技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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
[0005] 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。
[0006] 本发明的技术方案：
[0007] 一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，其技术特征在于，这种新型的多维度空间坐标定位装置利用了多芯光纤
芯子在多芯光纤端面上的分布的特殊性，其所形成的光场也具有特殊性，经过尾端光纤的反射会形成特殊的反射光束，而尾端光纤在不同维度上发生微位移时，在多芯光纤中所形成的干涉模式是有很大区别的，利用这种不同维度微位移坐标
光谱响应的差异性，可以实现目标物体的多维度位移坐标的传感测量。
[0008] 一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，其技术特征在于，定位装置由多芯光纤传感模块和电路解调模块两部分组成。多芯光纤传感模块由多芯光纤和单芯光纤组成，来自单芯光纤的光经过多芯光纤传输后，在多芯光纤与尾端反射单芯光纤的端面之间形成干涉，不同维度的位移
信号施加在尾端的反射单芯光纤上，反射回多芯光纤中的光经过光束耦合进入到单芯光纤中，并由单芯光纤进行传输。在电路解调模块中，单芯光纤的输出端接入到光电探测器的输入端，光电探测器的输出端接
信号处理模块的输入端，在信号处理模块中，经过解调
算法，解调出位移坐标信号，并由显示模块显示输出。
[0009] 基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，其技术特征在于，把传感器的不同模块分别铺设在待测环境的不同
位置，多芯光纤传感模块固定在待测物体的表面，固定封装，封装的技术特征在于可利用金属封装，也可以利用耐高温胶水封装；电路解调模块可以铺设在光纤传感模块附近，也可以通过使用长距离的单模光纤进行
光信号的传输，把电路解调模块铺设在远端，实现远程位移坐标传感和监控。当待测物产生微位移信号时，光电探测器会检测到光信号的变化，经过电路解调模块的解调，可以实时显示不同维度方向上的位移坐标量。
[0010] 本发明的有益效果：基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置能够精确及时检测待测目标的多维度微位移情况，基于多芯光纤的感知技术，具有多维度微位移的分辨能力，多芯光纤纤芯固定在同一光纤包层中，具有很高的抗干扰能力，探测
稳定性高，且传感器的重量轻、体积小、功耗低、灵敏度高、抗腐蚀、抗
电磁干扰、自动化程度高等优点。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。
附图说明
[0011] 图1基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置结构示意图。
具体实施方式
[0012] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0013]
实施例一，见图1，一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，该定位装置由多芯光纤传感模块和电路解调模块两部分组成，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。
[0014] 首先将传感器的不同模块分别铺设在待测环境的不同区域，多芯光纤传感模块固定在待测物体的表面，采用金属固定封装；电路解调模块铺设在光纤传感模块附近，所用较短传输单芯光纤，实现实时的位移传感监控。当待测目标物产生微位移信号时，光电探测器会检测到光信号的变化，通过高性能的电路解调模块的解调，可以实时显示不同维度方向上的位移坐标数据。
[0015] 本实施例所述的光源为LED光源，多芯光纤长度为4cm,多芯光纤包层直径为125μm，纤芯数量为2个纤芯，传输单芯光纤为1m。
[0016] 实施例二，见图1，一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，该定位装置由多芯光纤传感模块和电路解调模块两部分组成，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。
[0017] 首先将传感器的不同模块分别铺设在待测环境的不同区域，多芯光纤传感模块固定在待测物体的表面，采用高温胶水固定封装；电路解调模块铺设距离光纤传感模块较远，所用长距离的传输单芯光纤，实现实时、远程的位移传感监控。当待测目标物产生微位移信号时，光电探测器会检测到光信号的变化，通过高性能的电路解调模块的解调，可以实时显示待测目标不同维度方向上的位移坐标数据。
[0018] 本实施例所述的光源为超宽带光源，多芯光纤长度为8cm,多芯光纤包层直径为145μm，纤芯数量为3个纤芯，传输单芯光纤为100m。
[0019] 实施例三，见图1，一种基于多芯光纤的三维空间坐标定位装置，该定位装置由多芯光纤传感模块和电路解调模块两部分组成，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。
[0020] 首先将传感器的不同模块分别铺设在待测环境的不同区域，多芯光纤传感模块固定在待测物体的表面，采用
焊接固定封装；电路解调模块铺设距离光纤传感模块较远，所用长距离的传输单芯光纤，实现实时、远程的位移传感监控。当待测目标物产生微位移信号时，光电探测器会检测到光信号的变化，通过高性能的电路解调模块的解调，可以实时显示待测目标不同维度方向上的位移坐标数据。
[0021] 本实施例所述的光源为超宽带光源，多芯光纤长度为2cm,多芯光纤包层直径为125μm，纤芯数量为7个纤芯，传输单芯光纤为200m。
[0022] 本发明的光源可以使用C、L、O、E波段的多
波长光源，多芯光纤长度和纤芯数量可以根据实际适用情形选取，所使用的器件均为市售器件。上述内容仅是对本发明较佳实施例的详细说明，而本发明的保护范围并不限于上述内容，本领域的技术人员可以根据本发明的思想，对本发明进行各种
变形和修饰，这些应属于本发明的保护范围。
