CN110487187A - 一种适用范围广的光纤测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤传感测距技术领域，具体涉及一种适用范围广的光纤测距装置。本发明提供的技术方案是：一种适用范围广的光纤测距装置，由第一激光器，第二激光器、第一聚光准直透镜，成像透镜，第二聚光准直透镜、第一发送光纤,第二发送光纤、第一接收光纤,第二接收光纤、分光镜、第二光电接收器，第一光电接收器组成，成像透镜将第一发送光纤和第二发送光纤的端面成像在被测物体前。两个像间距为d，经过光电转换，微弱信号放大，滤波等处理得到所测距离值。本发明可实现对任意反射面进行测量的目的，不需要提前标定，测量结果准确性、系统的稳定性和灵敏度高，同时可以改变测量距离的量程和分辨率。

Description

一种适用范围广的光纤测距装置
技术领域：
本发明涉及光纤传感测距技术领域，具体涉及一种适用范围广的光纤测距装置。
背景技术：
随着光纤技术的迅猛发展，促使光纤理论不断深化，光纤制造工艺日趋完美。因光纤具有低损耗、体积小、重量轻、成本低、防水、防火、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，使得光纤传感器具有传统传感器无法比拟的优势。目前已经研制出位移、磁场、电场、电压、温度、声场、流量等近百个物理量的测量传感器。本发明实现了对被测物体位移量的测量。
目前位移测量方面的传感器主要有电磁式位移传感器，无线电位移传感器以及传统的光纤位移传感器,它们都可以实现对物体位移的测量，但各自都存在一定的局限性。
电磁式位移传感器：由于电磁参量的检测发展较为成熟，可将基于位移量对测量元件的长度、面积等物理属性的改变，通过电磁转化输出电信号。但该类传感器通常具有较低的固有频率，不易实现快速动态检测。
无线电位移传感器：利用回波定位、多普勒效应等原理研制，如现代测试技术中的雷达测距、GPS技术都属于这一类传感器。这类传感器适合于大型物体的大范围内定位传感，被广泛应用于人、物等的全球范围内的定位及汽车防碰撞系统中，但不适于较小位移量的检测。
传统的光纤位移传感器：也就是反射式光纤位移传感器，它包括光源、第一准直聚焦透镜、发送光纤束、接收光纤束、第二准直聚焦透镜和光探测器组成，发送光纤束和接收光纤束的并联端形成探头，被测物体置于探头处实现测量。它的测量原理为光源发出的光经发送光纤束射向被测物体表面(即反射面)，反射光由接收光纤束接收并传送到光探测器转换成电信号输出，通过对电信号的分析得出物体的位移量。直接用这种装置来测量位移，误差非常大，因为被测物体表面状况影响反射光强度和分布，光源输出功率的波动和传感器探头端的环境光也会直接引起反射光强度的变化，从而影响测量精度。
发明内容：
本发明提出一种适用范围广的光纤测距装置，以克服现有技术存在的误差大和测量精度不高的问题。
为了实现本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种适用范围广的光纤测距装置，由第一激光器1，第二激光器12、第一聚光准直透镜2，成像透镜6，第二聚光准直透镜11、第一发送光纤3,第二发送光纤10、第一接收光纤4,第二接收光纤8、分光镜5、第二光电接收器9，第一光电接收器13组成，所述频率调制后的第一激光器1和第二激光器12分别发出相同波长的激光，分别通过第一准直聚焦透镜2和第二准直聚焦透镜11进入第一发送光纤3和第二发送光纤10内，第一发送光纤3的出光经分光镜5透射，第二发送光纤10的光经分光镜5反射，透射光和反射光均通过成像透镜6出射于被测物体7上，经被测物体7反射后原路返回，分别被第一光电接收器13和第二光电接收器9接收，成像透镜6将第一发送光纤3和第二发送光纤10的端面成像在被测物体前。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）本发明通过双探头探测，可实现对任意反射面进行测量的目的；
（2）通过对光源进行不同频率调制，使接收器件通过滤波能准确探测有效光强度，区分两路激光增加其对外界环境光的抗干扰能力，提高测量结果的准确性与系统的稳定性；
（3）由于在空气隙中传播能反射到探测器的光能大小与传播距离之间有非常敏感的关系，因而反射面一点点的移动都通过光强变化读取出来，故本发明具有很高的灵敏度；
（4）本发明通过更换成像透镜的焦距和口径，可以使第一发送光纤和第二发送光纤的端面成像在被测物体前的直径和光束发射角发生改变，从而可以改变测量距离的量程和分辨率，提高了应用范围。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是光强调制在线性阶段示意图；
图3是强度调制特性曲线；
附图标记说明如下：
1-第一激光器；2-第一聚焦准直透镜；3-第一发送光纤；4-第一接收光纤；5-分光镜；6-成像透镜；7-被测物体；8-第二接收光纤；9-第二光电接收器；10-第二发送光纤；11-第一聚焦准直透镜；12-第二激光器；13-第一光电接收器。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。
参见图1，本发明提供的一种适用范围广的光纤测距装置，由第一激光器1，第二激光器12、第一聚光准直透镜2，成像透镜6，第二聚光准直透镜11、第一发送光纤3,第二发送光纤10、第一接收光纤4,第二接收光纤8、分光镜5、第二光电接收器9，第一光电接收器13组成，所述频率调制后的第一激光器1和第二激光器12分别发出相同波长的激光，分别通过第一准直聚焦透镜2和第二准直聚焦透镜11进入第一发送光纤3和第二发送光纤10内，第一发送光纤3的出光经分光镜5透射，第二发送光纤10的光经分光镜5反射，透射光和反射光均通过成像透镜6出射于被测物体7上，经被测物体7反射后原路返回，分别被第一光电接收器13和第二光电接收器9接收，成像透镜6将第一发送光纤3和第二发送光纤10的端面成像在被测物体前。
两个像间距为d（等效成将两个光纤分别置于被测物之前，两个光纤有固定间距）。经过光电转换，微弱信号放大，滤波等处理得到所测距离值。
本发明为一种非功能性的光纤传感器，光纤只起传光作用，待测位移量引起光纤传输光的光强发生变化，通过检测光强的变化实现位移量的测量。
使用本发明装置时，调整光路，使第一发送光纤3和第二发送光纤10均经成像透镜6成像于被测反射面前，使得所成的第一发送光纤3和第二发送光纤10的像之间存在距离差d，继而经光电接收器9，13接收的光经光电转换的两路光强，参见图3可知，当已知距离差d，以及测得的光强差，即可得到距离和接受光强的函数曲线斜率，从而在测量某一距离时当知道任意光强差值时，即可计算出光纤头距离被测面的距离。

Claims (1)

1.一种适用范围广的光纤测距装置，其特征在于：由第一激光器（1），第二激光器（12）、第一聚光准直透镜（2），成像透镜（6），第二聚光准直透镜（11）、第一发送光纤（3），第二发送光纤（10）、第一接收光纤（4），第二接收光纤（8）、分光镜（5）、第二光电接收器（9），第一光电接收器（13）组成，所述频率调制后的第一激光器（1）和第二激光器（12）分别发出相同波长的激光，分别通过第一准直聚焦透镜（2）和第二准直聚焦透镜（11）进入第一发送光纤（3）和第二发送光纤（10）内，第一发送光纤（3）的出光经分光镜（5）透射，第二发送光纤（10）的光经分光镜（5）反射，透射光和反射光均通过成像透镜（6）出射于被测物体（7）上，经被测物体（7）反射后原路返回，分别被第一光电接收器（13）和第二光电接收器（9）接收，成像透镜（6）将第一发送光纤（3）和第二发送光纤（10）的端面成像在被测物体前。
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