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微型集成共焦式光纖傳感器的制作方法

文檔序號:6014751閱讀:301來源:國知局
專利名稱:微型集成共焦式光纖傳感器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種微型集成共焦式光纖傳感器。
背景技術(shù)
近年來,高分辨率非接觸的光聚焦探測技術(shù)已成為高精度計量儀器的重要組成部分。其中,基于共焦原理的測量技術(shù)已經(jīng)引起國內(nèi)外眾多科研和工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注,利用了共焦顯微鏡獨特的軸向響應(yīng)特性,已開發(fā)出一些共焦探測技術(shù)。但是,這些探測技術(shù)都是基于顯微物鏡的,不利于探測端部的微型化,不能用于微型尺寸的探測。美國專利5991040中基于共焦原理測量物體表面形貌的測量裝置,光源的輸出、光信號耦合到被測物體上,均采用普通會聚透鏡,耦合效率低,測量效率低,而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,封裝難度大,穩(wěn)定性差。ZHANG Jie,TAN Jiubin.Reflective Optical SensingTechnique Based on a Confocal Principle[J].J.of Acta Photonica Sinica.,2001,30(11)1361-1365.(in Chinese)-文中從光纖傳感器微型化和高精度一體化的設(shè)計角度出發(fā),給出了一種基于共焦顯微成像原理,由X型光纖和自聚焦透鏡組成的光纖傳感器及其系統(tǒng)。該設(shè)計中激光器發(fā)出的光經(jīng)物鏡耦合進光纖中,耦合效率低,穩(wěn)定性差,而且不易封裝;光纖與透鏡之間的耦合也無固定裝置保證,使用不便,測量穩(wěn)定性和可靠性不能保證。
三、實用新型內(nèi)容本實用新型解決了背景技術(shù)中的共焦式光纖傳感器存在的耦合效率低、測量效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易封裝、穩(wěn)定性差且可靠性差的技術(shù)問題。
本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型包括光信號輸入裝置1、光耦合器3和計算機檢測系統(tǒng)11,其特殊之處在于所述光耦合器3的光纖9接有測頭裝置14,測頭裝置14包括單模光纖4和自聚焦透鏡6,光纖9通過單模光纖4與自聚焦透鏡6相接。
上述測頭裝置14還包括用于固定單模光纖4的毛細管5,所述單模光纖4插入到毛細管5中。
上述毛細管5和自聚焦透鏡6間通過玻璃管12固定。
上述單模光纖4插入毛細管5中的出射端部分用353ND膠15固定。
上述自聚焦透鏡6和毛細管5相對應(yīng)的兩端面為斜面,且相互平行。
上述斜面所成角度為8度。
上述自聚焦透鏡6兩端鍍有增透膜。
上述測頭裝置14還包括位移控制器13,所述位移控制器13與計算機檢測系統(tǒng)11相接。
上述光信號輸入裝置1為帶尾纖7的半導(dǎo)體激光器。
上述光耦合器3的分光比為50∶50或10∶90。
本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新型采用帶尾纖式半導(dǎo)體激光器輸入,其結(jié)構(gòu)簡單,輸入效率高且輸入功率穩(wěn)定。
2、本實用新型發(fā)送光信號的單模光纖與自聚焦透鏡耦合效率高,可以達到98%以上。
3、本實用新型采用毛細管固定光纖,與自聚焦透鏡一起封裝,使光纖和自聚焦透鏡之間的耦合效率高,并且可以增強系統(tǒng)穩(wěn)定性,使用方便,操作簡單。
4、本實用新型采用具有不同分光比的光耦合器輸入反射光信號,可以增加探測器對反射光的接收,便于對采集的光信號進行處理,使測量效果更好,且提高了探測器接收反射光信號的效率。
5、本實用新型采用自聚焦透鏡,其體積小,重量輕,成像質(zhì)量好,可以使系統(tǒng)達到測量精度高與體積微小型化的統(tǒng)一。
6、本實用新型采用位移控制器來移動測頭與被測物體之間的距離,可以自動調(diào)焦,便于測量靜態(tài)物體,準確度高。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本實用新型固定單模光纖的毛細管和自聚焦透鏡的封裝示意圖。
具體實施方式
參見圖1、2,本實用新型包括輸入光信號的光信號輸入裝置1,接收光信號的探測器2,光耦合器3,單模光纖4,毛細管5,自聚焦透鏡6,位移控制器13。其中,光信號輸入裝置1為帶尾纖7的半導(dǎo)體激光器,其輸入效率高,而且輸入功率穩(wěn)定,光信號進入單模光纖4后,與自聚焦透鏡6耦合,單模光纖4的出射端部分去除涂覆層約7mm,插入毛細管5內(nèi)孔里,毛細管5的內(nèi)孔里涂有353ND膠15,再經(jīng)過烘烤,用于固定單模光纖4的出射端部分,單模光纖4的出射端面磨成8度角斜面,并經(jīng)過研磨拋光處理,再鍍上增透膜,目的是增加透過率,提高回波損耗。單模光纖4與自聚焦透鏡6之間有一段距離,這樣單模光纖4的出射端相當(dāng)于共焦原理成像中的點光源。自聚焦透鏡6兩端鍍有增透膜,其一端是8度角斜面,與毛細管5的8度角斜面平行,這樣可以減少插入損耗,提高回波損耗。毛細管5和自聚焦透鏡6裝在玻璃管12里,在玻璃管12與毛細管4和自聚焦透鏡6的接觸處灌上353ND膠15,烘烤固定。位移控制器13與計算機檢測系統(tǒng)11相接。
本實用新型工作時,由半導(dǎo)體激光器從尾纖7輸入光信號,光信號經(jīng)過光耦合器3進入另一端光纖9,再進入與光纖9相連的單模光纖4,光信號在單模光纖4的出射端輸出,經(jīng)過自聚焦透鏡6,聚焦在物體表面。這樣,產(chǎn)生的反射光又經(jīng)過自聚焦透鏡6進入單模光纖4的出射端,這時單模光纖的出射端又取到點接收器的作用,反射光經(jīng)單模光纖4后,到達光耦合器3,經(jīng)過光耦合器的另一端光纖10,到達接收光信號的探測器2,與探測器2相連的計算機檢測系統(tǒng)11對接收到的反射光信號進行數(shù)據(jù)采集處理。當(dāng)位移控制器13移動測頭裝置14使物體位于透鏡焦平面時,反射光被精確地聚焦在光纖4的出射端上,焦點以外的光將全被針孔屏蔽,此時探測器2接收到的光能量最大;當(dāng)物體表面偏離焦平面時,反射光被聚焦于光纖4的出射端前面或后面的某個位置上,此時探測器2僅僅能接受到小部分光能量。這樣,當(dāng)探測器2接收到的光能量最大時,與計算機檢測系統(tǒng)11相連的位移控制器13會得到反饋信號,使其停止移動,這時計算機檢測系統(tǒng)11就會得到最好的檢測信息。
權(quán)利要求1.一種微型集成共焦式光纖傳感器,包括光信號輸入裝置(1)、光耦合器(3)和計算機檢測系統(tǒng)(11),其特征在于所述光耦合器(3)的光纖(9)接有測頭裝置(14),所述測頭裝置(14)包括單模光纖(4)和自聚焦透鏡(6),所述光纖(9)通過單模光纖(4)接自聚焦透鏡(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述測頭裝置(14)還包括用于固定單模光纖(4)的毛細管(5),所述單模光纖(4)插入到毛細管(5)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述毛細管(5)和自聚焦透鏡(6)間通過玻璃管(12)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述單模光纖(4)插入毛細管(5)中的出射端部分用353ND膠(15)固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述自聚焦透鏡(6)和毛細管(5)相對應(yīng)的兩端面為斜面,且相互平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述斜面所成角度為8度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述自聚焦透鏡(6)兩端鍍有增透膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述測頭裝置(14)還包括位移控制器(13),所述位移控制器(13)與計算機檢測系統(tǒng)(11)相接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述光信號輸入裝置(1)為帶尾纖(7)的半導(dǎo)體激光器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型集成共焦式光纖傳感器,其特征在于所述光耦合器(3)的分光比為50∶50或10∶90。
專利摘要本實用新型涉及一種微型集成共焦式光纖傳感器。其包括光信號輸入裝置1、光耦合器3和計算機檢測系統(tǒng)11,光耦合器3的光纖9接有測頭裝置14,測頭裝置14包括單模光纖4和自聚焦透鏡6,光纖9通過單模光纖4接自聚焦透鏡6。本實用新型解決了背景技術(shù)中的共焦式光纖傳感器存在的耦合效率低、測量效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易封裝、穩(wěn)定性差且可靠性差的技術(shù)問題。
文檔編號G01B11/02GK2769848SQ200420075590
公開日2006年4月5日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者張文松, 趙衛(wèi) 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
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