基于ADAMS的高精度光纤张力传感器仿真设计*

罗 声，程志远，李维嘉，单福林

（1. 西安工程大学机电工程学院，陕西 西安 710048；2. 华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北 武汉 430074；3. 九江四元科技有限公司，江西 九江 332000）

引 言

在光纤绕制过程中，对张力的精确测量和高精度控制是保证光纤环品质的重要环节。光纤张力传感器是测量光纤内部张力的测量元件，属于动态张力测量范畴。纤细的光纤非常脆弱，绕制过程中的张力值仅有0.1～0.2 N。对于高性能的光纤环，要求绕制过程中的张力精度控制范围不超过0.002 N，这就要求张力传感器的测量精度不得低于0.001 N。同时，在绕制过程中，光纤的高频振颤也会给张力的测量带来干扰信号，这就给高精度、高敏感的光纤张力传感器的研制提出了非常高的要求[1]。针对现有的多采用应变式测量和位移传感器测量的光纤张力传感器[2]，本文提出了一种基于摆角测量的浮动式光纤张力的测量方法，利用ADAMS仿真平台构建了浮动式张力测量元件的动力学模型，开展了结构参数的优化匹配，确定了合适的设计参数。样机的试验结果达到了0.001 N的检测精度，并在光纤绕制机上得到了应用。

1 动态张力测量方式

常用的动态张力测量方式有2种：应变式张力测量方式和浮动式张力测量方式，如图1所示。采用应变片检测张力是一种直接测量张力的方式，通常需要应变片或压力传感器与导线轮组合，结构类型比较多样[3-4]。应变片式测量结构由2个对称布置的定滑轮负责导线，光纤的张力T与应变片测得的压力N和测力轮、导向轮之间的夹角θ存在着N= 2Tcosθ的关系式，可以认为θ在工作过程中保持不变，测出压力就可以得到张力。……