CN2769848Y - 微型集成共焦式光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微型集成共焦式光纤传感器。其包括光信号输入装置1、光耦合器3和计算机检测系统11，光耦合器3的光纤9接有测头装置14，测头装置14包括单模光纤4和自聚焦透镜6，光纤9通过单模光纤4接自聚焦透镜6。本实用新型解决了背景技术中的共焦式光纤传感器存在的耦合效率低、测量效率低、结构复杂、不易封装、稳定性差且可靠性差的技术问题。

Description

微型集成共焦式光纤传感器

一、技术领域

本实用新型涉及一种微型集成共焦式光纤传感器。

二、背景技术

近年来，高分辨率非接触的光聚焦探测技术已成为高精度计量仪器的重要组成部分。其中，基于共焦原理的测量技术已经引起国内外众多科研和工程技术人员的普遍关注，利用了共焦显微镜独特的轴向响应特性，已开发出一些共焦探测技术。但是，这些探测技术都是基于显微物镜的，不利于探测端部的微型化，不能用于微型尺寸的探测。美国专利5991040中基于共焦原理测量物体表面形貌的测量装置，光源的输出、光信号耦合到被测物体上，均采用普通会聚透镜，耦合效率低，测量效率低，而且结构复杂，封装难度大，稳定性差。ZHANG Jie，TAN Jiubin.Reflective Optical SensingTechnique Based on a Confocal Principle[J].J.of Acta Photonica Sinica.，2001，30(11)：1361-1365.(in Chinese)-文中从光纤传感器微型化和高精度一体化的设计角度出发，给出了一种基于共焦显微成像原理，由X型光纤和自聚焦透镜组成的光纤传感器及其系统。该设计中激光器发出的光经物镜耦合进光纤中，耦合效率低，稳定性差，而且不易封装；光纤与透镜之间的耦合也无固定装置保证，使用不便，测量稳定性和可靠性不能保证。

三、实用新型内容

本实用新型解决了背景技术中的共焦式光纤传感器存在的耦合效率低、测量效率低、结构复杂、不易封装、稳定性差且可靠性差的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型包括光信号输入装置1、光耦合器3和计算机检测系统11，其特殊之处在于：所述光耦合器3的光纤9接有测头装置14，测头装置14包括单模光纤4和自聚焦透镜6，光纤9通过单模光纤4与自聚焦透镜6相接。

上述测头装置14还包括用于固定单模光纤4的毛细管5，所述单模光纤4插入到毛细管5中。

上述毛细管5和自聚焦透镜6间通过玻璃管12固定。

上述单模光纤4插入毛细管5中的出射端部分用353ND胶15固定。

上述自聚焦透镜6和毛细管5相对应的两端面为斜面，且相互平行。

上述斜面所成角度为8度。

上述自聚焦透镜6两端镀有增透膜。

上述测头装置14还包括位移控制器13，所述位移控制器13与计算机检测系统11相接。

上述光信号输入装置1为带尾纤7的半导体激光器。

上述光耦合器3的分光比为50∶50或10∶90。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型采用带尾纤式半导体激光器输入，其结构简单，输入效率高且输入功率稳定。

2、本实用新型发送光信号的单模光纤与自聚焦透镜耦合效率高，可以达到98％以上。

3、本实用新型采用毛细管固定光纤，与自聚焦透镜一起封装，使光纤和自聚焦透镜之间的耦合效率高，并且可以增强系统稳定性，使用方便，操作简单。

4、本实用新型采用具有不同分光比的光耦合器输入反射光信号，可以增加探测器对反射光的接收，便于对采集的光信号进行处理，使测量效果更好，且提高了探测器接收反射光信号的效率。

5、本实用新型采用自聚焦透镜，其体积小，重量轻，成像质量好，可以使系统达到测量精度高与体积微小型化的统一。

6、本实用新型采用位移控制器来移动测头与被测物体之间的距离，可以自动调焦，便于测量静态物体，准确度高。

四、附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型固定单模光纤的毛细管和自聚焦透镜的封装示意图。

五、具体实施方式

参见图1、2，本实用新型包括输入光信号的光信号输入装置1，接收光信号的探测器2，光耦合器3，单模光纤4，毛细管5，自聚焦透镜6，位移控制器13。其中，光信号输入装置1为带尾纤7的半导体激光器，其输入效率高，而且输入功率稳定，光信号进入单模光纤4后，与自聚焦透镜6耦合，单模光纤4的出射端部分去除涂覆层约7mm，插入毛细管5内孔里，毛细管5的内孔里涂有353ND胶15，再经过烘烤，用于固定单模光纤4的出射端部分，单模光纤4的出射端面磨成8度角斜面，并经过研磨抛光处理，再镀上增透膜，目的是增加透过率，提高回波损耗。单模光纤4与自聚焦透镜6之间有一段距离，这样单模光纤4的出射端相当于共焦原理成像中的点光源。自聚焦透镜6两端镀有增透膜，其一端是8度角斜面，与毛细管5的8度角斜面平行，这样可以减少插入损耗，提高回波损耗。毛细管5和自聚焦透镜6装在玻璃管12里，在玻璃管12与毛细管4和自聚焦透镜6的接触处灌上353ND胶15，烘烤固定。位移控制器13与计算机检测系统11相接。

本实用新型工作时，由半导体激光器从尾纤7输入光信号，光信号经过光耦合器3进入另一端光纤9，再进入与光纤9相连的单模光纤4，光信号在单模光纤4的出射端输出，经过自聚焦透镜6，聚焦在物体表面。这样，产生的反射光又经过自聚焦透镜6进入单模光纤4的出射端，这时单模光纤的出射端又取到点接收器的作用，反射光经单模光纤4后，到达光耦合器3，经过光耦合器的另一端光纤10，到达接收光信号的探测器2，与探测器2相连的计算机检测系统11对接收到的反射光信号进行数据采集处理。当位移控制器13移动测头装置14使物体位于透镜焦平面时，反射光被精确地聚焦在光纤4的出射端上，焦点以外的光将全被针孔屏蔽，此时探测器2接收到的光能量最大；当物体表面偏离焦平面时，反射光被聚焦于光纤4的出射端前面或后面的某个位置上，此时探测器2仅仅能接受到小部分光能量。这样，当探测器2接收到的光能量最大时，与计算机检测系统11相连的位移控制器13会得到反馈信号，使其停止移动，这时计算机检测系统11就会得到最好的检测信息。

Claims (10)

1、一种微型集成共焦式光纤传感器，包括光信号输入装置(1)、光耦合器(3)和计算机检测系统(11)，其特征在于：所述光耦合器(3)的光纤(9)接有测头装置(14)，所述测头装置(14)包括单模光纤(4)和自聚焦透镜(6)，所述光纤(9)通过单模光纤(4)接自聚焦透镜(6)。

2、根据权利要求1所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述测头装置(14)还包括用于固定单模光纤(4)的毛细管(5)，所述单模光纤(4)插入到毛细管(5)中。

3、根据权利要求2所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述毛细管(5)和自聚焦透镜(6)间通过玻璃管(12)固定。

4、根据权利要求3所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述单模光纤(4)插入毛细管(5)中的出射端部分用353ND胶(15)固定。

5、根据权利要求4所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述自聚焦透镜(6)和毛细管(5)相对应的两端面为斜面，且相互平行。

6、根据权利要求5所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述斜面所成角度为8度。

7、根据权利要求6所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述自聚焦透镜(6)两端镀有增透膜。

8、根据权利要求1至7任一权利要求所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述测头装置(14)还包括位移控制器(13)，所述位移控制器(13)与计算机检测系统(11)相接。

9、根据权利要求1所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述光信号输入装置(1)为带尾纤(7)的半导体激光器。

10、根据权利要求1所述的微型集成共焦式光纤传感器，其特征在于：所述光耦合器(3)的分光比为50∶50或10∶90。

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