TW201300760A - 包含可調整耦合之干涉式材料感測裝置及相關聯之方法 - Google Patents

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Abstract

一種材料感測裝置包括：一激發源，其經組態以在一工件中誘發波；及一光學波導干涉儀，其經組態以感測該工件中之該等誘發波。該光學波導干涉儀包括具有一探針段端部之一探針段及經組態以准許設定該探針段端部與該工件之間的一間隙之一可調整耦合器。一控制器耦合至該可調整耦合器且經組態以設定該探針段端部與該工件之間的該間隙。

Description

包含可調整耦合之干涉式材料感測裝置及相關聯之方法
本發明係關於干涉儀之領域，且更特定而言，係關於光學波導干涉儀及相關聯之方法。
超音波可用於探測各種材料，特別用於厚度測量及瑕疵偵測。超音波通常係用一壓電傳感器來產生。超音波傳播穿過材料，自界面(在厚度測量應用中)或內部特徵(在瑕疵偵測應用中)反射。經散射超音波致使材料之表面以超音波頻率振動。此振動可用類似於用於產生超音波之壓電傳感器之一壓電傳感器來偵測且然後對其進行分析以產生關於該材料之資料。
可替代壓電傳感器使用光學偵測技術來在遠端偵測超音波。通常，將一雷射探測束引導至材料上。當表面振動時，其將一相移賦予至經反射束上。在混合經反射探測束與一穩定參考束且量測光電偵測器輸出強度波動之振幅及頻率或相位之後，用一光電偵測器偵測此相移。參考束源自與經反射探測束相同之雷射源，且來自光電偵測器之輸出信號對應於表面運動。
關於雷射偵測系統之一個問題係低靈敏度。通常，正被探測之材料表面具有一漫反射或漫散射品質。因此，經反射束係高度異常的且其波前相對於參考束失配。因此，由光電偵測器產生之所得信號係弱的且缺少精確性。
在頒給O'Meara之第6,075,603號美國專利中，揭示一種 用於對一工件內之一聲源進行成像之非接觸式系統。在此系統中，一離散光學偵測器陣列配置成一圖案。按對應於偵測器陣列之一圖案將一探測束引導至一振動表面上。探測束被反射至偵測器陣列上且亦將一參考束與探測束成某一角度引導至偵測器陣列上以在偵測器上產生對應於表面振動圖案之條紋圖案。一讀出系統利用離散偵測器輸出產生一陣列輸出信號，該陣列輸出信號至少指示聲源相對於振動表面之一大小及二維位置。然而，此系統可能不提供所要準確性，且對探測束與表面及參考束與表面之間的路徑之長度中的波動可係敏感的。
頒給Pepper之第7,262,861號美國專利揭示一種達成對厚度、硬度、溫度之遠端感測及/或內部缺陷偵測之雷射超音檢驗裝置。一雷射產生器用光照射在一工件上以用於在一工件中產生一熱彈性聲反應。一探測雷射用一環形探測光照射在工件上以用於與工件中之聲信號相互作用，從而產生一經調變返回束。具有一敏感區之一光電偵測器用於偵測在該敏感區處由一參考信號與經調變返回束之一相互作用而產生之一環形條紋圖案。
然而，此系統可能不提供所要準確性，且對探測束與表面之間的路徑之長度中之波動或干涉儀之參考臂與量測壁之路徑長度中之波動可係敏感的。
鑒於上述背景技術，因此，本發明之一目標係提供一種生物材料感測裝置。根據本發明之此及其他目標、特徵及 優點係由准許調整一干涉儀探針與一工件之間的一間隙之一生物材料感測裝置來提供，該生物材料感測裝置包含：一激發源，其經組態以在一工件中誘發波；及一光學波導干涉儀，其經組態以感測該工件中之該等誘發波。該光學波導干涉儀包括具有一探針段端部之一探針段及經組態以准許設定該探針段端部與該工件之間的一間隙之一可調整耦合器。一控制器耦合至該可調整耦合器且經組態以設定該探針段與該工件之間的間隙。
該光學波導干涉儀亦可包含一雷射源及耦合至該控制器之一光電偵測器。一光學耦合器操作地連接該雷射源、該光電偵測器及該探針段。該控制器進一步經組態以基於該等所感測誘發波產生工件資料。
設定該探針段與該工件之間的該間隙有利地允許該光學波導干涉儀經調諧以使得該探針段端部與該工件之間的距離係自該探針段端部發射之光之波長之一所要分率或倍數。此幫助最小化所產生工件資料中之失真。
在某些應用中，該可調整耦合器可包括一壓電體。另一選擇為，該可調整耦合器可包括環繞該探針段端部之一套筒以及與該套筒相關聯之一加熱源及一冷卻源中之至少一者。在某些應用中，該加熱源可係一雷射。
該可調整耦合器包括環繞該探針段端部之一套筒。另外，該可調整耦合器可進一步包括經組態以驅策該套筒與該工件接觸之一偏壓部件。該探針端部包括具有一有角度端面之一光纖，且該激發源可包括至少一個脈衝雷射。
一方法態樣係針對一種感測一工件之方法，該方法包括：使用一激發源在該工件中誘發波；及使用包括一探針段端部之一光學波導干涉儀藉由至少設定該探針段端部與該工件之間的一間隙來感測該工件中之該等誘發波。
根據另一態樣，一種生物材料感測裝置包括：一激發源，其經組態以在一工件中誘發波；及一光學波導干涉儀，其經組態以感測該工件中之該等誘發波。該光學波導干涉儀包括一雷射源，及具有欲毗鄰該工件定位且界定與其之間的一間隙之一探針段端部之一探針段。一光學耦合器操作地連接該雷射源及該探針段。另外，一控制器耦合至該雷射源且經組態以調整該雷射源之波長以使得該波長之一所要倍數等於該探針段端部與該工件之間的間隙。
根據又一態樣，一種生物材料感測裝置包含：一激發源，其經組態以在一工件中誘發波；及一光學波導干涉儀，其經組態以感測該工件中之該等誘發波。該光學波導干涉儀包括一雷射源，及具有欲毗鄰該工件定位且界定與其之間的一間隙之一探針段端部之一探針段。一光學耦合器操作地連接該雷射源及該探針段且一控制器耦合至該雷射源且經組態以調整該雷射源之波長以使得該波長之一所要倍數等於該探針段端部與該工件之間的間隙。
現在，將在後文中參考其中展示本發明之較佳實施例之附圖更全面地闡述本發明。然而，本發明可以諸多不同形式體現，且不應視為僅限於本文所陳述之該等實施例。而 是，提供此等實施例以使得本發明將係全面的且完整的，且將本發明之範疇完全傳達給熟習此項技術者。通篇中，相似之編號指代相似之元件，且使用帶撇號之符號及多個撇號來指示替代實施例中之類似元件。
首先參考圖1，現在闡述根據本發明之一感測裝置10。感測裝置10用於感測或判定一標的物12之各種性質，包含(舉例而言)標的物之尺寸、標的物之材料組合物及標的物之厚度。
感測裝置10包含一激發源14(作為說明係一脈衝雷射)，激發源14經組態以在標的物12中誘發超音波。激發源14係一光學源且作為說明經由一光纖15耦合至標的物12，光纖15具有與該標的物實體接觸之一端部部分16，但應瞭解，在某些實施例中，激發源並非係經由一光纖耦合至標的物而是經由自由空間輻照標的物。激發源14藉由快速地加熱標的物12而在該標的物中誘發超音波。應瞭解，在某些應用中，激發源14可係一寬頻光學源或一經摻雜光纖放大器。
一光學波導干涉儀17感測誘發波且基於誘發波產生標的物資料。特定而言，光學波導干涉儀17包括具有耦合至標的物12之一探針段端部31之一探針段30。干涉儀雷射源18經由光纖21且透過一光學隔離器19及一光學耦合器22連接至一可調整耦合器24。亦耦合至光學耦合器22的係一光電偵測器20。
可調整耦合器24與標的物12實體接觸，且准許在探針段 端部31與該標的物之間設定一間隙。一控制器26耦合至可調整耦合器24且經組態以控制該可調整耦合器以藉此設定探針段端部31與標的物12之間的間隙。
現在闡述光學波導干涉儀17之操作。干涉儀雷射源18經由探針段端部31輻照標的物12。在探針段30內輻照之光之一部分在其撞擊探針段端部31時往回反射，穿過光學耦合器22且進入光電偵測器20中。類似地，在探針段30內輻照之光之一部分自探針段端部31輻照至標的物12上。然後，此光經由探針段端部31自標的物12往回反射至探針段30中，穿過光學耦合器22且進入光電偵測器20中。因此，自探針段端部31反射之光與自標的物12反射之光將組合，且光電偵測器20偵測其疊加。由標的物反射之光由於標的物12中之超音波及所產生振動而通常將經歷一相變，且因此將具有不同於由探針段端部31反射之光之一相位，從而致使在兩個光之間發生相長干涉及相消干涉。如熟習此項技術者將瞭解，此干涉因此反映對所感測誘發波之一偵測，且可對其進行分析以判定標的物之各種性質。
控制器26基於所感測誘發波產生標的物資料。為此，來自脈衝雷射14之一雷射脈衝在時域中觸發由控制器26執行之一量測循環之開始。控制器26所觀察到之信號峰值對應於表面波自激發點(亦即，來自脈衝雷射14之脈衝輻照在其上的標的物12之點)至探針段端部31之穿越時間。由於已知激發點與探針段端部31之間的距離，因此，可計算超音波在標的物12中之聲速度。藉由比較此聲速度與一不同 材料聲速度表，可判定該標的物之材料組合物。應理解，可使可調整耦合器24及激發源探針16掃描至標的物12上之不同位置，以便收集關於該標的物之諸多點之資訊。
控制器26可包含一處理器及與該處理器協作之一記憶體。在某些應用中，該記憶體可係揮發性或非揮發性的，且該處理器可係一積體電路。
另外，控制器26對由探針段端部31反射之光與由標的物12反射之光之疊加執行如熟習此項技術者所已知的典型干涉計算，以潛在地判定標的物之尺寸及/或厚度。由於由探針段端部31'反射之光與由標的物12反射之光行進之路徑之長度之一差異將在兩個光之間產生一額外相位差，因此期望彼路徑之長度之差異保持相同。亦即，期望探針段端部31與標的物12之間的間隙保持恆定，以使得該間隙係由探針段端部31'輻照且反射至探針段端部31'中之光之波長之一所要倍數。所使用之倍數在某些實施例中不需要係一整數，且在某些實施例中不需要大於1。
如上文所述，控制器26控制可調整耦合器24以調整該間隙。如圖2中所展示，在某些實施例中，可調整耦合器24可包括環繞探針段端部31之一套筒29，及用以驅策套筒29與標的物12實體接觸之一偏壓部件28。偏壓部件28包括經組態以接納套筒29之一圓筒，及經配置以便驅策套筒與標的物12接觸之一彈簧。一套圈35將探針段端部31可滑動地固持於套筒29內部。偏壓部件28驅策套筒19與標的物12接觸之目的係幫助粗略地調整探針段端部31與標的物12之間 的間隙，即使該標的物可能正在振動。
然而，熱漂移可致使套筒19、探針30及探針段端部31以不同速率膨脹及收縮，此導致間隙改變。由於此情形係不期望的，因此可調整耦合器24可包含額外組件以微調該間隙。
舉例而言，如圖3中所展示，可調整耦合器24'可包含環繞探針段端部31'之一壓電套筒32'，該壓電套筒32'繼而由套筒29'環繞。控制器26'施加一電壓至壓電套筒32'，從而致使該壓電套筒膨脹或收縮，藉此更改探針段端部31'之長度。因此，此允許微調探針段端部31'與標的物12'之間的間隙。控制器26'可經由任何適合方法耦合至壓電套筒32'，諸如套筒19'與壓電套筒32'之間的適合電觸點。
可調整耦合器24之另一實施例展示於圖4中，且包含環繞套筒19"之一溫度控制單元33"。作為說明，溫度控制單元33"係一帕耳帖(Peltier)效應單元，且由控制器26"控制。控制器26"使用帕耳帖效應單元24"來加熱或冷卻套筒19"及探針段端部31"以藉此致使套筒19"及探針段端部31"膨脹或收縮，此繼而允許微調探針段端部與標的物12"之間的間隙。
可調整耦合器24之一其他實施例展示於圖5中，且包含一雷射加熱源34'''，雷射加熱源34'''經組態以輻照套筒19'''且藉此加熱套筒19'''及探針段端部31'''以致使該套筒及該探針段端部膨脹或收縮，此繼而允許微調探針段端部與標的物12'''之間的間隙。
再次參考圖1，在以上實例中，應理解，控制器26基於一誤差信號來控制可調整耦合器24。舉例而言，此誤差信號可係由光電偵測器20偵測之光之DC分量。
感測裝置110之一其他實施例展示於圖6中。此處，不存在可機械調整耦合器，但激發源114、光學隔離器119、光學耦合器122、光電偵測器120、探針段130、探針段端部131及光纖115、121類似於上文參考圖1所闡述之元件。並非調整探針段端部131與標的物112之間的間隙以使得該間隙係由該探針段端部輻照且反射至該探針段端部中之光之波長之一所要倍數，而是控制器126調整干涉儀雷射源118之波長以使得波長之一所要倍數等於該間隙。
應理解，上文所揭示之感測裝置10、10'、10"、10'''、100可包含一激發源14、14'、14"、14'''、114陣列及一光學波導干涉儀18、18'、18"、18'''、118陣列。
另外參考圖7之流程圖40，現在闡述感測一標的物之一方法。在開始(方塊41)之後，藉由一激發源在一標的物中誘發波(方塊42)。接下來，由一光學波導干涉儀感測誘發波(方塊43)。該光學波導干涉儀包括具有一探針段端部之一探針段、經組態以准許設定該探針段端部與該標的物之間的一間隙之一可調整耦合器。
接下來，該方法包含使用耦合至該可調整耦合器之一控制器來設定該探針段端部與該標的物之間的間隙(方塊44)。然後，使用控制器基於所感測誘發波產生標的物資料(方塊45)。方塊46指示該方法之結束。
應理解，上文所揭示之感測裝置10、10'、100提供眾多優點。舉例而言，相對於通常產生較窄頻寬之習用壓電激發源，使用一脈衝雷射14、14'、114作為一激發源允許在標的物12、12'、112中誘發一寬頻寬之超音波。舉例而言，脈衝雷射14、14'、114可產生具有1 MHz以上之一頻寬之超音波，此藉助習用壓電激發源難以達成。另外，在一壓電激發源之情形下，通常需要一實體匹配層來達成激發源與標的物之間的一適當聲阻抗匹配。上文所揭示之感測裝置10、10'、100不遭受此缺點之影響且可藉由透過調諧干涉儀雷射18、18'、118波長或者調諧可調整耦合器24、24'、124'來調整干涉儀間距而非使用各種匹配層進行調適以適於廣泛之標的物材料。
另外，感測裝置10、10'、10"、10'''即時地且基於一回饋誤差信號調整探針段端部31、31'、31"、31'''與標的物12、12'、12"、12'''之間的間隙或干涉儀雷射源118之波長之能力提供精確結果，此乃因消極影響結果之效應可調整並減輕該等效應。此外，使用一脈衝雷射14、14'、14"、14'''、114作為激發源加上使用光學波導干涉儀17、17'、17"、17'''、117允許感測裝置10、10'、10"、10'''、110係小型的且可攜式的。此外，使用光纖將脈衝雷射14、14'、14"、14'''、114及干涉儀雷射源18、18'、18"、18'''、118耦合至標的物12、12'、12"、12'''、112允許難以達到標的物之感測，此乃因光纖可插入至小空間中。
本文中所揭示之感測裝置10、10'、10"、10'''、110可用 於各種各樣之應用中。舉例而言，該等感測裝置可用於醫學成像系統中以用於感測身體部位並對其進行成像。舉例而言，脈衝雷射14、14'、14"、14'''、114及干涉儀雷射源18、18'、18"、18'''、118之光纖可插入至動脈中，以對彼等動脈進行成像或量測其厚度，或可插入至一氣管中以對一病患之消化系統之各個組成部分進行成像。圖8中所展示的係其中感測裝置200(類似於上文所揭示之感測裝置)係一生物感測器件，且標的物212係具有一動脈壁250之一動脈的一實施例。此處，控制器將產生關於動脈壁250之解剖學資料，諸如動脈壁之一厚度或密度。熟習此項技術者將瞭解，可使用此感測裝置200感測任何生物樣本或身體部位。
另外，感測裝置10、10'、10"、10'''、110可用於材料檢驗。舉例而言，可使用感測裝置10、10'、10"、10'''、110檢驗微小銲縫或在無法接近之地方之銲縫。可使用感測裝置10、10'、10"、10'''、110檢驗電子器件中之線接合。可使用感測裝置10、10'、10"、10'''、110檢驗諸如飛機之航空電子設備中所使用之液壓管等液壓管或一機動車輛之刹車油管。圖9中所展示的係其中感測裝置300(類似於上文所揭示之感測裝置)係一材料檢驗器件，且標的物312係具有待檢驗之一銲縫350之一工件的一實施例。此處，控制器將產生關於材料銲縫350之材料資料，諸如銲縫350之一厚度、密度或組合物。當然，此材料檢驗器件300不需要僅限於銲縫檢驗且可用於感測或檢驗任何種類之工件。
應理解，上文所給出之特定使用實例絕不具有限制性，且熟習此項技術者將瞭解感測裝置10、10'、10"、10'''、110可用於無限數目個領域中。
參考圖10，現在闡述根據本發明之一感測裝置400之另一實施例。感測裝置400用於感測或判定一標的物402之各種性質，包含(舉例而言)標的物之尺寸、標的物之材料組合物及標的物之厚度。
感測裝置400包含一激發源404(作為說明係一寬頻光學源)，激發源404經組態以在標的物402中誘發超音波。激發源404係一光學源且作為說明經由一光纖406耦合至標的物402，光纖406具有與該標的物實體接觸之一端部部分408，但應瞭解，在某些實施例中，該激發源並非係經由一光纖耦合至標的物而是經由自由空間輻照標的物。激發源404藉由快速地加熱標的物402而在該標的物中誘發超音波。應瞭解，在某些應用中，激發源404可係一相干光學源(例如，一脈衝雷射)或一經摻雜光纖放大器。實際上，在某些應用中，激發源404可係具有與脈衝持續時間成反比之一光譜寬度之一脈衝雷射。
一光學波導干涉儀409感測誘發波且基於誘發波產生標的物資料。特定而言，光學波導干涉儀409包括經配置以界定一參考臂(430a至430e)及一量測壁(432a至432c)之複數個光學耦合器416、414、422及互連光纖430a至430e、432a至432c。一探針段417耦合至參考臂430c、430d之部分及量測壁432a之部分。探針段417具有欲毗鄰標的物 402b定位之一探針段端部418。一光學路徑長度調整器420耦合至參考臂430d、430e之部分。作為說明，光學路徑長度調整器420係一壓電體，但應理解，亦可使用任何適合光學路徑長度調整器或光纖延展器。
一參考光源410耦合至參考臂430a至430e且經組態以將光輻照至參考臂中且經由探針段端部418輻照至標的物402上。如熟習此項技術者將瞭解，該參考光源可係一雷射源或經摻雜光纖放大器。舉例而言，該參考光源可係具有一40 nm頻寬、以1550 nm之一波長為中心之一高增益摻鉺光纖放大器。
一光學功率偵測器412耦合至參考臂430a至430e且經組態以接收由標的物402反射至探針段端部418中之來自參考光源410之光。
複數個光學耦合器416、414、422包含將參考臂430c、430d之部分耦合至量測臂432a及探針段417之部分之一第一光學耦合器416。一第二光學耦合器414將第一光學耦合器416耦合至參考光源410及光學功率偵測器412。一第三光學耦合器422將參考臂430e之部分耦合至量測壁432a至432c之部分，藉此提供一差動輸出至光電偵測器424。
一控制器426耦合至光學路徑長度調整器420且經組態以調整參考臂430a至430e之一光學路徑長度以相對於量測臂432a至432c之一光學路徑長度維持一恆定關係。控制器426可基於光學功率偵測器412及/或提供至光電偵測器424之差動輸出來調整參考臂430a至430e之光學路徑長度。
熱漂移可致使參考臂430a至430e及量測臂432a至432c內之光纖之長度以不同速率膨脹及收縮，此導致其各別長度之改變。此係不期望的，此乃因其消極地影響感測裝置400之準確性。控制器426藉由使用光學路徑長度調整器420調整參考臂430a至430e之路徑長度來幫助矯正此不期望條件。藉由控制器426使用光學路徑長度調整器420將參考臂430a至430e及量測臂432a至432c之路徑長度匹配至0.0025英吋內允許特別準確之結果。
現在闡述光學波導干涉儀409之操作。由參考光源410輻照之光之一部分自探針段端部418輻照至標的物402上。然後，此光經由探針段端部418自標的物402往回反射至探針段417中，穿過第一光學耦合器416、穿過第二光學耦合器414且進入光學功率偵測器412中。光學功率偵測器412量測自標的物402反射之光學功率，且由於光學耦合器416、414、422之配置，僅量測自標的物反射之光學功率。亦即，光學耦合器416、414、422經配置以使得由參考光源410直接發射之光並不到達光學功率偵測器412，且僅自標的物402反射之光到達光學功率偵測器。
自參考光源410輻照之光之一部分藉由光學耦合器416、414、422之配置傳導穿過參考臂430a至430e且到達光電偵測器。因此，自標的物402反射之光與由參考光源410輻照且傳導穿過參考臂430a至430e之光之一部分將組合，且光電偵測器424偵測其疊加。
由標的物402反射之光由於標的物中之超音波及所產生 振動而通常將經歷一相變，且因此將具有不同於由參考光源410輻照且傳導穿過參考臂430a至430e之光之一相位，從而致使在兩個光之間發生相長干涉及相消干涉。如熟習此項技術者將瞭解，此干涉因此反映對所感測誘發波之一偵測，且可對其進行分析以判定標的物之各種性質。
控制器426基於所感測誘發波產生標的物資料。為此，來自激發源404之一脈衝在時域中觸發由控制器426執行之一量測循環之開始。控制器426所觀察到之信號峰值對應於表面波自激發點(亦即，來自激發源404之脈衝輻照在其上的標的物402之點)至探針段端部418之傳輸時間。由於已知激發點與探針段端部418之間的距離，因此，可計算超音波在標的物402中之聲速度。藉由比較此聲速度與一不同材料聲速度表，可判定該標的物之材料組合物。應理解，可使激發源探針408及探針段端部418掃描至標的物402上之不同位置，以便收集關於該標的物之諸多點之資訊。
控制器426可包含一處理器及與該處理器協作之一記憶體。在某些應用中，該記憶體可係揮發性或非揮發性的，且該處理器可係一積體電路。
另外，控制器426對自參考光源410輻照且經引導穿過參考臂430a至430e之光與由標的物402反射之光之疊加執行如熟習此項技術者所已知的典型干涉計算，以潛在地判定標的物之尺寸及/或厚度。
由於由探針段端部418反射之光及自參考光源410輻照且 經引導穿過參考臂430a至430e之光所行進之路徑之長度之一差異將在兩個光之間產生一額外相位差，因此，期望參考臂430a至430e之長度及量測臂432a至432e之長度保持相同，或至少維持參考臂與量測臂之長度之間的一恆定關係。若欲維持參考臂430a至430e與量測臂432a至432c之長度之間的一恆定關係，則期望長度差異係由參考光源410輻照之光之波長之一所要倍數。所使用之倍數在某些實施例中不需要係一整數且在某些實施例中不需要大於1。
應瞭解，光學路徑長度調整器420並不需要在所有實施例中皆藉由實體改變一光纖之一長度來操作。舉例而言，光學路徑長度調整器420可係可維持自標的物402反射之光與由參考光源410輻照且穿過參考臂430a至430e之光之間的一恆定相位關係的一可調整延遲線或相位調變器。維持參考臂430a至430e與量測臂432a至432c中之光之間的一恆定相位關係亦幫助提供準確結果。
在某些應用中，參考臂430a至430e甚至可包含一自由空間元件。現在參考圖11闡述一個此種實施例。此處，感測裝置500保持與圖10之感測裝置400相同，除了參考臂530a至530e包含一自由空間元件以外。此處，該自由空間元件含納於一可調整透鏡配置521內。參考光纖530d端接於可調整透鏡配置521之第一側上之一耦合器處，且經由自由空間且穿過一第一透鏡523輻照參考光。該參考光然後通過一第二透鏡525，該第二透鏡525經由另一耦合器將光聚焦回至參考光纖530e中。第一透鏡523與第二透鏡525之間 的距離可基於自控制器526接收之輸入調整。此藉此允許調整參考臂530a至530e之路徑之長度。
現在參考圖12之流程圖550闡述操作一感測裝置之一方法。該感測裝置包含一光學波導干涉儀，該光學波導干涉儀包括經配置以界定一參考臂、一量測臂、耦合至該參考臂及該量測臂且具有一探針段端部之一探針段之複數個光學耦合器及互連光纖以及耦合至該參考臂之一光學路徑長度調整器。
在方法之開始(方塊551)之後，使用一激發源在一標的物中誘發波(方塊552)。然後，毗鄰該標的物定位一探針段端部(方塊553)。
然後，使用一控制器經由光學路徑長度調整器調整參考臂之一光學路徑長度以相對於量測臂之一光學路徑長度維持一恆定關係(方塊554)。然後，使用耦合至控制器之一光電偵測器感測誘發波(方塊555)。然後，使用控制器基於所感測誘發波產生標的物資料(方塊556)。方塊557指示該方法之結束。
應理解，上文所揭示之感測裝置400、500可包含一激發源404、504陣列及一光學波導干涉儀409、509陣列。
本文中所揭示之感測裝置400、500可用於各種應用中。舉例而言，該等感測裝置可用於醫學成像系統中以用於感測身體部位並對其進行成像。舉例而言，激發源及參考光源410、510之光纖406、408、506、508可插入至動脈中，以對彼等動脈進行成像或量測其厚度，或可插入至一氣管 中以對一病患之消化系統之各個組成部分進行成像。圖13中所展示的係其中感測裝置600(類似於上文所揭示之感測裝置400、500)係一生物感測器件，且標的物係具有一動脈壁650之一動脈的一實施例。此處，控制器將產生關於動脈壁650之解剖學資料，諸如動脈壁之一厚度或密度。熟習此項技術者將瞭解可使用此感測裝置600感測任何生物樣本或身體部位。
另外，感測裝置400、500可用於材料檢驗。舉例而言，可使用感測裝置400、500檢驗微小銲縫或在無法接近之地方之銲縫。可使用感測裝置400、500檢驗電子器件中之線接合。可使用感測裝置400、500檢驗諸如飛機之航空電子設備中所使用之液壓管等液壓管或一機動車輛之刹車油管。圖14中所展示的係其中感測裝置700(類似於上文所揭示之感測裝置)係一材料檢驗器件，且標的物702係具有待檢驗之一銲縫750之一工件的一實施例。此處，控制器將產生關於材料銲縫750之材料資料，諸如銲縫750之一厚度、密度或組合物。當然，此材料檢驗器件700不需要僅限於銲縫檢驗且可用於感測或檢驗任何種類之工件。
應理解，上文所給出之特定使用實例絕不具有限制性，且熟習此項技術者將瞭解感測裝置400、500、600、700可用於無限數目個領域中。
10‧‧‧感測裝置
12‧‧‧標的物
12'‧‧‧標的物
12"‧‧‧標的物
12'''‧‧‧標的物
14‧‧‧激發源/脈衝雷射
15‧‧‧光纖
16‧‧‧端部部分/激發源探針
17‧‧‧光學波導干涉儀
18‧‧‧干涉儀雷射源/光學波導干涉儀/干涉儀雷射
19‧‧‧光學隔離器/套筒
20‧‧‧光電偵測器
21‧‧‧光纖
22‧‧‧光學耦合器
24‧‧‧可調整耦合器
24'‧‧‧可調整耦合器
24"‧‧‧帕耳帖效應單元
26‧‧‧控制器
28‧‧‧偏壓部件
29‧‧‧套筒
29'‧‧‧套筒
29'''‧‧‧套筒
30‧‧‧探針/探針段
31‧‧‧探針段端部
31'‧‧‧探針段端部
31"‧‧‧探針段端部
31'''‧‧‧探針段端部
32'‧‧‧壓電套筒
35‧‧‧套圈
110‧‧‧感測裝置
112‧‧‧標的物
114‧‧‧激發源/脈衝雷射
115‧‧‧光纖
117‧‧‧光學波導干涉儀
118‧‧‧干涉儀雷射源/光學波導干涉儀/干涉儀雷射
119‧‧‧光學隔離器
120‧‧‧光電偵測器
121‧‧‧光纖
122‧‧‧光學耦合器
126‧‧‧控制器
130‧‧‧探針段
131‧‧‧探針段端部
212‧‧‧標的物
250‧‧‧動脈壁
312‧‧‧標的物
350‧‧‧銲縫/材料銲縫
400‧‧‧感測裝置
402‧‧‧標的物
404‧‧‧激發源
406‧‧‧光纖
408‧‧‧端部部分/光纖/激發源探針
409‧‧‧光學波導干涉儀
410‧‧‧參考光源
412‧‧‧光學功率偵測器
414‧‧‧光學耦合器/第二光學耦合器
416‧‧‧光學耦合器/第一光學耦合器
417‧‧‧探針段
418‧‧‧探針段端部
420‧‧‧光學路徑長度調整器
422‧‧‧光學耦合器/第三光學耦合器
424‧‧‧光電偵測器
426‧‧‧控制器
430a‧‧‧互連光纖/參考臂
430b‧‧‧互連光纖/參考臂
430c‧‧‧互連光纖/參考臂
430d‧‧‧互連光纖/參考臂
430e‧‧‧互連光纖/參考臂
432a‧‧‧互連光纖/量測臂
432b‧‧‧互連光纖/量測臂
432c‧‧‧互連光纖/量測臂
500‧‧‧感測裝置
504‧‧‧激發源
506‧‧‧光纖
508‧‧‧光纖
509‧‧‧光學波導干涉儀
510‧‧‧參考光源
521‧‧‧可調整透鏡配置
526‧‧‧控制器
530a‧‧‧參考臂
530b‧‧‧參考臂
530c‧‧‧參考臂
530d‧‧‧參考臂
530e‧‧‧參考臂
600‧‧‧感測裝置
650‧‧‧動脈壁
700‧‧‧感測裝置
750‧‧‧銲縫/材料銲縫
圖1係根據本發明之一感測裝置之一示意性方塊圖。
圖2係與圖1之感測裝置一起使用之一可調整耦合器之一 示意性剖視圖。
圖3係諸如可與圖1之感測裝置一起使用之另一可調整耦合器之一示意性剖視圖。
圖4係諸如可與圖1之感測裝置一起使用之又一可調整耦合器之一示意性剖視圖。
圖5係諸如可與圖1之感測裝置一起使用之一額外可調整耦合器之一示意性剖視圖。
圖6係根據本發明之一感測裝置之另一實施例之一示意性方塊圖。
圖7係根據本發明之感測一標的物之一方法之一流程圖。
圖8係根據本發明之感測一動脈壁之一生物感測裝置之一可調整耦合器之一部分示意性剖視圖。
圖9係根據本發明之感測一銲縫之一材料檢驗裝置之一可調整耦合器之一部分示意性剖視圖。
圖10係根據本發明之另一感測裝置之一示意性方塊圖。
圖11係根據本發明之又一感測裝置之一示意性方塊圖。
圖12係根據本發明之感測一標的物之另一方法之一流程圖。
圖13係根據本發明之感測一動脈壁之一生物感測裝置之一部分示意性剖視圖。
圖14係根據本發明之感測一銲縫之一材料檢驗裝置之一部分示意性剖視圖。
312‧‧‧標的物
350‧‧‧銲縫/材料銲縫

Claims (10)

  1. 一種材料感測裝置，其包括：一激發源，其經組態以在一工件中誘發波；一光學波導干涉儀，其經組態以感測該工件中之該等誘發波，且包括一探針段，其具有一探針段端部，一可調整耦合器，其經組態以准許設定該探針段端部與該工件之間的一間隙，一光電偵測器，及一控制器，其耦合至該可調整耦合器及該光電偵測器，且經組態以設定該探針段端部與該工件之間的該間隙，及基於該等所感測誘發波產生工件資料。
  2. 如請求項1之材料感測裝置，其中該控制器產生該工件資料以表示該工件之一厚度、一組合物及一密度中之至少一者。
  3. 如請求項1之材料感測裝置，其中該光學波導干涉儀進一步包括：一雷射源；及一光學耦合器，其操作地連接該雷射源、該光電偵測器及該探針段。
  4. 如請求項1之材料感測裝置，其中該可調整耦合器包括一壓電體。
  5. 如請求項1之材料感測裝置，其中該可調整耦合器包括 環繞該探針段端部之一套筒以及與該套筒相關聯之一加熱源及一冷卻源中之至少一者。
  6. 如請求項5之材料感測裝置，其中該加熱源包括一雷射。
  7. 如請求項1之材料感測裝置，其中該可調整耦合器包括環繞該探針段端部之一套筒及經組態以驅策該套筒與該工件接觸之一偏壓部件。
  8. 一種感測一工件之方法，其包括：使用一激發源在該工件中誘發波；使用包括一光電偵測器及具有一探針段端部之探針段之一光學波導干涉儀藉由至少以下操作來感測該工件中之該等誘發波使用一可調整耦合器設定該探針段端部與該工件之間的一間隙，及使用耦合至一光電偵測器之一控制器基於該等所感測誘發波產生工件資料。
  9. 如請求項8之方法，其中產生該工件資料以表示該工件之一密度、一厚度及一組合物中之至少一者。
  10. 如請求項8之方法，其中設定該間隙包括：使用耦合至該可調整耦合器之一控制器來設定該探針段與該工件之間的該間隙。
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