CN111473846A - 基于法布里-珀罗干涉的称重装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于法布里‑珀罗干涉的称重装置及系统，具体涉及重量检测装置领域。本发明提供的基于法布里‑珀罗干涉的称重装置，该称重装置包括：载物台、支撑弹簧、壳体、激光器、第一透镜、第一玻璃层、第二玻璃层、第二透镜、探测器；在对待测物体进行测量的时候，将物体置于载物台上，在重力的作用下该载物台向下移动，载物台带动第一玻璃层向第二玻璃层方向靠近，第一玻璃层和第二玻璃层形成的法布里‑珀罗谐振腔得间距就会减少，因此产生干涉光谱会发生变化，探测器通过检测干涉光谱的变化，就可以得出重量的变化。

Description

基于法布里-珀罗干涉的称重装置及系统

技术领域

本发明涉及重量检测装置领域，具体涉及一种基于法布里- 珀罗干涉的称重装置及系统。

背景技术

称重是测量物体的质量，称重装置无论是在家庭生活、工业生产以及科学研究上都起到了至关重要的作用，例如在一些化学实验、药物研究等方面，对称重的精确度、分辨率的要求往往很高。

现有技术中，称重装置一般是采用具有弹性的弹性材料的弹性形变量乘以该弹性材料的弹性系数，将得到的结果作为待测物体的重量。

但是，此类称重装置在使用一段时间后，该弹性材料发生了一定的形变，使得在测量待测物体时，得到的弹性形变不准确，进而使得最终得到的待测物体的重量也存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置及系统，以解决现有技术中称重装置在使用一段时间后，该弹性材料发生了一定的形变，使得在测量待测物体时，得到的弹性形变不准确，进而使得最终得到的待测物体的重量也存在一定的误差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置，称重装置包括：载物台、支撑弹簧、壳体、激光器、第一透镜、第一玻璃层、第二玻璃层、第二透镜、探测器；壳体内部为缺少一面的长方体空腔结构，壳体内部同一水平面上设置多个支撑部，多个支撑部和载物台之间设置有支撑弹簧，壳体内部分别设置有半径相同且圆心相同的第一限位腔和第二限位腔，第一限位腔的一端与载物台连接，另一端悬空，第二限位腔的一端设置在壳体与载物台相对的面上，第一限位腔和第二限位腔之间存在间隙，激光器、第一透镜和第一玻璃层设置在第一限位腔内部，激光器设置在载物台靠近壳体内部一侧的位置，第一玻璃层设置在第一限位腔的远离载物台的一端，第一透镜设置在激光器与第一玻璃层之间，第二玻璃层、第二透镜和探测器均设置在第二限位腔内部，探测器设置在第二限位腔远离载物台的一端，第二玻璃层设置在第二限位腔3远离探测器的一端，第二透镜设置在第二玻璃层和探测器之间，其中，第一玻璃层和第二玻璃层形成法布里-珀罗谐振腔。

可选的，该第一玻璃层和第二玻璃层的横截面的形状均为直角梯形。

可选的，该第一玻璃层和第二玻璃层直角梯形的底边长度为0.4cm～0.5cm，直角梯形的高为4cm～6cm。

可选的，该法布里-珀罗谐振腔中第一玻璃层和第二玻璃层相对的面均镀有高反射膜。

可选的，该高反射膜的材料为银。

可选的，该高反射膜的反射率为96％～98％。

可选的，该第一透镜和第二透镜的直径均为4cm～6cm。

可选的，该第一透镜和第二透镜的焦距为1cm～2cm。

可选的，该称重装置还包括增益介质层，增益介质层填充在法布里-珀罗谐振腔中。

第二方面，本申请还提供了一种基于法布里-珀罗干涉的称重系统，称重系统包括：显示器、控制器、电源模块和第一方面任意一项的称重装置，显示器镶嵌在载物台的远离激光器的一侧，显示器与探测器电连接。

本发明的有益效果是：

本发明提供的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，该称重装置包括：载物台、支撑弹簧、壳体、激光器、第一透镜、第一玻璃层、第二玻璃层、第二透镜、探测器；在对待测物体进行测量的时候，将物体置于载物台上，在重力的作用下该载物台向下移动，载物台带动第一玻璃层向第二玻璃层方向靠近，第一玻璃层和第二玻璃层形成的法布里-珀罗谐振腔得间距就会减少，因此产生干涉光谱会发生变化，探测器通过检测干涉光谱的变化，就可以得出重量的变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为发明实施例提供的一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置的结构示意图；

图2为发明实施例提供的另一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置的结构示意图。

图标：1-载物台；2-支撑弹簧；3-壳体；31-支撑部；32- 第一支撑腔；33-第二支撑腔；34-增益介质层；4-激光器；5- 第一透镜；6-第一玻璃层；7-第二玻璃层；8-第二透镜；9-探测器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为发明实施例提供的一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置示意图；如图1所示，本申请提供一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置，称重装置包括：载物台1、支撑弹簧2、壳体、激光器4、第一透镜5、第一玻璃层6、第二玻璃层7、第二透镜8、探测器9；壳体3内部为缺少一面的长方体空腔结构，壳体3内部同一水平面上设置多个支撑部31，多个支撑部31和载物台1之间设置有支撑弹簧2，壳体3内部分别设置有半径相同且圆心相同的第一限位腔32和第二限位腔33，第一限位腔32 的一端与载物台1连接，另一端悬空，第二限位腔33的一端设置在壳体3与载物台1相对的面上，第一限位腔32和第二限位腔33之间存在间隙，激光器4、第一透镜5和第一玻璃层6设置在第一限位腔32内部，激光器4设置在载物台1靠近壳体3 内部一侧的位置，第一玻璃层6设置在第一限位腔32的远离载物台1的一端，第一透镜5设置在激光器4与第一玻璃层6之间，第二玻璃层7、第二透镜8和探测器9均设置在第二限位腔 33内部，探测器9设置在第二限位腔33远离载物台1的一端，第二玻璃层7设置在第二限位腔33远离探测器9的一端，第二透镜8设置在第二玻璃层7和探测器9之间，其中，第一玻璃层6和第二玻璃层7形成法布里-珀罗谐振腔。

该壳体3的尺寸一般根据实际需要进行选定，在此不做具体限定，为了方便说明，将该壳体3设置为横截面为正方形的并确少一面的空腔结构，该壳体3内部设置有多个支撑部31，在每个支撑部31上设置支撑弹簧2，用于将该载物台1进行支撑，为了方便测量，该载物台1的尺寸一般小于该壳体3的横截面的边长，以便在测量重物的时候，载物台1可以在下降的过程中不受壳体3的影响，且该支撑部31的数量一般设置为四个，即该壳体3四个角个设置一个支撑部31，相应的，该支撑弹簧2的数量应该也为四个，该壳体3内部还设置有第一限位腔32和第二限位腔33，该第一限位腔32和第二限位腔33分别与该壳体3内部的载物台1和载物台1相对的面连接，该第一限位腔32和第二限位腔33形状和各个形状参数均相同，该第一限位腔32由上到下依次设置有激光器4、第一透镜5、第一玻璃层6，该第二限位腔33由上到下依次设置有第二玻璃层7、第二透镜8和探测器9，该第一玻璃层6和第二玻璃层7之间形成了形成法布里-珀罗谐振腔，由于该载物台1下设置有支撑弹簧2，则该载物台1在测量待测物体的质量时，向下移动，即改变该法布里-珀罗谐振腔的腔长，该探测器9用于探测经过该第一透镜5、第一玻璃层6、第二玻璃层7和第二透镜8之后的光谱；该称重装置工作时，激光器4发出经第一透镜5准直后射向第一玻璃层6，第一玻璃层6和第二玻璃层7构成一个间距可变的法布里-珀罗谐振腔，光在谐振腔多次来回翻射形成相互平行的透射光束，透射光束从第二玻璃层7射出，经过第二透镜8 汇聚在探测器9上产生干涉条纹，物体进行称重时，待测物体自身的重量会压迫载物台1向下移动，载物台1会带动第一玻璃层向下移动，因此由第一玻璃层6和第二玻璃层7构成谐振腔的间距会减小，产生的干涉光谱也会发生变化，探测器通过检测干涉光谱的变化，就可以得出重量的变化。本发明提供的称重装置，将物体重量转化为光学干涉的变化，由于光学测量精准的特点，因此本发明提供的称重装置具有测量精度高和灵敏度高的特点，需要说明的是，该干涉光谱的变化与重量的对应关系根据实验测量得到，在此不做多余赘述。

可选的，该第一玻璃层6和第二玻璃层7的横截面的形状均为直角梯形。

将该第一玻璃层6和第二玻璃层7设置为横截面为直角梯形的形状，即第一玻璃层6靠近第一透镜5的一面为斜面，第二玻璃层7靠进第二透镜8的一面为斜面，如此，该第一玻璃层6和第二玻璃层可以防止外表面反射光会对内表面反射光产生干扰，进而提高测量质量的精度。

可选的，该第一玻璃层6和第二玻璃层7直角梯形的底边长度为0.4cm～0.5cm，直角梯形的高为4cm～6cm。

第一玻璃层6和第二玻璃层的底边长度可以为0.4cm，也可以为0.5cm，该直角梯形的高可以为4cm，也可以为6cm，当该第一玻璃层6和第二玻璃7层为圆形透镜时，该圆形透镜的直径为4cm～6cm，该圆形透镜最厚的位置的厚度为0.4cm～0.5cm。

可选的，该法布里-珀罗谐振腔中第一玻璃层6和第二玻璃层7相对的面均镀有高反射膜。

该法布里-珀罗谐振腔中第一玻璃层6和第二玻璃层7相对的面均涂覆有高反射膜，从而使得该该法布里-珀罗谐振腔内的光的损耗降低，进而使得该称重装置对重量的测量更加准确。

可选的，该高反射膜的材料为银。

可选的，该高反射膜的反射率为96％～98％。

该高反射膜的反射率可以为96％，也可以为98％，还可以为 96％～98％中任意反射率，在此不做具体限定。

可选的，该第一透镜5和第二透镜8的直径均为4cm～6cm。

该第一透镜5和第二透镜8的直径可以为4cm，也可以为 6cm，还可以为4cm～6cm中任意尺寸，在此不做具体限定，一般的，该第一透镜5和第二透镜8的尺寸相同，且该第一透镜5 和第二透镜8的直径应等有该第一限位腔32和第二限位腔33 的直径。

可选的，该第一透镜5和第二透镜8的焦距为1cm～2cm。

该第一透镜5和第二透镜8的焦距可以为1cm，也可以为 2cm，还可以为1cm～2cm中任意尺寸。

图2为发明实施例提供的另一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置示意图；如图2所示，可选的，可选的，该称重装置还包括增益介质层34，增益介质层34填充在法布里-珀罗谐振腔中。

该增益介质层34填充在第一玻璃层6和第二玻璃层7构成的法布里-珀罗谐振腔中，当光进入谐振腔中，由于增益介质层 34的存在，会对光产生放大作用，并且会使产生的干涉光谱的锐度、色分辨本领等参数提高，提高了干涉光谱的分辨度，这样，称重装置的测量精度就会有效的提高。需要说明的是，谐振腔中填充有增益介质层34，还可以防止可能出现的杂质进入谐振腔，有效地提高的该称重装置的稳定性以及受用寿命，并且本称重装置将重量转换成法布里-珀罗谐振腔间距的变化，通过检测干涉光谱的变化，就可以得出重量的变化，由于干涉光谱受间距变化灵敏的特点，因此，本发明提供的称重装置具有测量精度高和灵敏度高的特点。

本发明涉及一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置，具体涉及重量检测装置领域。本发明提供的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，该称重装置包括：载物台1、支撑弹簧2、壳体3、激光器4、第一透镜5、第一玻璃层6、第二玻璃层7、第二透镜8、探测器9；激光器4附着在载物台1的下表面，第一透镜5和第一玻璃层6通过支架依次固定在在载物台1的下方，第二玻璃层7、第二透镜8由上到下通过支架固定在壳体3底部的上方，探测器9固定在壳体底部的正中央，第一玻璃层6和第二玻璃层7构成法布里-珀罗谐振腔，壳体的四个边固定有支撑弹簧2，用来支撑活动的载物台1，在对物体重量进行测量的时候，物体置于载物台1上，压迫载物台1向下移动，载物台1带动第一玻璃层6向下移动，第一玻璃层6和第二玻璃层7形成的法布里-珀罗谐振腔得间距就会减少，因此产生干涉光谱会发生变化，探测器通过检测干涉光谱的变化，就可以得出重量的变化，在谐振腔中加入增益介质，当光进入谐振腔中，由于增益介质的存在，会对光产生放大作用，并且会使产生的干涉光谱的锐度、色分辨本领等参数提高，提高了干涉光谱的分辨度，这样，称重装置的测量精度就会有效的提高。需要说明的是，谐振腔中填充有光增益介质，还可以防止可能出现的杂质进入谐振腔，有效地提高的该称重装置的稳定性以及受用寿命。本称重装置将重量转换成法布里-珀罗谐振腔间距的变化，通过检测干涉光谱的变化，就可以得出重量的变化，由于干涉光谱受间距变化灵敏的特点，因此，本发明提供的称重装置具有测量精度高和灵敏度高的特点

本申请还提供了一种基于法布里-珀罗干涉的称重系统，称重系统包括：显示器、控制器、电源模块和上述任意一项的称重装置，显示器镶嵌在载物台的远离激光器的一侧，显示器与探测器电连接。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述称重装置包括：载物台、支撑弹簧、壳体、激光器、第一透镜、第一玻璃层、第二玻璃层、第二透镜、探测器；所述壳体内部为缺少一面的长方体空腔结构，所述壳体内部同一水平面上设置多个支撑部，多个所述支撑部和所述载物台之间设置有所述支撑弹簧，所述壳体内部分别设置有半径相同且圆心相同的第一限位腔和第二限位腔，所述第一限位腔的一端与所述载物台连接，另一端悬空，所述第二限位腔的一端设置在所述壳体与所述载物台相对的面上，所述第一限位腔和所述第二限位腔之间存在间隙，所述激光器、所述第一透镜和所述第一玻璃层设置在所述第一限位腔内部，所述激光器设置在所述载物台靠近所述壳体内部一侧的位置，所述第一玻璃层设置在所述第一限位腔的远离所述载物台的一端，所述第一透镜设置在所述激光器与所述第一玻璃层之间，所述第二玻璃层、所述第二透镜和所述探测器均设置在所述第二限位腔内部，所述探测器设置在所述第二限位腔远离所述载物台的一端，所述第二玻璃层设置在所述第二限位腔远离所述探测器的一端，所述第二透镜设置在所述第二玻璃层和所述探测器之间，其中，所述所述第一玻璃层和所述第二玻璃层形成法布里-珀罗谐振腔。

2.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述第一玻璃层和第二玻璃层的横截面的形状均为直角梯形。

3.根据权利要求2所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述第一玻璃层和第二玻璃层直角梯形的底边长度为0.4cm～0.5cm，直角梯形的高为4cm～6cm。

4.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述法布里-珀罗谐振腔中所述第一玻璃层和所述第二玻璃层相对的面均镀有高反射膜。

5.根据权利要求4所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述高反射膜的材料为银。

6.根据权利要求4所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述高反射膜的反射率为96％～98％。

7.根据权利要求5所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜的直径均为4cm～6cm。

8.如权利要求5所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜的焦距为1cm～2cm。

9.如权利要求5所述的基于法布里-珀罗干涉的称重装置，其特征在于，所述称重装置还包括增益介质层，所述增益介质层填充在所述所述法布里-珀罗谐振腔中。

10.一种基于法布里-珀罗干涉的称重系统，其特征在于，所述称重系统包括：显示器、控制器、电源模块和权利要求1-9任意一项所述的称重装置，所述显示器镶嵌在载物台的远离所述激光器的一侧，所述显示器与所述探测器电连接。

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