[其他]光学传感器

说明书

本发明涉及一种参数的测量，特别要涉及利用某些材料的被称为双折射性质的光学传感器。

双折射材料中的折光率在各方向不是均匀的，而是随方向不同而不同。一束进入双折射材料的自然光将会分裂成两种光线，即寻常光线和非常光线，其中一种光线横向移离另一种光线。这两种光线各在不同方向偏振。

已经公知的是应用双折射材料来产生光调制器。这些已知的调制器，例如法拉弟效应调制器，是根据加到双折射材料的调制电压或磁场而改变其光束的偏振平面的。

本发明的一个目的是要用一种双折射材料来提供一种能测量例如压力、温度等这样一类参数的光学传感器。

因此，提供了测量这类参数用的仪器。这种仪器包括一个多色光源;一个检测器，该光源应适于将多色光沿一光路传播至该检测器;第一和第二偏振器应在纵向方向彼此互相隔离，取向时应使得第一偏振器的偏振轴基本上垂直于第二偏振器的偏振轴;双折射材料的调制元件放置在该第一和第二偏振器之间的光路上，放置的位置应使得待测参数的变化通过该调制元件引起多色光的光路长度的变化，因而引起入射到该检测器的光的颜色的变化，该检测器包括至少第一和第二这两个光响应元件，该第一元件的波长响应度要与第二元件的波长响应度不同;以及包括分析装置，来自光响应元件的信号要被馈送至该分析装置，该分析装置从来自光响应元件的信号计算入射到该检测器的如在色品（CIE）图上以二个或更多的参数表示的多色光的颜色，该分析装置要适用于待测的参数来阐明该检测器的输出。

由双折射调制元件射出的寻常和非常光线将相消地干涉以抑制多色光的某些波长分量。因此，出射光会有一个由双折射材料引进的“颜色特征”。光路长度是该材料的折射率和该光通过该材料所取路程长度的乘积。通过该材料的折射率的变化或是通过该材料光路长度的变化都将引起被抑制波长的分量的变化，从而引起到达该检测器的光的颜色的变化。对于某些参数来说，要测量的参数将直接影响调制元件的折射率，并且改变由调制元件射出的光的颜色特征，例如，电场和磁场将以这种方式改变该元件的折射率。此外，如在铌酸锂调制元件上加上电压，其折射率将会改变。其它已知双折射材料也能以相似方式加以应用。

在一种方便的装置中，使用了两种不同的光响应元件，每一元件都有其本身的波长响应率特性。另一方面，如果需要，其中一个或两个光响应元件都包括一个赋予一种颜色响应特性的有色滤光器，从而允许采用两个相同的光响应元件。至少有第一和第二光响应元件的波长响应率最好使它们各自的波长/强度的曲线至少对一部分的波长谱来说是重叠的。

通过采用至少有第一和第二光响应元件，颜色变化的确定是由估计整个被选定的波谱（颜色调制）部分的变化而不是只测定二或更多被选定的波长（波长调制）处的变化作出的，因此，颜色A（由波长/强度曲线A表示）到颜色B（由波长/强度曲线B表示）的变化将由两个曲线之间的区域算出，从而给出一个“真实”颜色的更完整的分析。波长调制之所以比较不复杂，就在于它是一种基于在二或更多的被选定的波长处的曲线之间的距离的计算。

“多色光”术语在这里指任一有多波长的辐射，特别是指既包括了可见光又包括了红外光辐射。虽然为了易于理解，这里所使用的术语“颜色”决不应该意味着只可以采用可见光。在该仪器采用发射可见波谱外的辐射源的场合，术语“颜色”将会涉及辐射的光谱分布。

调制元件最好应这样放置以使待测量的参数变化会在所说路程中引起调制元件的移动。在一种方便的装置中，待测参数的变化会引起在所说路程中的调制元件比例的变化。在另一种装置里，调制元件是这样放置的，以使待测参数的变化会引起调制元件围绕多色光路的纵轴的转动。鉴于在双折射材料中的折射率在所有方向上是不均匀的，调制元件的任一转动都会改变光所通过的材料的折射率，因而也改变光路长度。另一种做法是将调制元件这样放置，以使待测参数的变化会引起多色光通过调制元件所取路径长度的变化。通过调制元件所取总路程长度的任何变化也会改变光路长度，从而改变被相消干涉所抑制的波长分量，并因而改变到达检测器的颜色特征。

调制元件便于是非球形的，而且转动支撑在多色光路中，以使待测参数的变化会引起调制元件的转动。元件的转动改变元件的厚度，为了到达该检测器，多色光必须通过调制元件，从而改变光的颜色特征。另一种的调制元件是这样的，以致待测参数的变化会引起调制元件尺寸的变化。在一种方便的装置中，调制元件是这样固定在多色光路上的，以致待测参数的变化会引起调制元件的变形。在待测参数是一压力的情况下，调制元件便于呈膜片状，该膜片放置在多色光路中，并安排得受待测压力而弯曲。