[其他]光學傳感器

無效

• 申請號: 88101478
• 申請日: 1988-03-17
• 公開（公告）號: CN88101478A
• 公開（公告）日: 1988-12-28
• 發明（設計）人: 戈登·里斯·瓊斯
• 申請（專利權）人: 利物浦大學
• 主分類號: G01D5/28
• 分類號: G01D5/28
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖掬昌,吳秉芬

本發明涉及一種參數的測量，特別要涉及利用某些材料的被稱為雙折射性質的光學傳感器。

雙折射材料中的折光率在各方向不是均勻的，而是隨方向不同而不同。一束進入雙折射材料的自然光將會分裂成兩種光線，即尋常光線和非常光線，其中一種光線橫向移離另一種光線。這兩種光線各在不同方向偏振。

已經公知的是應用雙折射材料來產生光調制器。這些已知的調制器，例如法拉弟效應調制器，是根據加到雙折射材料的調制電壓或磁場而改變其光束的偏振平面的。

本發明的一個目的是要用一種雙折射材料來提供一種能測量例如壓力、溫度等這樣一類參數的光學傳感器。

因此，提供了測量這類參數用的儀器。這種儀器包括一個多色光源;一個檢測器，該光源應適于將多色光沿一光路傳播至該檢測器;第一和第二偏振器應在縱向方向彼此互相隔離，取向時應使得第一偏振器的偏振軸基本上垂直于第二偏振器的偏振軸;雙折射材料的調制元件放置在該第一和第二偏振器之間的光路上，放置的位置應使得待測參數的變化通過該調制元件引起多色光的光路長度的變化，因而引起入射到該檢測器的光的顏色的變化，該檢測器包括至少第一和第二這兩個光響應元件，該第一元件的波長響應度要與第二元件的波長響應度不同;以及包括分析裝置，來自光響應元件的信號要被饋送至該分析裝置，該分析裝置從來自光響應元件的信號計算入射到該檢測器的如在色品（CIE）圖上以二個或更多的參數表示的多色光的顏色，該分析裝置要適用于待測的參數來闡明該檢測器的輸出。

由雙折射調制元件射出的尋常和非常光線將相消地干涉以抑制多色光的某些波長分量。因此，出射光會有一個由雙折射材料引進的“顏色特征”。光路長度是該材料的折射率和該光通過該材料所取路程長度的乘積。通過該材料的折射率的變化或是通過該材料光路長度的變化都將引起被抑制波長的分量的變化，從而引起到達該檢測器的光的顏色的變化。對于某些參數來說，要測量的參數將直接影響調制元件的折射率，并且改變由調制元件射出的光的顏色特征，例如，電場和磁場將以這種方式改變該元件的折射率。此外，如在鈮酸鋰調制元件上加上電壓，其折射率將會改變。其它已知雙折射材料也能以相似方式加以應用。

在一種方便的裝置中，使用了兩種不同的光響應元件，每一元件都有其本身的波長響應率特性。另一方面，如果需要，其中一個或兩個光響應元件都包括一個賦予一種顏色響應特性的有色濾光器，從而允許采用兩個相同的光響應元件。至少有第一和第二光響應元件的波長響應率最好使它們各自的波長/強度的曲線至少對一部分的波長譜來說是重疊的。

通過采用至少有第一和第二光響應元件，顏色變化的確定是由估計整個被選定的波譜（顏色調制）部分的變化而不是只測定二或更多被選定的波長（波長調制）處的變化作出的，因此，顏色A（由波長/強度曲線A表示）到顏色B（由波長/強度曲線B表示）的變化將由兩個曲線之間的區域算出，從而給出一個“真實”顏色的更完整的分析。波長調制之所以比較不復雜，就在于它是一種基于在二或更多的被選定的波長處的曲線之間的距離的計算。

“多色光”術語在這里指任一有多波長的輻射，特別是指既包括了可見光又包括了紅外光輻射。雖然為了易于理解，這里所使用的術語“顏色”決不應該意味著只可以采用可見光。在該儀器采用發射可見波譜外的輻射源的場合，術語“顏色”將會涉及輻射的光譜分布。

調制元件最好應這樣放置以使待測量的參數變化會在所說路程中引起調制元件的移動。在一種方便的裝置中，待測參數的變化會引起在所說路程中的調制元件比例的變化。在另一種裝置里，調制元件是這樣放置的，以使待測參數的變化會引起調制元件圍繞多色光路的縱軸的轉動。鑒于在雙折射材料中的折射率在所有方向上是不均勻的，調制元件的任一轉動都會改變光所通過的材料的折射率，因而也改變光路長度。另一種做法是將調制元件這樣放置，以使待測參數的變化會引起多色光通過調制元件所取路徑長度的變化。通過調制元件所取總路程長度的任何變化也會改變光路長度，從而改變被相消干涉所抑制的波長分量，并因而改變到達檢測器的顏色特征。

調制元件便于是非球形的，而且轉動支撐在多色光路中，以使待測參數的變化會引起調制元件的轉動。元件的轉動改變元件的厚度，為了到達該檢測器，多色光必須通過調制元件，從而改變光的顏色特征。另一種的調制元件是這樣的，以致待測參數的變化會引起調制元件尺寸的變化。在一種方便的裝置中，調制元件是這樣固定在多色光路上的，以致待測參數的變化會引起調制元件的變形。在待測參數是一壓力的情況下，調制元件便于呈膜片狀，該膜片放置在多色光路中，并安排得受待測壓力而彎曲。