[發明專利]一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置及傳感方法

有效

• 申請號: 201610165142.2
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105841609B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 倪赫;鄒麗敏;張鵬;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種激光傳感裝置及基于該裝置的傳感方法，屬于尺寸測量技術領域。

背景技術

在具有微尺寸和大深徑比的內腔結構的測量領域，使用光纖制作探針是一個重要的技術方案，具有易于微型化和易于制作等優點。

申請號為201510381723.5的發明專利公開了一種基于光纖出射光探測的組合懸臂梁探針傳感裝置，激光器發出的激光通過光纖出射，光纖的一端由夾持器固定，構成單端固定的光纖懸臂梁，將探針垂直固裝在單端光纖懸臂梁的中部，該傳感裝置利用探針在接觸物體時帶動單端固定光纖懸臂梁的出射端偏移，導致出射光在光電探測器上聚焦形成的光斑位置發生偏移，完成傳感。

常用的位置光電探測器有CCD、PSD和QPD等，這些位置光電探測器的量程與分辨率成反比，高分辨率的位置光電探測器的測量量程很小，因此上述發明專利公開的傳感裝置的不足之處在于，無法實現大量程、高分辨率的傳感。

發明內容

本發明的目的是為了解決基于光纖出射光探測的組合懸臂梁探針傳感裝置，無法實現大量程、高分辨率的傳感的問題，提出了一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置和基于該裝置的傳感方法。

本發明所述的一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置，它包括激光器1、光纖2、夾持器3、探針4、物鏡5、分光鏡6、第一收集透鏡7、第一光電探測器8、管鏡9、掃描透鏡10、二維掃描振鏡組11、第二收集透鏡12和第二光電探測器13；

激光器1的輸出端連接光纖2的一端，夾持器3用于固定光纖2的中部，以光纖2被夾持器3固定的部分和光纖2的另一端作為兩個端點的一段光纖構成光纖懸臂梁，探針4的一端與光纖懸臂梁的中部固定連接，光纖懸臂梁與探針4的夾角大于0度、小于180度，探針4的另一端上設置有觸球14；

經光纖2的另一端出射的激光經物鏡5準直，入射至分光鏡6，入射至分光鏡6的一部分激光被反射，另一部分激光經分光鏡6透射；

被分光鏡6反射的激光經第一收集透鏡7聚焦后入射至第一光電探測器8的探測面；

經分光鏡6透射的激光依次經過管鏡9和掃描透鏡10后，平行射入二維掃描振鏡組11，經二維掃描振鏡組11出射的激光經第二收集透鏡12的聚焦后，入射至第二光電探測器13的探測面；

第一光電探測器8的量程大于第二光電探測器13的量程。

本發明所述的基于一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置的傳感方法，經光纖2的另一端出射的激光，一部分被聚焦入射至第一光電探測器8的探測面，另一部分被聚焦入射至第二光電探測器13的探測面；

當探針4接觸被測物，第二光電探測器13探測面上的聚焦光斑的位置發生偏移時，完成一次傳感；

當探針4接觸被測物，聚焦光斑的位置偏移量大于第二光電探測器13的量程、小于第一光電探測器8的量程時，根據第一光電探測器8所探測到的聚焦光斑的位置偏移量，控制二維掃描振鏡組11，使經其出射的激光發生偏轉，使第二光電探測器13探測到聚焦光斑、且該聚焦光斑的位置與光纖2的另一端同步移動。

本發明所述的一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置，第一光電探測器8的量程大、分辨率低，第二光電探測器13的量程小、分辨率高，配合使用能夠實現大量程、高分辨率的傳感。

附圖說明

圖1是實施方式一所述的一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置的結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于光束掃描探測的組合懸臂梁探針傳感裝置，它包括激光器1、光纖2、夾持器3、探針4、物鏡5、分光鏡6、第一收集透鏡7、第一光電探測器8、管鏡9、掃描透鏡10、二維掃描振鏡組11、第二收集透鏡12和第二光電探測器13；

激光器1的輸出端連接光纖2的一端，夾持器3用于固定光纖2的中部，以光纖2被夾持器3固定的部分和光纖2的另一端作為兩個端點的一段光纖構成光纖懸臂梁，探針4的一端與光纖懸臂梁的中部固定連接，光纖懸臂梁與探針4的夾角大于0度、小于180度，探針4的另一端上設置有觸球14；

經光纖2的另一端出射的激光經物鏡5準直，入射至分光鏡6，入射至分光鏡6的一部分激光被反射，另一部分激光經分光鏡6透射；

被分光鏡6反射的激光經第一收集透鏡7聚焦后入射至第一光電探測器8的探測面；