CN114279474A - 一种光谱共焦非位移量测头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光谱共焦非位移量测头，包括光孔径、色散部、反射表面以及敏感部，光源发出多个波长的光从光孔径通向色散部，色散部将光色散使得不同波长的色散光聚焦在不同的点，反射表面将聚焦到其上的波长的光反射回去，光测量部接收反射表面反射的光进行测量，敏感部对欲测量的非位移量产生敏感的位移变化并使得反射表面和色散部沿着光轴方向产生相对运动，可以测量温度、压强、力、加速度等非位移量，使用光纤传输，无需对测头供电，没有火花隐患，抗干扰性好。可以使用经济的LED白光光源，可以使用可见光波段的感光元件来对返回光解析，将光谱共焦测量原理创造性地扩展到更多应用领域和应用场合，解决更多测量问题，具有巨大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及光测量领域，尤其涉及一种光谱共焦非位移量测头。
背景技术
目前市场上的光谱共焦传感器只能测量位移量，使用领域狭窄。市场上测量温度、压强、力、加速度等的传感器均以电传感器为主，电传感器的缺点有：抗干扰性能差，对传感器供电和进行信号传输需要多根电线，布线成本高，远距离损耗大，容易产生火花，在一些易燃易爆炸等场合危险，且大部分电传感器电路耐高温性能差。
目前也有一些光纤传感器，主要采用布拉格光栅，通常采用9um芯径的单模光纤，耦合难度比多模大很多，而且大部分在1550nm附近波段，该波段的图像传感器非常昂贵，带宽很窄，要求解析分辨率高，导致解调仪成本很高，阻碍了该类光纤传感器的发展。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光谱共焦非位移量测头，将非位移量转换成位移量，实现光谱共焦非位移量测量。
本发明的技术方案如下：一种光谱共焦非位移量测头，包括：光孔径、色散部、反射表面以及敏感部；
所述光孔径用于供从光源发射的宽带光通过，或供从所述反射表面反射回来的测量光通向光测量部，或同时具有上述两种功能；
所述色散部用于将来自光孔径的光色散，使得不同波长的色散光聚焦在不同位置；
所述反射表面与所述敏感部连接，用于反射色散光并将聚焦到反射表面的光线返向所述色散部；
所述敏感部将测量的非位移量转换成位移量且使得所述反射表面与所述色散光沿着光轴方向产生相对位移；
光源发出多个波长的光从光孔径通向色散部，色散部将光色散使得不同波长的色散光聚焦在不同的点，反射表面将聚焦到其上的波长的光反射回去，反射的光携带测量信息，光测量部接收反射表面反射的光进行测量，所述敏感部对欲测量的量产生敏感的位移变化，使得所述反射表面和色散光沿着光轴方向产生相对运动，实现测量。
进一步地，所述敏感部为温度敏感变形部，所述温度敏感变形部将温度量转换成位移量。
进一步地，所述温度敏感变形部为双金属片或汞柱。
进一步地，所述敏感部为压强敏感变形部，所述压强敏感变形部将压强转换成位移量。
进一步地，所述压强敏感变形部为弹性薄片。
进一步地，所述敏感部为力敏感部，通过力引发的应变或形变驱动所述反射表面沿着光轴方向移动。
进一步地，所述敏感部位质量块，所述质量块将加速度转换成位移量。
进一步地，所述敏感部为磁敏感部，所述磁敏感部将磁场转换成位移量。
进一步地，所述光谱共焦非位移量测头还包括连接所述色散部与所述敏感部的连接部。
进一步地，所述光谱共焦非位移量测头还包括将所述色散部与连接部密封的密封部。
采用上述方案，本发明可以实现测量温度、压强、力、加速度、电压、电流等非位移量，使用光纤传输，无需对测头供电，因此没有火花隐患，抗干扰性好。可以使用经济的LED白光光源，可以使用可见光波段的感光元件来对返回光解析，解决了业界痛点问题，大幅度降低成本。本发明能将光谱共焦测量原理创造性地扩展到更多应用领域和应用场合，解决更多测量问题，具有巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明实施例1的结构示意图。
图3为本发明实施例2的结构示意图。
图4为本发明实施例3的结构示意图。
图5为本发明实施例4的结构示意图。
图6为本发明实施例5的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种光谱共焦非位移量测头，包括：光孔径101、色散部102、反射表面104以及敏感部105。
所述光孔径101用于供从光源发射的宽带光通过，或供从所述反射表面104反射回来的测量光通向光测量部，或同时具有上述两种功能。
所述色散部102用于将来自光孔径101的光色散，使得不同波长的色散光聚焦在不同位置。
所述反射表面104位于所述色散部102的下方且与所述敏感部105连接，反射表面104用于反射色散光103并将聚焦到反射表面104的光线返向所述色散部102。反射表面104为敏感部105上的某个表面或者为由敏感部105驱动的表面。
所述敏感部105将测量的非位移量转换成位移量且带动所述反射表面104或所述色散部102沿着光轴方向移动，使得反射表面104与色散光103之间沿光轴方向产生相对位移。敏感部105可以带动反射表面104移动，也可以带动色散部102移动，只要使得反射表面104与色散光103之间产生相对位移即可。
光源发出多个波长的光从光孔径101通向色散部102，色散部102将光色散使得不同波长的色散光103聚焦在不同的点，每个波长的焦点都会对应一个距离值，其中某个波长的光会聚焦到反射表面104上，反射表面104将聚焦到其上的波长的光反射回去，该反射的光携带测量信息，光测量部(未图示)接收反射表面104反射的光进行测量。所述敏感部105对欲测量的量产生敏感的位移变化，使得所述反射表面104和色散光103沿着光轴方向产生相对位移，从而使得某个波长的光聚焦到反射表面104上，该聚焦到反射表面104的光即是测量光，反射表面104将该测量光返回给光测量部，光测量部根据该波长得出反射表面的位移量，反射表面104的位移量与欲测量的非位移量之间建立有对应关系，从而通过将非位移量转换为位移量实现光谱共焦测量。
所述光谱共焦非位移量测头还包括连接所述色散部102与所述敏感部105的连接部109。连接部109的内部中空，连接部109的顶端开口，色散部102设于连接部109的顶端，且色散部102与连接部109之间通过螺纹108进行连接，从而方便拆卸，以方便根据需要更换色散部102。所述敏感部105位于连接部109的内部。
所述光谱共焦非位移量测头还包括将所述色散部102与连接部109密封的密封部A106，密封部A106位于色散部102与连接部109的连接位置处，防止灰尘、油、水等进入连接部109内。
所述连接部109的外部还设有密封部B107，连接部109的外侧还可以连接其它装置，通过设置密封部B107用来防止装入其它装置后，灰尘、油、水等进入装置内部。
以下通过5个实施例来对本发明进行详细说明。
实施例1：
请参阅图2，本实施例中的敏感部为温度敏感变形部205，所述温度敏感变形部205将温度量转换成位移量。所述温度敏感变形部205可以为双金属片或汞柱。本实施例的结构可以用于测量温度，或者可以用于通过温度感应火灾等情形。温度敏感变形部205根据感应到的温度产生形变，从而驱动反射表面104沿着光轴方向移动，最终聚焦到反射表面104上的光为测量光，根据该测量光测得温度值。对于不同的温度温度敏感变形部205会产生不同程度的形变，从而会使反射表面104产生不同的位移，将反射表面104的位移量与温度值之间建立对应关系，从而，根据测量光的波长可以得知反射表面104的位移量，然后根据反射表面104的位移量可以得知所测的温度值。
实施例2：
请参阅图3，本实施例中的敏感部为压强敏感变形部305，所述压强敏感变形部305将压强转换成位移量。所述压强敏感变形部305可以为弹性薄片或弹性膜片。本实施例的结构可以用于测量压强。压强敏感变形部305根据感应到的压强产生形变，从而驱动反射表面104沿着光轴方向移动，最终聚焦到反射表面104上的光为测量光，根据该测量光测得压强值。对于不同的压强压强敏感变形部305会产生不同程度的形变，从而会使反射表面104产生不同的位移，将反射表面104的位移量与压强值之间建立对应关系，从而，根据测量光的波长可以得知反射表面104的位移量，然后根据反射表面104的位移量可以得知所测的压强值。
声音也会对空气压强造成周期性波动，因此本实施例的结构也可以用来做光纤麦克风、光纤水听器等。
实施例3：
请参阅图4，本实施例中的敏感部为力敏感部405，通过力引发所述力敏感部405产生应变或形变驱动所述反射表面104沿着光轴方向移动。本实施例的结构可以用于称重传感器、力或力矩、扭力等的测试，可以用来测量桥梁或其它建筑的应变或变形。力敏感部405根据感应到的力产生应变或形变，从而驱动反射表面104沿着光轴方向移动，最终聚焦到反射表面104上的光为测量光，根据该测量光测得力度。对于不同的力度力敏感部405会产生不同程度的形变，从而会使反射表面104产生不同的位移，将反射表面104的位移量与力度之间建立对应关系，从而，根据测量光的波长可以得知反射表面104的位移量，然后根据反射表面104的位移量可以得知所测的力。
实施例4：
请参阅图5，本实施例中的敏感部为质量块505，所述质量块505将加速度转换成位移量。本实施例的结构可以用来测试加速度、震动等。质量块505将加速度转换成位移量，驱动反射表面104沿着光轴方向移动，最终聚焦到反射表面104上的光为测量光，根据该测量光测得加速度。对于不同的加速度质量块505会转变为不同行程的位移量，从而会使反射表面104产生不同的位移，将反射表面104的位移量与加速度之间建立对应关系，从而，根据测量光的波长可以得知反射表面104的位移量，然后根据反射表面104的位移量可以得知所测的加速度。
实施例5：
请参阅图6，本实施例中的敏感部为磁敏感部605，所述磁敏感部605将磁场转换成位移量。磁敏感部605可以为磁性材料薄片、永磁体加弹性元件等。磁敏感部605将磁场转换成位移量，驱动反射表面104沿着光轴方向移动，最终聚焦到反射表面104上的光为测量光，根据该测量光测得磁场强度。对于不同的磁场强度磁敏感部104会转变为不同行程的位移量，从而会使反射表面104产生不同的位移，将反射表面104的位移量与磁场强度之间建立对应关系，从而，根据测量光的波长可以得知反射表面104的位移量，然后根据反射表面104的位移量可以得知所测的磁场强度。还可以通过磁场来测量电压电流等。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光谱共焦非位移量测头，其特征在于，包括：光孔径、色散部、反射表面以及敏感部；
所述光孔径用于供从光源发射的宽带光通过，或供从所述反射表面反射回来的测量光通向光测量部，或同时具有上述两种功能；
所述色散部用于将来自光孔径的光色散，使得不同波长的色散光聚焦在不同位置；
所述反射表面与所述敏感部连接，用于反射色散光并将聚焦到反射表面的光线返向所述色散部；
所述敏感部将测量的非位移量转换成位移量且使得所述反射表面与所述色散光沿着光轴方向产生相对位移；
光源发出多个波长的光从光孔径通向色散部，色散部将光色散使得不同波长的色散光聚焦在不同的点，反射表面将聚焦到其上的波长的光反射回去，反射的光携带测量信息，光测量部接收反射表面反射的光进行测量，所述敏感部对欲测量的量产生敏感的位移变化，使得所述反射表面和色散光沿着光轴方向产生相对运动，实现测量。
2.根据权利要求1所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述敏感部为温度敏感变形部，所述温度敏感变形部将温度量转换成位移量。
3.根据权利要求2所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述温度敏感变形部为双金属片或汞柱。
4.根据权利要求1所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述敏感部为压强敏感变形部，所述压强敏感变形部将压强转换成位移量。
5.根据权利要求4所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述压强敏感变形部为弹性薄片。
6.根据权利要求1所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述敏感部为力敏感部，通过力引发的应变或形变驱动所述反射表面沿着光轴方向移动。
7.根据权利要求1所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述敏感部位质量块，所述质量块将加速度转换成位移量。
8.根据权利要求1所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，所述敏感部为磁敏感部，所述磁敏感部将磁场转换成位移量。
9.根据权利要求1-8任一项所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，还包括连接所述色散部与所述敏感部的连接部。
10.根据权利要求9所述的光谱共焦非位移量测头，其特征在于，还包括将所述色散部与连接部密封的密封部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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