專利名稱：光纖位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖位移傳感器件。
現(xiàn)有的光纖位移傳感器用得最多的是反射式光強(qiáng)調(diào)制型。主要由光源、光纖傳輸系統(tǒng)和光電接收器所組成。其結(jié)構(gòu)形式可分為三大類，但主要差別乃是光纖傳輸系統(tǒng)有所不同。
第一類光纖傳輸系統(tǒng)為單根光纖與一個(gè)Y型光纖耦合器聯(lián)接。光源發(fā)射光經(jīng)過耦合器的輸入端(Y型頭部的一個(gè)分岔)進(jìn)入光纖，由光纖出射后射向物體，物體反射光也由該光纖接收反向傳輸?shù)今詈掀?，由耦合器輸出?Y型頭部的另一個(gè)分岔)傳輸?shù)焦怆娊邮掌鳌?br> 第二類光纖傳輸系統(tǒng)是去掉上述第一類中的Y型耦合器，而直接由傳輸光源發(fā)射光的光纖(單根或多根，以下簡稱發(fā)射光纖)和傳輸物體反射光的光纖(單根或多根，以下簡稱信號光纖)按照一定規(guī)律排列，組合成Y型光纜，Y型光纜的兩個(gè)分支，一個(gè)是發(fā)射光纖，與光源耦合;另一個(gè)是信號光纖，與光電接收器耦合，Y型光纜的主干(豎部)是二者合成的光纜。目前該主干部分已有多種排列形式;常見的有雙光纖排列型，即一根發(fā)射光纖與一根信號光纖并在一起;同軸排列型，即一根發(fā)射光纖位于中心，多根信號光纖圓對稱地排列在發(fā)射光纖周圍;雙半圓排列型，即發(fā)射光纖與接收光纖分別排列成半圓柱型，兩個(gè)半圓柱疊合成一個(gè)圓柱型;隨機(jī)排列型，即發(fā)射光纖與信號光纖隨機(jī)排列組合成一個(gè)圓柱。這類位移傳感器中，光源的光由發(fā)射光纖傳輸?shù)轿矬w，物體的反射光由信號光纖直接收集并傳輸至光電接收器，光電接收器輸出信號的變化則反映出物體相對于光纖端面的距離變化。
第一類和第二類光纖位移傳感器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是可測的物體位移量不大，光纖端面離開物體表面距離較小。
第三類是在前述兩類光纖傳感器的光纖端面與物體之間加入一個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)，例如專利號為U.S.3940608的美國專利，就是加入一個(gè)大孔徑的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。此類傳感器可測量較遠(yuǎn)距離、較大位移的物體。但因加入聚焦光學(xué)系統(tǒng)，使位移與接收到的反射光能量變化的對應(yīng)關(guān)系和第一、二類相比，有較大變化。
上述三類傳感器有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即光源輸出光能量的波動(dòng)、反射物體表面反射率變化及外界干擾將造成較大的測量誤差。
本發(fā)明的目的是為了克服上述三類傳感器的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)出一種能有效消除光源波動(dòng)和物體表面反射率變化所造成的測量誤差的新型光纖位移傳感器。此傳感器又可大大減小外界干擾的影響。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用單光源、雙光路和雙探頭的光纖系統(tǒng)。具體方案是由光源1、光纖傳輸系統(tǒng)2、聚焦光學(xué)系統(tǒng)3、光電接收器4與5和信號處理系統(tǒng)6組成光纖位移傳感器。其中，光源1發(fā)出的光進(jìn)入光纖傳輸系統(tǒng)2，該系統(tǒng)是由一段發(fā)射光纖A經(jīng)Y型光纖耦合器B分成兩路發(fā)射光纖A1、A2，在這兩路發(fā)射光纖的出射端分別加入傳輸被測物體反射光的信號光纖C1、C2，構(gòu)成兩個(gè)探頭，這兩個(gè)探頭均為發(fā)射光纖在中心，信號光纖圓對稱地圍繞在四周的同軸型排列，并把它們固定在一個(gè)帶有8字形內(nèi)孔的圓筒內(nèi)。安裝時(shí)，仔細(xì)調(diào)整兩個(gè)探頭的位置，使兩個(gè)端面平行，而且前后相距一定的距離△和橫向距離d。其中，距離△由傳感器的動(dòng)態(tài)范圍決定，而距離d由光纖的數(shù)值孔徑和距離△值共同決定。兩個(gè)探頭與物體間加入聚焦光學(xué)系統(tǒng)。進(jìn)入光纖傳輸系統(tǒng)的光，由發(fā)射光纖A1和A2出射后，經(jīng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)射向被測的物體，該物體的反射光再由聚焦光學(xué)系統(tǒng)送至兩個(gè)探頭。兩個(gè)配對的光電接收器分別接收兩個(gè)探頭的信號光纖C1，C2傳輸?shù)男盘?，并將所對?yīng)的光強(qiáng)I1與I2變成電信號送至信號處理系統(tǒng)6，采用(I1-I2)/(I1+I2)的方法進(jìn)行處理。信號處理的結(jié)果與物體位移量的對應(yīng)關(guān)系接近線性，并有效地消除了光源輸出光能量波動(dòng)和反射物體反射率變化對測量結(jié)果的影響，同時(shí)也大大減小了外界干擾帶來的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在檢測的結(jié)果中消除了光源光能量的波動(dòng)和反射物體表面反射率的變化對測量的影響，同時(shí)又大大減小了外界干擾對測量結(jié)果的影響，因而測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度都比現(xiàn)有技術(shù)高。
下面對于附圖
進(jìn)行說明。圖中光源1發(fā)出的光由一段發(fā)射光纖A收集并傳輸至光纖耦合器B，耦合器B將發(fā)射光纖A傳輸?shù)墓饽芰恳?∶1的比例耦合到兩路發(fā)射光纖A1與A2并經(jīng)過聚焦光學(xué)系統(tǒng)3照射到被測的物體表面上，該物體的位移將入射的光能量進(jìn)行調(diào)制使反射光中含有物體位移的信息。該反射光由同一聚焦光學(xué)系統(tǒng)3收集并傳送給分布在發(fā)射光纖四周的信號光纖C1與C2傳輸至兩個(gè)光電接收器4與5，分別測量出兩個(gè)探頭的信號光強(qiáng)I1與I2并變成電信號送至信號處理系統(tǒng)6。利用(I1-I2)/(I1+I2)的方法對信號進(jìn)行處理，從而得出物體的位移量。
本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例是光源1為波長0.85μm的激光二極管。光纖傳輸系統(tǒng)中的光纖耦合器B為1∶1的GF-09型光纖分束器。兩個(gè)探頭端面前后距離△為7mm，橫向間距d為1.2mm，聚焦光學(xué)系統(tǒng)采用兩組雙膠合透鏡和一片石英保護(hù)玻璃組成的透鏡組，其焦距為17.02mm。相對孔徑D/f等于0.59，光電接收器為R928側(cè)窗式光電倍增管，信號處理系統(tǒng)由8031單片機(jī)小系統(tǒng)組成。測試的位移動(dòng)態(tài)范圍為3mm，分辨率為0.01mm。
權(quán)利要求
1.一種光纖位移傳感器，主要由光源[1]，光纖傳輸系統(tǒng)[2]，聚焦光學(xué)系統(tǒng)[3]，光電接收器[4，5]和信號處理系統(tǒng)[6]組成。其特征在于光纖傳輸系統(tǒng)是由一段傳輸光源發(fā)射光的發(fā)射光纖[A]經(jīng)Y型光纖耦合器[B]分成兩路發(fā)射光纖[A1，A2]，并在這兩路發(fā)射光纖的出射端分別加入傳輸被測物體反射光的信號光纖[C1，C2]構(gòu)成兩個(gè)探頭，再固定在一個(gè)帶有8字形內(nèi)孔的圓筒內(nèi)，安裝時(shí)仔細(xì)調(diào)整兩個(gè)探頭端面的位置，使兩個(gè)端面平行，而且前后相距一定的距離Δ和橫向距離d。
2.按照權(quán)利要求1所述的兩個(gè)光纖探頭，其特征在于每一探頭的橫截面上光纖端面的排列形式為發(fā)射光纖在中心，信號光纖圍繞在四周的同軸型。
全文摘要
一種光纖位移傳感器，由一段光纖經(jīng)Y形耦合器分成兩路光纖傳輸光源的光，使經(jīng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)照射物體，在這兩路光纖的出射端分別加入傳輸物體反射光的信號光纖構(gòu)成兩個(gè)探頭，物體反射光由聚焦光學(xué)系統(tǒng)收集再由兩個(gè)探頭中的信號光纖分別傳輸至兩個(gè)光電接收器測出光強(qiáng)I
文檔編號G01D5/26GK1093163SQ93103709
公開日1994年10月5日 申請日期1993年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月1日
發(fā)明者崔嵩, 朱列偉, 徐森祿 申請人:浙江大學(xué)