CN106814365B - 光纤光谱共聚焦测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光纤光谱共聚焦测量装置，包括：光源，用于出射多个波长的入射光，途经第一光通道传输到采样部；所述采样部，用于接收所述光源出射的入射光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光照射至被测物，且使由所述被测物返回的反射光通过；测量部，用于接收途经第二光通道传输的所述反射光，获取所述被测物信息，解析出测量结果；光纤，包括第一光纤和第二光纤；以及壳体，用于放置所述光源和/或所述测量部，且所述耦合部处于所述壳体之外。本发明光纤光谱共聚焦测量装置的技术方案通过为光源和测量部单独设置光通道，使入射光与自被测物返回的反射光的光路相互独立，消除光源发出的光射入耦合部时形成的界面反射干扰，提高测量精度。

Description

光纤光谱共聚焦测量装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种光纤光谱共聚焦测量装置。

背景技术

光谱共聚焦测量方法是使用多波长的光，通过色散在光轴上形成一个焦点带，一次测量就可以测量出一个或多个沿光轴方向的距离。为了机械位置更好安装或更利于装置模块化，有很多具有光源和测量部测量反射光的测量装置采用光纤来做连接部件，光源发出的光经光纤传输到采样部后照射到被测物，然后在被测物表面形成反射光后再经过原有光路返回到测量部，为了得到高分辨率的测量结果，需要使用细小直径的光纤来得到微小的测量光斑，因而载有测量信息的反射光可能极微弱。

现有的光谱共聚焦测量装置如图1所示，其使用光源10发射光，进入耦合部40，然后通过光纤连接器70经由光纤50传递到采样部20，再投射到被测物60，在被测物60的表面形成载有测量信息的反射光后沿着原有的光路反向返回耦合部40，其中部分或全部反射光到达光测量部以解析获取测量结果。然而光源10发出的光在途经光纤连接器70时会产生界面反射，该界面的反射光会与自被测物60表面返回的载有测量信息的反射光同时进入测量部30，形成干扰，严重影响了测量精度。虽然现有技术有采用软件记录反射光并用抵消算法来减少干扰，但光纤50的每次拔插后的界面反射光都有变化，单纯依赖软件并不可靠。特别是光纤50多次拔插后界面的磨损和划痕，以及拔插带入的灰尘油污，所述界面反射光甚至可以使得测量装置无法正常工作。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种光纤光谱共聚焦测量装置，通过为光源和测量部单独设置光路通道，旨在消除光源发出的光射入耦合部时形成的界面反射干扰，提高测量精度。

为实现上述目的，本发明提出的一种光纤光谱共聚焦测量装置，包括

光源，用于出射多个波长的入射光，途经第一光通道传输到采样部；所述采样部，用于接收所述光源出射的入射光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光照射至被测物，且使由所述被测物返回的反射光通过；

测量部，用于接收途经第二光通道传输的所述反射光，获取所述被测物信息，解析出测量结果；

耦合部，用于耦合所述第一光通道和第二光通道，形成第三光通道，使光源发出的所述入射光途经所述第三光通道由所述采样部照射在所述被测物上；以及使所述被测物返回的反射光经过所述采样部途经所述第三光通道传输到所述测量部；

光纤，包括设置于所述第一光通道上的第一光纤、设置于第二光通道上的第二光纤；

以及壳体，用于放置所述光源和/或所述测量部，且所述耦合部处于所述壳体之外。

优选地，所述测量部通过所述第二光纤与所述耦合部连接。

优选地，所述光源集成于所述第一光纤上，用于所述入射光直接与所述第一光纤耦合。

优选地，所述耦合部还包括第二光纤连接器，用于所述测量部与所述耦合部的第二光纤连接。

优选地，所述耦合部还包括第一光纤连接器，用于所述光源与所述耦合部的第一光纤连接；以及第二光纤连接器，用于所述测量部与所述耦合部的第二光纤连接，所述第一光纤连接器和所述第二光纤连接器均为单通道光纤连接器。

优选地，所述耦合部包括多通道光纤连接器，用于所述光源和所述测量部同时与所述耦合部连接。

优选地，所述光纤还包括设置于所述第三光通道上的第三光纤，所述耦合部还包括第三光纤连接器，用于所述采样部与所述耦合部的第三光纤连接。

优选地，所述壳体包括第一壳体，所述光源和所述测量部容置于所述第一壳体内。

优选地，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述光源容置于所述第一壳体内，所述测量部容置于所述第二壳体内。

优选地，所述光纤光谱共聚焦测量装置还包括电接口，用于连接第一壳体和第二壳体，以传输电能或控制信号。

优选地，所述光纤光谱共聚焦测量装置包括多个光源和多个测量部，所述每个光源及每个测量部均通过独立的光通道与所述耦合部连接。

本发明技术方案中，一种光纤光谱共聚焦测量装置，包括：光源，用于出射多个波长的入射光，沿第一光通道传输到采样部；所述采样部，用于接收所述光源出射的入射光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光照射至被测物，且使由所述被测物返回的反射光通过；测量部，用于接收沿第二光通道传输的所述反射光，获取所述被测物信息，解析出测量结果；以及光纤，包括设置于所述第一光通道上的第一光纤和设置于第二光通道上的第二光纤。通过为光源和测量部单独设置光通道，使入射光与自被测物返回的反射光的光路相互独立，消除光源发出的光射入耦合部前形成的界面反射干扰，提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中光纤光谱共聚焦测量装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例光纤光谱共聚焦测量装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例光纤光谱共聚焦测量装置的结构示意图；

图4为本发明又一实施例光纤光谱共聚焦测量装置的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图2，在本发明一实施例中，光纤光谱共聚焦测量装置，包括

光源10，用于出射多个波长的入射光，沿第一光通道传输到采样部20；

所述采样部20，用于接收所述光源10出射的入射光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光照射至被测物60，且使由所述被测物60返回的反射光通过；

测量部30，用于接收途经第二光通道传输的所述反射光，获取所述被测物60信息，解析出测量结果；

耦合部40，用于耦合所述第一光通道和第二光通道，形成第三光通道，使光源10发出的所述入射光途经所述第三光通道传输经过所述采样部20照射在所述被测物60上；以及使所述被测物60返回的反射光经过所述采样部20途经所述第三光通道传输到所述测量部30；以及

光纤50，包括设置于所述第一光通道上的第一光纤51、设置于第二光通道上的第二光纤52；

以及壳体(未标示)，用于放置所述光源10和/或所述测量部30，且所述耦合部40处于所述壳体之外。

本实施例中，光纤光谱共聚焦测量装置，包括光源10、采样部20、测量部30、耦合部40和光纤，其中由光源10发出的入射光(此处所述的入射是相对于采样部而言)经过第一光纤51形成的第一光通道射入耦合部40，再经由第三光通道射入采样部20，经过调制后产生轴向色差，然后照射到被测物60上反射，该反射光载有被测物60的测量信息由原有光路返回到耦合部40，经由第二光纤52形成的第二光通道传输至测量部30以解析获得测量结果。本实施例中的测量部30可以是光谱仪或者光传感器，光采样部20可以是一个色散镜头。需要指出的是，在本发明中所述的壳体，泛指全封闭或半封闭或有孔的容器、安装座、防护罩或隔离网等。

本实施例中的测量装置，具有受被测物60表面粗糙度和表面倾角的影响小，受材质透明度影响小，可通过光纤传输信号抗干扰强，使用波长来作为测量和传输载体，不易受光强影响，测量镜头发热量少温度稳定性好等优点。本实施例通过为光源10和测量部30单独设置光通道，使入射光与自被测物60返回的反射光的光路相互独立，消除光源10发出的光途经共用光连接通道时形成的界面反射干扰，提高测量精度和可靠性。

优选地，所述测量部30通过所述第二光纤52与所述耦合部40连接。

作为一种优选实施例，所述测量部30通过所述第二光纤52直接与所述耦合部40连接，也即是将第二光通道的出光口(图未示)直接作为测量部30的入光口(图未示)。使耦合部40与测量部30之间只通过一条光纤传输光束，可以降低光能的损耗。

优选地，所述光源10集成于所述第一光纤51上，用于所述入射光直接与所述第一光纤51耦合。

作为一种优选实施例，所述光源10集成于所述第一光纤51上，用于所述入射光直接与所述第一光纤51耦合，省去了一个需要插拔的光纤连接器，既减少了光的界面损耗、降低光纤连接器插拔产生的磨损和端面污染的不良影响，又能降低生产成本。

具体地，所述耦合部40还包括第二光纤连接器72，用于所述测量部30与所述耦合部40的第二光纤52连接。

本实施例中，所述耦合部40还包括第二光纤连接器72，用于所述测量部30与所述耦合部40的第二光纤52连接，使自被测物60返回的反射光通过耦合部40经由第二光通道传输回测量部30，降低了光的传输损耗，提高测量精度。

优选地，所述耦合部40还包括第一光纤连接器71，用于所述光源10与所述耦合部40的第一光纤51连接；以及第二光纤连接器72，用于所述测量部30与所述耦合部40的第二光纤52连接，所述第一光纤连接器71和所述第二光纤连接器72均为单通道光纤连接器。

作为一种优选实施例，所述耦合部40还包括第一光纤连接器71，用于所述光源10与所述耦合部40的第一光纤51连接；以及第二光纤连接器72，用于所述测量部30与所述耦合部40的第二光纤52连接，所述第一光纤连接器71和所述第二光纤连接器72均为单通道光纤连接器，本实施例中的测量装置采用第一光纤连接器71和第二光纤连接器72分别连接第一光纤51和第二光纤52，用于形成第一光通道和第二光通道，且光纤连接器易于插拔，便于装置的拆卸，简化了装置的安装维护步骤；且两个连接器采用防呆设计，其接头结构互不兼容，避免了安装时插接错误，提高了测量装置的人机功效。

优选地，所述耦合部40包括多通道光纤连接器(图未示)，用于所述光源10和所述测量部30同时与所述耦合部40连接。

作为一种优选实施例，耦合部40包括多通道光纤连接器，用于所述光源10和所述测量部30同时与所述耦合部40连接，该光纤连接器具有两个进口端和一个出口端，其中两个进口端分别用于光源10、测量与耦合部40的连接，出口端用于耦合部40与采样部20的连接，同样的进口端和出口端的接口也采用防呆设计，其接头结构互不兼容，避免了安装时插接错误，提高了测量装置的人机功效。

优选地，所述光纤还包括设置于所述第三光通道上的第三光纤53，所述耦合部40还包括第三光纤连接器73，用于所述采样部20与所述耦合部40的第三光纤53连接。

作为一种优选实施例，耦合部40还包括第三光纤连接器73，用于所述采样部20与所述耦合部40的第三光纤53连接。通过该光纤连接器，可以将自耦合部40射出的入射光以及返回耦合部40的反射光通过第三光纤53传输，降低光在耦合部40与采样部20之间传输的损耗，提高测量精度；同样的，第三光纤连接器73也采用防呆设计，与第一光纤连接器71和第二光纤连接器72的接头结构互不兼容，避免了安装时插接错误，提高了测量装置的人机功效。

优选地，所述壳体包括第一壳体81，所述光源10和所述测量部30容置于所述第一壳体81内。

作为一种优选实施例，所述壳体包括第一壳体81，所述光源10和所述测量部30容置于所述第一壳体81内，使整个测量装置的结构更加紧凑，外形整洁美观。

优选地，参见图3，所述壳体包括第一壳体81和第二壳体82，所述光源10容置于所述第一壳体81内，所述测量部30容置于所述第二壳体82内。

作为另一种优选实施例，所述壳体包括第一壳体81和第二壳体82，所述光源10容置于所述第一壳体81内，所述测量部30容置于所述第二壳体82内，将光源10和测量部30分开布置，有利于光源10的散热，且降低了光源10发热对测量部30的影响，提高测量部30的测量稳定性；同时光源10的使用寿命相对较短需要更换，将光源10单独设置，便于测量装置的检修维护。

具体地，所述光纤光谱共聚焦测量装置还包括电接口90，用于连接第一壳体81和第二壳体82，以传输电能或控制信号。

本实施例中，所述光纤光谱共聚焦测量装置还包括电接口90，用于连接第一壳体81和第二壳体82，该电接口90可以传输控制信号，还可以用于从测量部30向光源10传输电能。

优选地，参加图4，所述光纤光谱共聚焦测量装置包括多个光源10和多个测量部30，所述每个光源10及每个测量部30均通过独立的光通道与所述耦合部40连接。

作为一种优选实施例，所述光纤光谱共聚焦测量装置包括多个光源10和多个测量部30，所述每个光源10及每个测量部30均通过独立的光通道与所述耦合部40连接，这里的耦合部40当然也可以是多个，或多通道的。本实施例中的测量装置，可以实现多个光通道的光路传输，能够大大提高测量速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，包括

光源，用于出射多个波长的入射光，途经第一光通道传输到采样部；

所述采样部，用于接收所述光源出射的入射光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光照射至被测物，且使由所述被测物返回的反射光通过；

测量部，用于接收途经第二光通道传输的所述反射光，获取所述被测物信息，解析出测量结果；

耦合部，用于耦合所述第一光通道和第二光通道，形成第三光通道，使光源发出的所述入射光途经所述第三光通道传输经过所述采样部照射在所述被测物上；以及使所述被测物返回的反射光经过所述采样部途经所述第三光通道传输到所述测量部；所述耦合部还包括设置于光通道中的多个单通道光纤连接器或者至少一个多通道光纤连接器；

光纤，包括设置于所述第一光通道上的第一光纤、设置于第二光通道上的第二光纤；

以及壳体，用于放置所述光源和/或所述测量部，且所述耦合部处于所述壳体之外。

2.如权利要求1所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述测量部通过所述第二光纤与所述耦合部连接。

3.如权利要求1所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述光源集成于所述第一光纤上，用于所述入射光直接与所述第一光纤耦合。

4.如权利要求3所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述耦合部还包括第二光纤连接器，用于所述测量部与所述耦合部的第二光纤连接。

5.如权利要求1所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，

所述耦合部还包括第一光纤连接器，用于所述光源与所述耦合部的第一光纤连接；以及

第二光纤连接器，用于所述测量部与所述耦合部的第二光纤连接，所述第一光纤连接器和所述第二光纤连接器均为单通道光纤连接器。

6.如权利要求1所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述耦合部包括多通道光纤连接器，用于所述光源和所述测量部同时使用独立的光通道与所述耦合部连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述光纤还包括设置于所述第三光通道上的第三光纤，所述耦合部还包括第三光纤连接器，用于所述采样部与所述耦合部的第三光纤连接。

8.如权利要求1所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述壳体包括第一壳体，所述光源和所述测量部容置于所述第一壳体内。

9.如权利要求1所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述光源容置于所述第一壳体内，所述测量部容置于所述第二壳体内。

10.如权利要求9所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述光纤光谱共聚焦测量装置还包括电接口，用于连接第一壳体和第二壳体，以传输电能或控制信号。

11.如权利要求1-6任一项所述的光纤光谱共聚焦测量装置，其特征在于，所述光纤光谱共聚焦测量装置包括多个光源和多个测量部，所述每个光源及每个测量部均通过独立的光通道与所述耦合部连接。