專利名稱：一種光纖位移傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖位移傳感器，背景技術：
現有技術中的光柵位移傳感器能用于大范圍(10m以上)、高精度(1μm以下)測量的位移傳感器。
在“HEIDENHAIN CORPORATION”的“linear scales encoder”中、中國科學院光電技術研究所成都科奧達光電技術有限公司生產的“長光柵位移傳感器”的說明書及曹文的《感測技術》中，提出的光柵位移傳感器的構造特點是照明光源用LED，用光電二極管直接收指示光柵后面的莫爾條紋光強信號，把由光電二極管轉換來的弱電信號放大后送至后級電路處理單元。因此，當這類位移傳感器處于強電磁場及核輻射環境時，由光電二極管轉換來的弱電信號最容易受電磁信號的干擾，從而使辨向電路無法正常工作；另外，傳統的光柵位移傳感器，是使用電纜傳輸位移信號，由于金屬導線之間存在分布電容，這樣限制了線路傳輸頻率的上限，即限制了測量速率，目前的光柵位移傳感器最高速率為10m/s。因此，由于其本身構造的原因，傳統的光柵位移傳感器不能用于強電磁干擾及核輻射環境下，無法實現遠程、高速測量。
現有技術中公知的光纖位移傳感器有以下幾種1.反射式光纖位移傳感器反射式光纖位移傳感器采用Y型光纖結構，分叉端分別作為光源光纖和接收光纖，出光口放置一平面反射鏡，經光源光纖照射至反射鏡，被反射的光經接收光纖輸出，其輸出的光強決定于反射鏡距光纖探頭的距離，通過對光強的檢測而得到位移量。所以這種光纖位移傳感器的缺點是靈敏度低，穩定性差，測量量程小。
2.光纖光柵位移傳感器光纖光柵是指利用單模摻鍺光纖經紫外光照射成柵技術形成的全新光纖型Bragg光柵。成柵后的光纖纖芯折射率呈現周期性分布，產生Bragg光柵效應。
光纖光柵位移傳感器的基本結構是由特定波長的LED固定在半反鏡的一個光學面中心上，該光學面與LED的發光中心成45°夾角；在半反鏡的出光光路上固定一根光纖光柵，在光纖光柵入口處與光纖光柵相互垂直的位置上固定一光譜儀。這種光纖光柵位移傳感器仍存在測量量程小、制造成本高的不足。
發明內容
為克服現有技術中存在的量程小、精度和靈敏度低以及穩定性差的不足，本發明提出一種可適用于強電磁干擾及核輻射場，能實現遠程、高速測量的光纖位移傳感器。
本發明的技術特征是在位移傳感器的指示光柵后加裝自聚焦透鏡，并在自聚焦透鏡上連接有多模光纖，光纖的遠端連接在光電轉換與辨向電路儀，實現利用自聚焦透鏡和多模光纖直接拾取主光柵和指示光柵后的莫爾條紋位移信號，由多模光纖把位移信號傳輸到遠端再進行信號處理。
由于本發明采用自聚焦透鏡和多模光纖直接拾取主光柵和指示光柵后的莫爾條紋位移信號，由多模光纖把位移信號傳輸到遠端再進行信號處理，具有較強的抗干擾能力，適用于強電磁干擾及有核輻射的場合，并可以實現遠程高速測量。同時，本發明還具有重量輕、體積小、量程大、精度高及通信頻帶寬的特點。
圖1為本發明光纖位移傳感器的結構示意圖。
圖1-2為圖1的A-A剖面圖。
附圖中1--光源 2--箱體 3--聚光透鏡 4--框架 5--主光柵6--指示光柵7--框架 8--位移桿9--螺釘 10--光電轉換與辨向電路儀 11--多模光纖12--箱體蓋13--自聚焦透鏡 14--位移槽具體實施例方式本實施例主要由光源1、透鏡3、主光柵5、指示光柵6、光電轉換與辨向電路儀10、自聚焦透鏡13、多模光纖11和箱體2組成，具體實施中金屬制做的箱體2為方形，一端有蓋板12。箱體2的底部沿中心線兩側有可放置光源1的通孔，側壁上有位移槽14，并且一側位移槽為通孔，另一側為盲孔；蓋板12上沿箱體中心線兩側亦有放置多模光纖11的通孔。蓋板12通過螺釘與箱體2連接。
用波長為940nm照明發光二極管構成光源1，膠粘固定在箱體2的底部。光源1的前方放置有光學玻璃聚光柱面透鏡3，兩者之間的距離為透鏡3的焦距，使光源1正好處在透鏡3的焦平面上。
框架4的外框尺寸與箱體2的內壁相同，并將框架4套裝在箱體2的內壁上；框架4上開有“V”型槽，將透鏡3鑲嵌在槽內。主光柵5膠接在框架4的另一端，其前端有指示光柵6及其固定架7。
固定架7用金屬制成，兩端為位移桿8，該位移桿裝入位于箱體2上的位移槽14內，并且在盲孔端留有可供固定架7實現位移的距離；固定架7的中部為“凹”形槽，將指示光柵6膠接在該槽的槽口處；“凹”形槽的底部中心線兩側有兩個對稱于中心線、間距為莫爾條紋寬度的安裝孔，該安裝孔的內徑與自聚焦透鏡13的外徑相同，自聚焦透鏡13用光學膠固定在兩個安裝孔內。兩根多模光纖11用光學膠粘接在自聚焦透鏡13的平面端，多模光纖11的遠端與光電轉換與辨向電路儀10連接。
工作時，LED光源1發出的光經透鏡2成為平行光，主光柵3被照亮，由于指示光柵11與主光柵4有一個微小的夾角，所以在指示光柵11后面就形成了莫爾條紋，如果從位移聯接桿5引進微小位移，則莫爾條紋就會移動。兩個在空間相距四分之一周期的自聚焦透鏡6把接收到的莫爾條紋光強信號耦合進多模光纖7，多模光纖7進一步把信號傳輸到遠端的信號處理儀13，這樣就構成了一個完整的光纖位移傳感器。
權利要求
1.一種光纖位移傳感器，包括光源(1)、箱體(2)、聚光透鏡(3)、主光柵(5)、位移聯接桿(8)、指示光柵(11)和光電轉換與辨向電路儀(10)組成，其特征在于在指示光柵(11)的后面有自聚焦透鏡(6)，并在自聚焦透鏡(6)上連接有多模光纖(7)；光纖的遠端連接在光電轉換與辨向電路儀(10)。
2.根據權利要求1所述的光纖位移傳感器，其特征在于自聚焦透鏡(6)嵌裝在“凹”形固定架(7)上。
3.根據權利要求2所述的光纖位移傳感器， 其特征在于固定架(7)的兩側有位移桿(8)，該位移桿裝入位移槽(14)內；固定架(7)的中部為“凹”形槽，指示光柵(6)膠接在該槽的槽口處；自聚焦透鏡(13)裝在“凹”形槽的底部。
全文摘要
本發明涉及一種光纖位移傳感器。為克服現有技術中存在的量程小、精度和靈敏度低以及穩定性差的不足，本發明在光柵位移傳感器的指示光柵6后加裝自聚焦透鏡13，并在自聚焦透鏡13上連接有多模光纖11，該光纖的遠端連接在光電轉換與辨向電路儀10，實現利用自聚焦透鏡13和多模光纖11直接拾取主光柵和指示光柵6后的莫爾條紋位移信號后由傳輸到遠端再進行信號處理。本發明具有較強的抗干擾能力，適用于強電磁干擾及有核輻射的場合，并可以實現遠程高速測量。同時，本發明還具有重量輕、體積小、量程大、精度高及通信頻帶寬的特點。
文檔編號G01B11/02GK1563883SQ20041002600
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月31日 優先權日2004年3月31日
發明者奧成喜, 陳長樂 申請人:西北工業大學