【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感器，尤其涉及一种光纤研磨方法及研磨加工装置。
技术介绍
1、光纤压力传感器具有抗电磁干扰、耐高温耐腐蚀、复用能力强、体积小等优点，因此在诸多领域得到了应用。但在一些使用领域中，如地震监测、结构健康检测、医疗设备和水下目标探测等，对其压力灵敏度会有更高的要求。对于压力测量常用的光纤传感器是基于f-p腔的膜片式光纤压力传感器，通过其结构中对压力敏感的膜片实现对压力的测量。膜片式光纤压力传感器的压力灵敏度与膜片厚度的三次方成反比，故当f-p传感器的膜片越薄时，f-p传感器的压力灵敏度将会显著提高。
2、目前有许多不同的制造方法对f-p传感器的膜片进行减薄，以提高传感器的压力灵敏度。目前的主要加工方法包括飞秒激光加工，化学腐蚀法和研磨法。其中飞秒激光加工会对光纤本身造成一定损伤，传感器易在冲击波测量过程中造成损坏，且飞秒激光加工设备较为昂贵，使得传感器的制作成本较高。在化学腐蚀法中，由于纤芯的腐蚀速率要快于包层，因此在化学腐蚀过程中，膜片的中心会留下一个孔洞，中心的孔洞会导致膜片在过薄时发生穿孔的现象，导致膜片的厚度很难被腐蚀到一个比较小的范围，孔洞的存在也会使得f-p传感器的膜片表面质量下降，影响传感器使用性能，这对传感器的灵敏度提升十分不利。
3、使用研磨机对f-p传感器膜片进行研磨的方法能够克服飞秒激光加工法对光纤造成损伤、制作成本高的缺点，也能够克服化学腐蚀法腐蚀不均匀导致膜片表面质量下降这一缺点。
4、现有授权公告号为cn113334198b的专利技术专利，公开了一种基
5、如上述技术方案中，光纤在研磨过程中，会在连杆的带动下沿砂纸的径向进行移动，但光纤采用研磨加工方式，本身精度就偏低，辅以上述研磨动作后，会由于位移产生的晃动、连杆摆动的不可控性，进一步造成光纤研磨精度控制难度增大的问题，影响光纤的加工精度；
6、此外，其技术方案中是多根光纤同时研磨，然而在对光纤腔长厚度进行加工时，受于光纤装夹、形变等因素的影响，很难保证所有光纤同时达到研磨要求，这进一步的提高了研磨难度。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种可有效保证光纤研磨精度、加工便利的光纤研磨方法及研磨加工装置，以解决现有光纤研磨装置存在研磨精度低、难以保证所有光纤同时达到研磨精度的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种光纤研磨方法，包括以下步骤：
4、s11、设置三轴位移机构和研磨盘用于光纤的研磨工作，以上位机对三轴位移机构和研磨盘进行电性控制，
5、s12、在三轴位移机构上设置夹持组件，在夹持组件上安装光纤传感器，三轴位移机构带动光纤传感器移动，以靠近或远离研磨盘，
6、s13、在光纤传感器靠近研磨盘时，确定初始研磨点位，通过研磨盘对光纤传感器的端部进行研磨；
7、其中，在研磨过程中，以宽带光源、光学环形器和光谱仪组成解调系统，以检测光纤光谱信息并转化为电信号，电信号传输给上位机，上位机通过解调算法对研磨厚度实时监测，并与三轴位移机构和研磨盘通过硬件模块建立通讯，之后根据研磨厚度检测信息控制三轴位移机构和研磨盘的动作。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，研磨厚度通过峰值数目进行计算，其步骤为：
9、设置光纤传感器，将传感器膜片视为固体腔，三个反射面形成了两个f-p腔，入射光在3个反射面间发生不同程度的反射与透射，最终反射光相互叠加干涉，形成光谱，三个反射面依次记作m1、m2和m3，其干涉后形成的反射光的强度表示为：
10、
11、式中：为输出光强度；、、分别为反射面m1、m2和m3处的反射率；为输出波长；，为f-p固体腔和f-p空芯腔的介质的折射率；、分别为f-p固体腔和f-p空芯腔的腔长；为圆周率；为余弦函数；
12、其中f-p固体腔的干涉信号为：
13、
14、式中，、分别为反射面m1和m2处的反射率；为f-p固体腔的介质的折射率；为f-p固体腔的腔长；为圆周率；为余弦函数；为输出波长；
15、在考虑半波损失的情况下，初相位为，当相位差时，干涉相消可得研磨过程中f-p固体腔的腔长减少表达式为：
16、
17、式中，为干涉级次，即f-p传感器在研磨过程中产生的实际包络数目；为f-p固体腔的介质的折射率，；为输出波长；为f-p固体腔的腔长减少量；为圆周率；
18、通过腔长减少量对研磨厚度实时监测。
19、在以上技术方案的基础上，优选的，初始研磨点位，通过f-p空芯腔受压后的腔长变化进行确定，其步骤为：
20、根据杨氏模量的定义：
21、
22、式中，e是杨氏模量；f是施加的压力；s是有效受力横截面的面积；l是f-p空芯腔的长度；δl是f-p空芯腔腔长的改变量；这个方程可以变换为：
23、
24、式中，e是杨氏模量；f是施加的压力；s是有效受力横截面的面积；l是f-p空芯腔的长度；δl是f-p空芯腔腔长的改变量；
25、当研磨盘所受压力发生变化时，光纤传感器f-p空芯腔的腔长也会发生变化，当光纤传感器的结构参数确定之后，公式中的e、s、l为确定的值，f-p空芯腔腔长的变化量与光纤所受的压力成正比；
26、根据上述的光纤f-p传感器干涉理论公式，当传感器膜片接触研磨盘，在光纤传感器的端部受压后，f-p空芯腔腔长发生变化，光谱波形向右漂移，通过光谱波形某一波峰的漂移量得到此时光纤传感器端部所受到的压力值，当光纤f-p传感器达到预设压力值时，作为光纤传感器的研磨初始点。
27、在以上技术方案的基础上，优选的，在研磨厚度实时监测步骤中，通过解调算法处理信号，其步骤为：
28、s21、对双f-p干涉信号进行快速傅里叶变换得到两个主峰，滤波器分离后得到f-p空芯腔幅频特性和f-p固体腔幅频特性，对f-p固体腔幅频特性进行傅里叶逆变换得到f-p固体腔干涉光谱信号，对f-p空芯腔幅频特性进行傅里叶逆变换得到f-p空芯腔干涉光谱信号；
29、s22、通过寻峰算法找到某一波峰所对应的波长值，通过上述的f-p空芯腔受压后的腔长变化的理论公式，则可利用光谱波形该波峰的漂移量得到此时光纤传感器端部所受到的压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光纤研磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的光纤研磨方法，其特征在于，所述研磨厚度通过峰值数目进行计算，其步骤为：
3.如权利要求2所述的光纤研磨方法，其特征在于，所述初始研磨点位，通过F-P空芯腔受压后的腔长变化进行确定，其步骤为：
4.如权利要求3所述的光纤研磨方法，其特征在于，在研磨厚度实时监测步骤中，通过解调算法处理信号，其步骤为：
5.一种研磨加工装置，应用于如权利要求1~4任意一项所述的光纤研磨方法，其特征在于：包括三轴位移机构（1）、研磨盘（2）、模块机架（3）、夹持组件（4）和调节锁止件（5），其中，
6.如权利要求5所述的研磨加工装置，其特征在于：所述模块机架（3）包括筒体（31）、隔板（32）、套筒（33）和盖板（34），其中，
7.如权利要求6所述的研磨加工装置，其特征在于：所述夹持组件（4）包括固定座（41）、内管（42）、螺栓（43）、底夹（44）、插芯（45）和顶夹（46），其中，
8.如权利要求7所述的研磨加工装置，其特征在于：所述底夹（4
9.如权利要求7所述的研磨加工装置，其特征在于：所述顶夹（46）包括夹座（461）、夹板（462）、第一弹簧（463）、第一夹辊（464）、第二夹辊（465）和旋转件（466），其中，
10.如权利要求6所述的研磨加工装置，其特征在于：所述调节锁止件（5）包括第二弹簧（51）、转轴（52）、压盖（53）、拨杆（54）、舵机（55）、限位杆（56）和限位块（57），其中，
...【技术特征摘要】
1.一种光纤研磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的光纤研磨方法，其特征在于，所述研磨厚度通过峰值数目进行计算，其步骤为：
3.如权利要求2所述的光纤研磨方法，其特征在于，所述初始研磨点位，通过f-p空芯腔受压后的腔长变化进行确定，其步骤为：
4.如权利要求3所述的光纤研磨方法，其特征在于，在研磨厚度实时监测步骤中，通过解调算法处理信号，其步骤为：
5.一种研磨加工装置，应用于如权利要求1~4任意一项所述的光纤研磨方法，其特征在于：包括三轴位移机构（1）、研磨盘（2）、模块机架（3）、夹持组件（4）和调节锁止件（5），其中，
6.如权利要求5所述的研磨加工装置，其特征在于：所述模块机架（3）包括筒体（31）、隔板（32）、套筒（33）和盖板（34），其中，
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【专利技术属性】
技术研发人员：李天梁，韩高煜，杜海莹，张健，黄涛，李奥辉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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