[發(fā)明專利]一種含傾斜角的反射式雙圈同軸型光纖傳感器探頭

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910147101.4
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109781155A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊瑞峰;郭晨霞;楊睿
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 李印貴

本發(fā)明涉及一種含傾斜角的反射式雙圈同軸型光纖傳感器探頭，包括發(fā)送光纖，內(nèi)圈接收光纖和外圈接收光纖；發(fā)送光纖的一端與發(fā)射光的激光器連接，內(nèi)圈接收光纖和外圈接收光纖分別與光電探測器連接；其特點(diǎn)是光纖傳感器探頭是以發(fā)送光纖中心為軸，發(fā)送光纖布置在探頭的中心，內(nèi)圈接收光纖和發(fā)送光纖呈同心圓結(jié)構(gòu)緊密排列且末端在同一平面內(nèi)，外圈接收光纖與發(fā)送光纖中心軸線成β＝2.33°角度，末端與內(nèi)圈接收光纖末端相切，其末端在同一個曲面內(nèi)，其中中心經(jīng)過發(fā)送光纖的軸線；它減小了測量帶來的誤差，改善了測量不準(zhǔn)的情況，測量靈敏度提高了約1.89倍，測量的線性區(qū)間范圍擴(kuò)大了約1.14倍，提高了用于表面形貌測量的光纖傳感器的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含傾斜角的反射式雙圈同軸型光纖傳感器探頭。

背景技術(shù)

光纖傳感器是20世紀(jì)70年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。近幾十年來，隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，在多種非接觸測量系統(tǒng)中光纖傳感器技術(shù)已發(fā)展成熟。將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于表面微觀形貌的測量，可以實(shí)現(xiàn)非接觸的高精度測量。實(shí)用性的光纖傳感器一般都以強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器為主。反射式強(qiáng)度調(diào)制型(RIM)光纖傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻帶寬、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在表面形貌測量中。

任何被測件表面經(jīng)切削、研磨等加工過程中因溫度和壓力等因素的變化，導(dǎo)致表面各處反射率不同，在測量表面形貌時帶來誤差。此種誤差，可采用雙圈同軸型光纖傳感器結(jié)合比值法來減小。

目前，常見的反射式光纖傳感器探頭的端面以平面為主，也就是出射光纖和入射光纖的纖端在同一平面上，其內(nèi)部光纖束排列主要呈隨機(jī)型，平行型，同軸型和半圓型排列，各種不同的排列方式影響測量范圍的大小和靈敏度的高低。因?yàn)榘l(fā)送光纖和接收光纖是緊密排列的，所以在同一平面內(nèi)的的結(jié)構(gòu)對于測量喊曲率較大的點(diǎn)的平面時會丟失很多數(shù)據(jù)。引入外圈光纖的傾斜角可以有效擴(kuò)大雙圈同軸式光纖傳感器的測量范圍和靈敏度，還可以改善表面某些曲率變化較大的點(diǎn)測不準(zhǔn)的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服光纖傳感器探頭的結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)和不足，提出了一種增大線性測量區(qū)間、提高測量靈敏度的包含外圈光纖傾斜角的反射式光纖傳感器探頭。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種含傾斜角的反射式雙圈同軸型光纖傳感器探頭，包括發(fā)送光纖1，至少兩圈接收光纖，即內(nèi)圈接收光纖2，外圈接收光纖3；所述的發(fā)送光纖的一端與發(fā)射光的激光器連接，內(nèi)圈接收光纖和外圈接收光纖分別與光電探測器的兩個采集通道連接；其特征在于：所述的光纖傳感器探頭是以發(fā)送光纖中心為軸，所述的發(fā)送光纖布置在探頭的中心，內(nèi)圈接收光纖與發(fā)送光纖的末端在同一平面內(nèi)，外圈接收光纖與發(fā)送光纖的軸線成角度為β，發(fā)送光纖端面與內(nèi)圈接收光纖在一個平面內(nèi)，外圈接收光纖與內(nèi)圈接收光纖部分相切并分布在同一曲面內(nèi)，接收光纖的末端和發(fā)送光纖都是緊密排列的，即所述的光纖傳感器探頭為雙圈同軸結(jié)構(gòu)。

所述的內(nèi)圈接收光纖有六根，外圈接收光纖有十二根，所述的曲面為球面內(nèi)。

所述的內(nèi)圈接收光纖和外圈接收光纖與光電探測器之間都采用FC連接器耦合連接。

所述的發(fā)射光纖為芯徑9μm的多模光纖，接收光纖均為芯徑65μm的多模光纖，且其包層直徑都為125μm。

所述的外圈接收光纖與發(fā)送光纖軸線傾斜角為β＝2.33°。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著性效果：

本發(fā)明的光纖傳感器探頭結(jié)構(gòu)基于單圈同軸式探頭結(jié)構(gòu)改良為采用外圈接收光纖包含傾斜角的光纖探頭結(jié)構(gòu)，能夠減小因表面反射率不同給測量帶來的誤差，還可以改善因某些曲率較大的點(diǎn)的測不準(zhǔn)的情況。在測量性能方面，相比較于單圈同軸型光纖傳感器，靈敏度提高了約1.89倍，用于測量的線性區(qū)間范圍擴(kuò)大了約1.14倍。此種光纖傳感器探頭結(jié)構(gòu)極大地提高了用于表面形貌測量的反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的性能。