CN105509926B - 光路耦合装置及荧光温度传感光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光路耦合装置及荧光温度传感光学系统，该光路耦合装置包括光纤接头、荧光激励光源、荧光探测器和滤波片，荧光激励光源与荧光探测器设置在同一块电路板的同一表面上；荧光探测器与滤波片相对设置，滤波片与光纤接头的光路上设置有耦合透镜；滤波片与耦合透镜均位于荧光激励光源与光纤接头之间的光路上。光路耦合装置还包括盒体，盒体设置有光学镜槽，滤波片位于光学镜槽内部。盒体还设置有通孔，光纤接头与耦合透镜位于通孔内。该系统包括荧光光纤测温探头、光源驱动电路、荧光信号探测电路、信号解调处理电路、显示装置以及光路耦合装置。本发明提供的荧光温度传感光学系统便于安装且稳定性及测量精度较高。

Description

光路耦合装置及荧光温度传感光学系统

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体的，涉及一种光路耦合装置以及使用该光路耦合装置的荧光温度传感光学系统。

背景技术

现有的光纤传感技术测温原理是基于稀土荧光物质的材料特性，某些稀土荧光物质受紫外线照射并激发后，在可见光谱中发射线状光谱，即荧光及其余辉( 余辉为激励停止后的发光)。荧光余辉的衰变时间常数是温度的单值函数，通常温度越高，时间常数越小。只要测得时间常数的值，就可以计算出温度。应用这种方法测温的最大优点，就是被测温度只取决于荧光材料的时间常数，而与系统的其他变量无关，例如光源强度的变化、传输效率、耦合程度的变化等都不影响测量结果，较光强测温法和波长解调法原理上有明显优势。

公开号CN201020193493.2中国实用新型专利公开了名为“一种基于荧光寿命检测的荧光光纤温度传感器”的发明创造，该温度传感器利用上述原理实现了一种具有结构简单、体积小、重量轻、测量精度高、测量范围大，抗腐蚀、抗电磁干扰能力强等优点的荧光光纤温度传感器。但该传感器由于荧光激励光源和荧光探测器所处光路的方向不同，荧光激励光源和荧光探测器不能组合在同一块电路板上，在产品安装时存组合时较为复杂。且多块电路板的线路连接容易出现接触不良等情况，产品的稳定性及可靠性较弱。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种便于安装且稳定性较高、测量性能更好的光路耦合装置。

本发明的另一目的是提供一种便于安装且稳定性及测量精度较高的荧光温度传感光学系统。

为了实现上述主要目的，本发明提供的光路耦合装置包括光纤接头、荧光激励光源、荧光探测器和滤波片，荧光激励光源与荧光探测器设置在同一块电路板的同一表面上；荧光探测器与滤波片相对设置，滤波片与光纤接头的光路上设置有耦合透镜；滤波片与耦合透镜均位于荧光激励光源与光纤接头之间的光路上。

由上述方案可见，本发明提供的光路耦合装置将荧光激励光源与荧光探测器可设置在同一块电路板上，简化系统的结构，使系统安装更加方便，此外，还可减少由于多块电路板间线路连接而引起接触不良的现象，提高系统的稳定性和可靠性。

一个方案中，光路耦合装置还包括盒体，盒体设置有光学镜槽，滤波片位于光学镜槽内部。

由此可见，在光路耦合装置的盒体设置光学镜槽，并将滤波镜安装在光学镜槽内部，降低光信号传播过程中受到外界信号的干扰。

另一个方案中，盒体还设置有通孔，光纤接头与耦合透镜位于通孔内。

由上述方案可见，在盒体中设置通孔，在组装光路耦合装置时，可方便组件的安装，且能够使得光路沿正确的方向传播。

进一步的方案中，光路耦合装置还包括固定胶圈，固定胶圈设置在光纤接头与耦合透镜之间。

由此可见，为了防止在组装光路耦合装置时，光纤接头与耦合透镜的因相互碰撞而损坏于光纤接头与耦合透镜，从而造成仪器的测量误差，在于光纤接头与耦合透镜的接触端设置固定胶圈，可有效防止组件损坏，提高仪器测量精度。

进一步的方案中，光路耦合装置还包括外接接口，外接接口与电路板电连接。

由上述方案可见，光路耦合装置设置外接接口，外置电路可与内部电路连接，进而完成仪器测量工作。

优选的方案中，光路耦合装置还包括反光镜，反光镜位于光学镜槽内，滤波片与反光镜平行设置，荧光激励光源与反光镜相对设置。荧光激励光源与荧光探测器平行设置。

由此可见，为了使荧光激励光源与荧光探测器可以设置在同一块电路板的同一表面，可通过改变荧光激励光源与荧光探测器的安装角度以及改变电路板的安装位置实现，从而简化光路耦合装置的结构。

为了实现上述另一目的，本发明提供的荧光温度传感光学系统包括光路耦合装置。光路耦合装置包括光纤接头、荧光激励光源、荧光探测器和滤波片，荧光激励光源与荧光探测器设置在同一块电路板的同一表面上。荧光探测器与滤波片相对设置，滤波片与光纤接头的光路上设置有耦合透镜。滤波片与耦合透镜均位于荧光激励光源与光纤接头之间的光路上。光路耦合装置还包括盒体，盒体设置有光学镜槽，滤波片位于光学镜槽内部。盒体还设置有通孔，光纤接头与耦合透镜位于通孔内。

由上述方案可见，本发明的提供的荧光温度传感光学系统，通过使用简化结构后的光路耦合装置，方便安装，同时还提高了系统的稳定性以及系统测量的精度。

进一步的方案中，荧光温度传感光学系统还包括光源驱动电路，光源驱动电路向荧光激励光源发送光源驱动信号；荧光信号探测电路，荧光信号探测电路接收荧光探测器发送的电信号；信号解调处理电路，信号解调处理电路接收荧光信号探测电路发送的电压脉冲信号，且信号解调处理电路向光源驱动电路发送控制信号；显示装置，显示装置接收信号解调处理电路发送的数据信号。

由上述方案可见，光源驱动电路通过光源驱动信号控制荧光激励光源的所发射光信号的脉宽及幅度。荧光探测器将荧光光纤测温探头返回的光信号转化成电信号后，荧光信号探测电路接收荧光探测器发送的电信号并对该电信号进行滤波及放大处理。信号解调处理电路可对荧光信号探测电路处理后电信号进行数字信号处理，得到温度信息数据，并根据温度信息数据向光源驱动电路发送控制信号，使光源驱动电路可调节荧光激励光源的所发射光信号的脉宽及幅度。经过信号解调处理电路模数转换得到温度信息数据后，在显示装置中显示温度信息，使得检测人员可直观的获得所检测温度的相关信息。

附图说明

图1是本发明荧光温度传感光学系统实施例的结构连接图。

图2是本发明光路耦合装置实施例的结构分解图。

图3是本发明光路耦合装置实施例的结构剖视图。

图4是本发明光路耦合装置实施例盒体的结构剖视图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的荧光温度传感光学系统包括荧光光纤测温探头12、光源驱动电路15、荧光信号探测电路14、信号解调处理电路16、显示装置17以及光路耦合装置18。其中，光路耦合装置18包括荧光激励光源10、荧光探测器9。荧光激励光源10与荧光探测器9设置在同一块电路板11的同一表面上，荧光激励光源10与荧光探测器9平行设置。光源驱动电路15与荧光激励光源10电连接并向荧光激励光源10发送光源驱动信号。荧光信号探测电路14与荧光探测器9电连接，荧光信号探测电路14接收荧光探测器9发送的电信号。信号解调处理电路16分别与光源驱动电路15、荧光信号探测电路14及显示装置17电连接，信号解调处理电路16接收荧光信号探测电路14发送的电压脉冲信号，信号解调处理电路16向光源驱动电路15发送控制信号，且信号解调处理电路16向显示装置17发送数据信号。显示装置17根据信号解调处理电路16的数据信号显示数据信息。

参见图2和图3，光路耦合装置18还包括光纤接头1、外接接口2、盒体3以及滤波片6，优选的，滤波片6为半反半透的滤波片。荧光探测器9与滤波片6相对设置，滤波片6与光纤接头1的光路上设置有耦合透镜5。滤波片6与耦合透镜5均位于荧光激励光源10与光纤接头1的光路上。盒体3设置有光学镜槽8，滤波片6位于光学镜槽8内部。盒体3还设置有通孔31，光纤接头1与耦合透镜5位于通孔31内，通孔31由盒体3外部向内部分层缩小孔径。光路耦合装置18还包括固定胶圈4，固定胶圈4设置在光纤接头1与耦合透镜5之间。光路耦合装置18还包括外接接口2，外接接口2与电路板11电连接，外接接口2可用于光路耦合装置18内部电路与外部电路的连接。在本实施例中，光路耦合装置18还包括反光镜7，反光镜7位于光学镜槽8内，滤波片6与反光镜7平行设置，荧光激励光源10与反光镜7相对设置。此外，参见图4，为了进一步固定荧光激励光源10及荧光探测器9，荧光激励光源10插入在与光学镜槽8连接的通孔33中，且荧光探测器9插入在与光学镜槽8连接的通孔32中。

当然，还可在荧光探测器9与滤波片6之间的光路上增加一个耦合透镜，用于将滤波片6反射的光线聚焦到荧光探测器9上。类似的，在荧光激励光源10与反光镜7之间的光路上也可增加一个耦合透镜，用于将荧光激励光源10所发射的光线行程平行光线传播到反光镜7上。但在本实施例中，由于荧光探测器9与滤波片6之间的距离较近，滤波片6所反射的光线能被充分聚焦在荧光探测器9；且荧光激励光源10与反光镜7之间的距离较近，荧光激励光源10所发射的光束能被充分传输到耦合透镜5上，所以可以选择不增加耦合透镜。

在荧光温度传感光学系统工作时，首先由光源驱动电路15向荧光激励光源10发送光源驱动信号，荧光激励光源10根据光源驱动信号以预设的脉宽及幅度发射光信号，光线通过反光镜7反射到滤波片6上，由于荧光激励光源10所发射的光线可以从滤波片6中透射过去，光线直接透过滤波片6将光线反射到耦合透镜5上，耦合透镜5将光线聚焦到光纤接头1，由于光纤接头1与荧光光纤测温探头12通过光纤13连接，光线可沿着光纤13传输到荧光光纤测温探头12中。

在荧光光纤测温探头12中设置有稀土荧光物质，稀土荧光物质受紫外线照射并激发后，在可见光谱中发射线状光谱，即荧光及其余辉，余辉为激励光源停止后的发光。因此，在紫外光线及温度的作用下，荧光光纤测温探头12产生荧光，荧光沿着光纤13传输到光纤接头1，并由光纤接头1发射到耦合透镜5上，耦合透镜5将荧光形成平行光线传送到滤波片6，由于滤波片6对荧光具有全反射的作用，因此，滤波片6将光线反射到荧光探测器9上。

荧光探测器9优选为光敏材料探测器，荧光探测器9将接收到的光信号转换为电信号并发送到荧光信号探测电路14，在荧光信号探测电路14中，电信号经过放大、脉冲整形、滤波等处理后得到与荧光衰减信号对应的电压脉冲信号。接着，荧光信号探测电路14将处理后得到的电压脉冲信号发送到信号解调处理电路16。信号解调处理电路16中对电压脉冲信号进行数字信号处理，得出所测的温度数据。最后信号解调处理电路16将温度数据显示在显示装置17上，检测人员可直观的获得所检测温度的相关信息。此外，信号解调处理电路16还可根据温度信息数据向光源驱动电路15发送控制信号，使光源驱动电路15可调节荧光激励光源10的所发射光信号的脉宽及幅度。

由上面的描述可知，本发明提供的荧光温度传感光学系统，通过使用简化结构后的光路耦合装置18，简化了系统的结构，使系统安装更加方便，此外，还可减少由于多块电路板间线路连接而引起接触不良的现象，提高系统的稳定性和可靠性，同时还提高了系统测量的精度。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.光路耦合装置，其特征在于：包括光纤接头、荧光激励光源、荧光探测器、滤波片和反光镜，所述荧光激励光源与所述荧光探测器设置在同一块电路板的同一表面上；

所述滤波片为半反半透的滤波片；

所述滤波片与所述反光镜平行设置，所述荧光激励光源与所述反光镜相对设置，所述荧光探测器与所述滤波片相对设置，所述滤波片与所述光纤接头的光路上设置有耦合透镜；

所述荧光探测器设置在所述电路板靠近所述光纤接头的一侧，所述荧光激励光源设置在所述电路板远离所述光纤接头的一侧；

所述滤波片与所述耦合透镜均位于所述荧光激励光源与所述光纤接头之间的光路上。

2.根据权利要求1所述的光路耦合装置，其特征在于：还包括盒体，所述盒体设置有光学镜槽，所述滤波片位于所述光学镜槽内部，所述反光镜位于所述光学镜槽内。

3.根据权利要求2所述的光路耦合装置，其特征在于：所述盒体还设置有通孔，所述光纤接头与所述耦合透镜位于所述通孔内。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光路耦合装置，其特征在于：还包括固定胶圈，所述固定胶圈设置在所述光纤接头与所述耦合透镜之间。

5.根据权利要求1至3任一项所述的光路耦合装置，其特征在于：还包括外接接口，所述外接接口与所述电路板电连接。

6.根据权利要求1至3任一项所述的光路耦合装置，其特征在于：所述荧光激励光源与所述荧光探测器平行设置。

7.荧光温度传感光学系统，包括光路耦合装置，其特征在于：所述光路耦合装置包括光纤接头、荧光激励光源、荧光探测器、滤波片和反光镜，所述荧光激励光源与所述荧光探测器设置在同一块电路板的同一表面上；

所述滤波片为半反半透的滤波片；

所述滤波片与所述反光镜平行设置，所述荧光激励光源与所述反光镜相对设置，所述荧光探测器与所述滤波片相对设置，所述滤波片与所述光纤接头的光路上设置有耦合透镜；

所述荧光探测器设置在所述电路板靠近所述光纤接头的一侧，所述荧光激励光源设置在所述电路板远离所述光纤接头的一侧；

所述滤波片与所述耦合透镜均位于所述荧光激励光源与所述光纤接头之间的光路上。

8.根据权利要求7所述的荧光温度传感光学系统，其特征在于：

所述光路耦合装置还包括盒体，所述盒体设置有光学镜槽，所述滤波片位于所述光学镜槽内部，所述反光镜位于所述光学镜槽内；

所述盒体还设置有通孔，所述光纤接头与所述耦合透镜位于所述通孔内。

9.根据权利要求8所述的荧光温度传感光学系统，其特征在于：还包括

光源驱动电路，所述光源驱动电路向所述荧光激励光源发送光源驱动信号；

荧光信号探测电路，所述荧光信号探测电路接收所述荧光探测器发送的电信号；

信号解调处理电路，所述信号解调处理电路接收所述荧光信号探测电路发送的电压脉冲信号，且所述信号解调处理电路向所述光源驱动电路发送控制信号；

显示装置，所述显示装置接收所述信号解调处理电路发送的数据信号。