CN103712564A - 基于y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器 - Google Patents

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朱宗玖
肖俊红
钟鸣宇
吴造林
胡长俊
韩迎鸽
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本发明公开了一种基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，包括自聚焦透镜，所述自聚焦透镜的前端朝向被测物的反射面，所述自聚焦透镜的后端通过Y型光纤耦合器与光源和光探测器连接。能够避免光纤结构参数的影响，测量精度高、范围广。

Description

基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器
技术领域
本发明涉及一种反射型光纤位移传感器，尤其涉及一种基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器。
背景技术
目前，反射型光纤位移传感器已广泛应用于精确位移检测领域。
现有技术中的反射型光纤位移传感器如图1所示，光从光源S发出后经过透镜等光学器件耦合后进入入射光纤，再从发射光纤出射到物体的表面，经表面反射后再进入接收光纤，光电探测器D将接收的到的光电信号转化为电压信号，经过后续的处理电路得出位移量的大小。
上述现有技术至少存在以下缺点：
由于受光纤结构参数的影响，测量数据漂移严重、测量精度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量精度高、范围广的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，包括自聚焦透镜，所述自聚焦透镜的前端朝向被测物的反射面，所述自聚焦透镜的后端通过Y型光纤耦合器与光元件连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，由于包括自聚焦透镜，自聚焦透镜的前端朝向被测物的反射面，自聚焦透镜的后端通过Y型光纤耦合器与光元件连接，能够避免光纤结构参数的影响，测量精度高、范围广。
附图说明
图1为现有技术中的反射型光纤位移传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器的结构示意图。
图3为现有技术中的反射型光纤位移传感器的特性曲线与本发明实施例的特性曲线示意图。
图中：1、光探测器，2、光源，3、Y型光纤耦合器，4、自聚焦准直透镜。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，其较佳的具体实施方式是：
包括自聚焦透镜，所述自聚焦透镜的前端朝向被测物的反射面，所述自聚焦透镜的后端通过Y型光纤耦合器与光元件连接。
所述光元件包括光源和光探测器。
所述Y型光纤耦合器后端的一个分支与所述光源连接、另一个分支与所述光探测器连接。
所述自聚焦透镜为1/4倍节距的自聚焦准直透镜。
所述光探测器为半导体光探测器。
具体实施例：
如图2所示，对本发明中的各元件进行详细介绍：
Y型光纤耦合器：
Y型光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。对于波导式光纤耦合器，一般是一种具有Y型分支的元件，由一根光纤输入的光信号可用它加以等分。当耦合器分支路的开角增大时，向包层中泄漏的光将增多以致增加了过剩损耗，所以开角一般在30°以内，因此波导式光纤耦合器的长度不可能太短。
自聚焦准直透镜：
自聚焦透镜又称梯度折射率透镜，是指其内部的折射率分布沿径向逐渐减小的柱状光学透镜，具有聚焦和成像功能。准直是聚焦功能的可逆应用。
由于梯度折射率透镜具有端面准直、耦合和成像特性，加上它圆柱状小巧的外形特点，可以在多种不同的微型光学系统中使用更加方便。并在集成光学领域如微型光学系统、医用光学仪器、光学复印机、传真机、扫描仪等设备有着广泛的应用。
光探测器：
又名“光检测器”，是光接收机的首要部分，光探测器是光纤传感器构成的一个重要部分，它的性能指标将直接影响传感器的性能。能检测出入射到其面上的光功率，并把这个光功率的变化转化为相应的电流。由于光信号在光纤中有损耗和失真所以对光探测器的性能要求很高。其中最重要的要求是在所用的光源的波长范围内有较高的灵敏度、较小的噪声，响应速度快以适应速率传输。
半导体光探测器：
在半导体光探测器中光电二极管体积小，灵活度高，响应速度快，在光纤通信系统中得到了广泛的应用，常见的光电二极管有俩种：PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。
本发明的原理是：
首先光射入Y型光纤耦合器，然后在光线中传输，光在光纤中的实际传播并不是平行的，加入自聚焦透镜的目的是改善这一点，自聚焦透镜可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)。
确定光学系统会聚光功率的物理量是数值孔径。其定义是在物空间中半孔径角的正弦乘以物空间的折射率N·Aeff＝sinθeff。
本发明的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，能够避免光纤结构参数的影响，测量精度高。
如图3所示，图中实线为现有技术中的反射型光纤位移传感器的特性曲线，虚线是本发明实施例的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器的特性曲线，S是自聚焦准直透镜与反射型位移传感器之间的距离，P是光功率。可以看出，本发明探测的距离更广一些，光功率更大，在这个过程中它的范围更广，幅度更大，更有利于探测。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，其特征在于，包括自聚焦透镜，所述自聚焦透镜的前端朝向被测物的反射面，所述自聚焦透镜的后端通过Y型光纤耦合器与光元件连接。
2.根据权利要求1所述的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，其特征在于，所述光元件包括光源和光探测器。
3.根据权利要求2所述的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，其特征在于，所述Y型光纤耦合器后端的一个分支与所述光源连接、另一个分支与所述光探测器连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，其特征在于，所述自聚焦透镜为1/4倍节距的自聚焦准直透镜。
5.根据权利要求2或3所述的基于Y型光纤耦合器及自聚焦透镜的反射型光纤位移传感器，其特征在于，所述光探测器为半导体光探测器。
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