采集裝置包括鏡 頭和圖象處理單元，鏡頭聚焦于其正對的待繞環(huán)的圓周面上。圖象采集裝 置的圖象處理單元、待繞環(huán)電機、預(yù)備環(huán)電機以及滑輪座均與計算機連 接。
本發(fā)明中的計算機以及圖象采集裝置為成熟的現(xiàn)有設(shè)備。
該裝置的在線控制方法具體步驟是
步驟1.通過圖像采集裝置實時采集光纖在待繞環(huán)上繞制過程中光纖排 列的圖像；
歩驟2.對采集到的圖像利用最小二乘法方法進行曲線擬合，方法是 以待繞環(huán)軸向方向為X軸，以待繞環(huán)上已纏繞光纖的末端點在圓周上的切 線方向為Y軸，對待繞環(huán)上已經(jīng)繞制的最外層的光纖的柱面的軸向切線L 與光纖所在直線L2進行曲線擬合，得到直線L1: YpAA+B， L2: Y2=A2X2 +B2;其中Yi、 &為直線L的變量，Y2、 X2為直線U的變量，Ah Bi為直線 L的參量，A2、 B2為直線L2的參量；
步驟3.由已知直線L和L2的斜率計算L和L2的夾角0 ，
6 = arctan
-實際監(jiān)測角《=|90°-^;
、1+^1^2」
步驟4.當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&大于等于閥值監(jiān)測角5，且0>90。 時，停止待繞環(huán)電機和滑輪座的運動，然后反向移動滑輪座，直到實際監(jiān) 測角&小于閥值監(jiān)測角^，停止滑輪座的反向移動，啟動待繞環(huán)電機和滑輪 座，繼續(xù)正常纏繞；
當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&大于等于閥值監(jiān)測角^，且^90。時，停止待 繞環(huán)電機和滑輪座的運動，然后反向移動滑輪座，同時反向轉(zhuǎn)動預(yù)備環(huán)， 直到實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角S，停止滑輪座的反向移動和預(yù)備環(huán)的反 向轉(zhuǎn)動，啟動待繞環(huán)電機和滑輪座，繼續(xù)正常纏繞；
當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角5時，為正常纏繞。該在線控制方法通過圖象采集裝置采集光纖在待繞環(huán)上繞制過程中光 纖排列的圖像，并實時傳送給計算機，計算機控制待繞環(huán)電機、預(yù)備環(huán)電 機的轉(zhuǎn)動和方向以及滑輪座的運動，這些都屬于成熟技術(shù)。
本裝置在光纖環(huán)繞制過程中，邊監(jiān)測邊繞制，改變了以往人工繞制的 方法，大大減小由人為因素造成的誤差，不僅提高效率而且繞制的光纖環(huán) 光滑平整。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中滑輪、滑輪座、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為具體實施中待繞環(huán)上光纖位置示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1和2所示， 一種繞制光纖環(huán)的裝置包括底座1、待繞環(huán)7、預(yù)備 環(huán)14、滑輪ll、導(dǎo)軌4、圖象采集裝置。
滑輪11設(shè)置在滑輪座3上，滑輪座3與設(shè)置在底座1上的導(dǎo)軌4活動 配合連接，可以沿導(dǎo)軌4直線運動。待繞環(huán)電機6和預(yù)備環(huán)電機2固定設(shè) 置在底座1上，并分設(shè)在滑輪11的兩邊；待繞環(huán)7套置在待繞環(huán)電機6的 動力輸出軸5上，預(yù)備環(huán)14套置在預(yù)備環(huán)電機2的動力輸出軸15上。待 繞環(huán)電機6的動力輸出軸5、預(yù)備環(huán)電機2的動力輸出軸15、滑輪11的轉(zhuǎn) 軸以及導(dǎo)軌3平行設(shè)置。支撐桿8固定在底座1上，并靠近待繞環(huán)電機6 設(shè)置，圖象采集裝置安裝在支撐桿8上。圖象采集裝置包括鏡頭10和圖象 處理單元9，鏡頭10聚焦于其正對的待繞環(huán)7的圓周面上，可以實時采集 光纖12在待繞環(huán)7上繞制過程中光纖排列的圖像。圖象采集裝置的圖象處 理單元9、待繞環(huán)電機6、預(yù)備環(huán)電機2以及滑輪座3均與計算機13連 接，通過計算機13可以控制待繞環(huán)電機6、預(yù)備環(huán)電機2的轉(zhuǎn)速和方向， 以及滑輪座3的移動位置。
該裝置的在線控制方法具體步驟是
步驟1.通過圖像采集裝置實時采集光纖在待繞環(huán)上繞制過程中光纖排列的圖像；
步驟2.對采集到的圖像利用最小二乘法方法進行曲線擬合，方法是 以待繞環(huán)軸向方向為X軸，以待繞環(huán)上已纏繞光纖的末端點在圓周上的切
線方向為Y軸，對待繞環(huán)上已經(jīng)繞制的最外層的光纖的柱面的軸向切線L 與光纖所在直線U進行曲線擬合，得到直線L" Y^A^+Bi和L2: Y2=A2X2 +B2;其中Yi、 Xi為直線L的變量，Y2、 &為直線U的變量，Ai、 Bi為直線
L的參量，A2、 B2為直線L2的參量；
步驟3.由已知直線L禾B L2的斜率計算L和L2的夾角e ，
S = arctan
A —A ，令實際監(jiān)測角《=|90。-^|
l+爿l力2
步驟4.當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&大于等于閥值監(jiān)測角5，且^>90°時 (如圖3a)，停止待繞環(huán)電機和滑輪座的運動，然后反向移動滑輪座，直 到實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角^，停止滑輪座的反向移動，啟動待繞環(huán)電 機和滑輪座，繼續(xù)正常纏繞；
當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&大于等于閥值監(jiān)測角S，且0<90。時(如圖 3b)，停止待繞環(huán)電機和滑輪座的運動，然后反向移動滑輪座，同時反向 轉(zhuǎn)動預(yù)備環(huán)，直到實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角^，停止滑輪座的反向移動 和預(yù)備環(huán)的反向轉(zhuǎn)動，啟動待繞環(huán)電機和滑輪座，繼續(xù)正常纏繞；
當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角5時，為正常纏繞。
以下以250 //m光纖的繞制為例的說明本發(fā)明實際使用方法。
(a) 開機調(diào)整，使鏡頭10聚焦在待繞環(huán)7的圓周面上上，滑輪座3處于 初始位置。
(b) 在計算機13的電機控制系統(tǒng)中輸入待繞環(huán)電機6的動力輸出軸5的 轉(zhuǎn)速和方向、光纖12的直徑、待繞環(huán)7的直徑等參數(shù)，系統(tǒng)自動得出滑輪 座3的速度與預(yù)備環(huán)電機2動力輸出軸15的轉(zhuǎn)速。
(c) 如圖1所示，將待繞環(huán)7安裝在待繞環(huán)電機6的動力輸出軸5上， 將預(yù)備環(huán)14安裝在預(yù)備環(huán)電機2的動力輸出軸15上，預(yù)備環(huán)14的光纖頭 連在待繞環(huán)7的一端，滑輪11壓在待繞環(huán)7與預(yù)備環(huán)14之間的光纖12上。
(d) 重置滑輪11的位置，使滑輪11和待繞環(huán)7開始繞光纖的那一端處 于同一豎直平面上，設(shè)定滑輪座3的移動方向。
(e) 待繞環(huán)電機6與滑輪座3同時開啟，預(yù)備環(huán)14上的光纖開始往待繞 環(huán)7上纏繞。
(f) 等待繞完這一層后，待繞環(huán)電機6與滑輪座3停止運動，改變滑輪 座3的移動方向。
(g) 重復(fù)(e) (f)。
權(quán)利要求
1、一種繞制光纖環(huán)的裝置，包括底座、待繞環(huán)、預(yù)備環(huán)、滑輪、導(dǎo)軌、圖象采集裝置，其特征在于滑輪設(shè)置在滑輪座上，滑輪座與設(shè)置在底座上的導(dǎo)軌活動配合連接，待繞環(huán)電機和預(yù)備環(huán)電機固定設(shè)置在底座上，并分設(shè)在滑輪的兩邊，待繞環(huán)套置在待繞環(huán)電機的動力輸出軸上，預(yù)備環(huán)套置在預(yù)備環(huán)電機的動力輸出軸上，待繞環(huán)電機的動力輸出軸、預(yù)備環(huán)電機的動力輸出軸、滑輪的轉(zhuǎn)軸以及導(dǎo)軌平行設(shè)置；支撐桿固定在底座上，并靠近待繞環(huán)電機設(shè)置，圖象采集裝置安裝在支撐桿上；圖象采集裝置包括鏡頭和圖象處理單元，鏡頭聚焦于其正對的待繞環(huán)的圓周面上；圖象采集裝置的圖象處理單元、待繞環(huán)電機、預(yù)備環(huán)電機以及滑輪座均與計算機連接。
2、 繞制光纖環(huán)裝置的在線控制方法，其特征在于該方法的具體步驟是 步驟(l).通過圖像采集裝置實時采集光纖在待繞環(huán)上繞制過程中光纖排列的圖像；步驟(2).對采集到的圖像利用最小二乘法方法進行曲線擬合，方法是 以待繞環(huán)軸向方向為X軸，以待繞環(huán)上已纏繞光纖的末端點在圓周上的切線 方向為Y軸，對待繞環(huán)上已經(jīng)繞制的最外層的光纖的柱面的軸向切線L與光 纖所在直線U進行曲線擬合，得到直線L: Yx二AA+Bi禾nU: Y2=A2X2+B2; 其中Yi、 Xi為直線Li的變量，Y2、 X2為直線L2的變量，Ah Bi為直線L的參 量，A2、 B2為直線L2的參量；步驟(3).由己知直線L和L2的斜率計算L和L2的夾角6 ，<formula>formula see original document page 2</formula>步驟(4).當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&大于等于閥值監(jiān)測角5，且^>90°時， 停止待繞環(huán)電機和滑輪座的運動，然后反向移動滑輪座，直到實際監(jiān)測角& 小于閥值監(jiān)測角5，停止滑輪座的反向移動，啟動待繞環(huán)電機和滑輪座，繼續(xù)正常纏繞；當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&大于等于閥值監(jiān)測角^，且^<90。時，停止待 繞環(huán)電機和滑輪座的運動，然后反向移動滑輪座，同時反向轉(zhuǎn)動預(yù)備環(huán)，直 到實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角S ，停止滑輪座的反向移動和預(yù)備環(huán)的反向 轉(zhuǎn)動，啟動待繞環(huán)電機和滑輪座，繼續(xù)正常纏繞；當監(jiān)測到的實際監(jiān)測角&小于閥值監(jiān)測角5時，為正常纏繞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種繞制光纖環(huán)的裝置及其在線控制方法?，F(xiàn)有技術(shù)繞制效率低、穩(wěn)定性差。本發(fā)明裝置底座上設(shè)置有待繞環(huán)、導(dǎo)軌和預(yù)備環(huán)?；喛梢匝貙?dǎo)軌直線運動。圖像采集裝置的鏡頭聚焦于待繞環(huán)的圓周面上。圖像采集裝置的圖像處理單元、待繞環(huán)電機、預(yù)備環(huán)電機以及滑輪座均與計算機連接。具體線控制方法是通過圖像采集裝置實時采集光纖在待繞環(huán)上繞制過程中光纖排列的圖像；對采集到的圖像利用最小二乘法方法進行曲線擬合，計算實際監(jiān)測角；根據(jù)實際監(jiān)測角和閥值監(jiān)測角的比較，控制待繞環(huán)和預(yù)備環(huán)的轉(zhuǎn)動以及滑輪座的移動。本裝置在光纖環(huán)繞制過程中，邊監(jiān)測邊繞制，大大減小由人為因素造成的誤差，不僅提高效率而且繞制的光纖環(huán)光滑平整。
文檔編號G01C19/72GK101509773SQ20091009674
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者承 劉, 張曉鵬, 王冬云, 舒曉武 申請人:浙江大學