[发明专利]一种倾斜角错位反射式强度调制型光纤传感器探头

说明书

本发明涉及一种倾斜角错位反射式强度调制型光纤传感器探头，包括发送光纤，接收光纤，以及封装发送光纤与接收光纤的套筒；发送光纤的一端与发射光的激光器连接，接收光纤和参考光路分别与光电探测器连接；其特点是光纤传感器探头是以发送光纤中心为轴，发送光纤布置在探头的中心，接收光纤与发送光纤成β角度，并倾斜的均匀分布在发送光纤周围，接收光纤的末端和发送光纤都是紧密排列的，即所述的光纤传感器探头为同轴结构；本发明探头能够完成表面包含曲率较大的点的有效测量，不但能够减小死区，提高灵敏度还能扩大线性测量区间的范围，极大地提高了反射式强度调制型光纤传感器的性能。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种倾斜角错位反射式强度调制型光纤传感器探头。

背景技术

光纤传感器是20世纪70年代迅速发展起来的一种新型传感器。近几十年来，随着光纤技术的不断发展，在多种非接触测量系统中光纤传感器技术已发展成熟，反射式强度调制型(RIM)光纤传感器因其稳定性、可靠性等特点广泛应用在表面形貌测量中。

测量物体表面形貌时必然会遇到曲率较大的点，此时反射光的角度会很大，若被测表面曲率变化较大点较多则进入接收光纤的光就会相对应的减小。而且RIM型光纤传感器是通过光强变化来测量表面形貌的，因此对光强的补偿显得尤为重要。因而，要提高测量系统的测量景区和测量范围需要对光纤探头的结构进行改进。

目前，常见的反射式光纤传感器探头的端面以平面为主，也就是出射光纤和入射光纤的纤端在同一平面上，其内部光纤束排列主要呈随机型，平行型，同轴型和半圆型排列，各种不同的排列方式影响测量范围的大小和灵敏度的高低。对于测两物体表面形貌或者粗糙度的的光纤探头大都是单圈同轴式或者双圈同轴式的结构，这两种结构的端面都是平面，发送光纤和接受光纤在同一个平面内。因为发送光纤和接收光纤是紧密排列的，所以在同一平面内的的结构对于测量喊曲率较大的点的平面时会丢失很多数据。

对光强进行补偿时，常用的补偿结构分为两种，一种是采用三光纤补偿结构，另一种是从激光器出引入一条参考光路作为补偿。三光线补偿结构可以利用两组信息相关性与差异进行数据处理达到补偿目的，但是没有办法消除光源波动、零漂等问题。

发明内容

本发明的目的旨在克服光纤传感器探头的结构的缺点和不足，提出了一种可以减小死区、增大线性测量区间、提高测量灵敏度的倾斜角错位反射式强度调制型光纤传感器探头。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种倾斜角错位反射式强度调制型光纤传感器探头，包括发送光纤1，接收光纤2，以及封装发送光纤1与接收光纤2的金属套筒；所述的发送光纤的一端与发射光的激光器连接，接收光纤和参考光路分别与光电探测器连接；其特征在于：所述的光纤传感器探头是以发送光纤中心为轴，所述的发送光纤布置在探头的中心，接收光纤与发送光纤成β角度4，并倾斜的均匀分布在发送光纤周围，接收光纤的末端和发送光纤都是紧密排列的，即所述的光纤传感器探头为同轴结构。

所述的接收光纤有六根，所述的发送光纤端面与接收光纤端面间有向内缩的错位量3。

所述的接收光纤和参考光路与光电探测器之间都采用FC连接器耦合连接。

所述的发射光纤为芯径9μm的多模光纤，接收光纤均为芯径65μm的多模光纤。

所述的接收光纤与发送光纤成倾斜角β＝2°。

所述的发送光纤端面与接收光纤端面之间的错位量为200um。

本发明与现有技术相比具有实质性特点和显著性效果：

本发明的探头结构基于单圈同轴式探头结构改良为采用包含倾斜角的错位式光纤探头结构，能够完成表面包含曲率较大的的点的有效测量，不但能够减小死区，提高灵敏度还能扩大线性测量区间的范围，极大地提高了反射式强度调制型光纤传感器的性能。