一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及激光激發(fā)熱波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]激光激發(fā)熱波技術(shù)是一種有效的檢測(cè)手段，具有靈敏度高、非接觸式、測(cè)量方式多樣等特點(diǎn)，可用于不同材料特性的檢測(cè)分析(包括材料的吸收特性、熱物理特性、缺陷等)。對(duì)激光激發(fā)熱波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的一種常用的檢測(cè)方式是:當(dāng)栗浦激光與材料相互作用并激發(fā)產(chǎn)生熱波信號(hào)后，用一束較弱的探測(cè)激光也經(jīng)過(guò)材料中產(chǎn)生熱波信號(hào)的區(qū)域，探測(cè)激光光束可以和栗浦激光光束有一定夾角，也可以是同軸的。
[0005]當(dāng)探測(cè)激光通過(guò)栗浦激光激發(fā)產(chǎn)生的熱波信號(hào)區(qū)域時(shí)，其空間傳播特性將會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生新增的會(huì)聚或發(fā)散效應(yīng)。通過(guò)檢測(cè)出射探測(cè)激光的會(huì)聚或發(fā)散特性的變化，就可以獲得產(chǎn)生熱波信號(hào)區(qū)域的材料特性。對(duì)探測(cè)激光空間傳播特性的變化的檢測(cè)通?？梢酝ㄟ^(guò)在出射探測(cè)激光光路中的適當(dāng)位置加入一個(gè)空間濾波器來(lái)進(jìn)行，空間濾波器允許部分探測(cè)激光能量進(jìn)入光電探測(cè)器。
[0006]目前常用的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置中，一般栗浦激光光束和探測(cè)激光光束是分別經(jīng)過(guò)各自獨(dú)立的光路系統(tǒng)后作用到樣品上。各自的光路系統(tǒng)中包含了一系列的光束偏轉(zhuǎn)、光束整形、光束聚焦以及探測(cè)單元等元器件，從而導(dǎo)致裝置結(jié)構(gòu)繁瑣、體積龐大、價(jià)格昂貴，不利于攜帶搬運(yùn)，極大地限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，利用光纖本身芯徑很小，具有空間濾波能力這一特性，同時(shí)結(jié)合光學(xué)聚焦透鏡的色差特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光激發(fā)熱波信號(hào)的檢測(cè)，從而使得整個(gè)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，可以解決目前光熱檢測(cè)裝置器件繁瑣、體積龐大、價(jià)格昂貴、不利于攜帶搬運(yùn)的問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括栗浦激光光源、探測(cè)激光光源和第一聚焦透鏡;所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置;所述探測(cè)激光光源，用于輸出探測(cè)激光光束，所述探測(cè)激光光束通過(guò)第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置;所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處;所述第一聚焦透鏡，還用于收集從樣品反射的探測(cè)激光光束，所述從樣品反射的探測(cè)激光光束經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡收集后，再通過(guò)第三光纖進(jìn)入光電探測(cè)器。
[0010]一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括栗浦激光光源、探測(cè)激光光源、第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡;所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置;所述探測(cè)激光光源，用于輸出探測(cè)激光光束，所述探測(cè)激光光束通過(guò)第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置;所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處;所述第二聚焦透鏡，用于收集從樣品透射的探測(cè)激光光束，所述從樣品透射的探測(cè)激光光束經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡收集后，再通過(guò)第三光纖進(jìn)入光電探測(cè)器。
[0011]所述的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，所述第三光纖與光電探測(cè)器之間設(shè)有濾光裝置。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明利用光纖來(lái)傳輸栗浦激光光束和探測(cè)激光光束，并且利用同一個(gè)聚焦透鏡來(lái)會(huì)聚這兩束光，在探測(cè)端也利用光纖來(lái)接收由樣品反射或透射的探測(cè)激光光束，使得整個(gè)光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，可以實(shí)現(xiàn)儀器的微型化、便攜式，大大節(jié)約了儀器成本，有利于激光激發(fā)熱波檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用。
[0013]
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖(反射模式)；
圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖(透射模式)；
圖3是本發(fā)明所述的光纖輸入端相當(dāng)于空間濾波器的原理圖，其中，圖3(a)對(duì)應(yīng)反射模式，圖3(b)對(duì)應(yīng)透射模式。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，一種反射模式的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括栗浦激光光源1、探測(cè)激光光源2和第一聚焦透鏡41。栗浦激光光源I輸出的栗浦激光光束經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)第一光纖31入射到第一聚焦透鏡41的中心位置;探測(cè)激光光源2輸出的探測(cè)激光光束通過(guò)第二光纖32入射到第一聚焦透鏡41的邊緣位置;第一聚焦透鏡41將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)聚到樣品5上的同一區(qū)域，樣品5放置于第一聚焦透鏡41的焦平面處;第一聚焦透鏡41還收集從樣品5反射的探測(cè)激光光束，從樣品5反射的探測(cè)激光光束經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡41收集后，再通過(guò)第三光纖33和濾光裝置6進(jìn)入光電探測(cè)器7。
[0018]如圖2所示，一種透射模式的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括栗浦激光光源1、探測(cè)激光光源2、第一聚焦透鏡41和第二聚焦透鏡42。栗浦激光光源I輸出的栗浦激光光束經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)第一光纖31入射到第一聚焦透鏡41的中心位置;探測(cè)激光光源2輸出的探測(cè)激光光束通過(guò)第二光纖32入射到第一聚焦透鏡41的邊緣位置;第一聚焦透鏡41將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)聚到樣品5上的同一區(qū)域，樣品5放置于第一聚焦透鏡41的焦平面處；第二聚焦透鏡42收集從樣品5透射的探測(cè)激光光束，從樣品5透射的探測(cè)激光光束經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡42收集后，再通過(guò)第三光纖33和濾光裝置6進(jìn)入光電探測(cè)器7。
[0019]本發(fā)明的各模塊按次序依次連接在一起。第三光纖33的輸入端相當(dāng)于空間濾波器，目的是使光電探測(cè)器7僅接收由于樣品5熱形變產(chǎn)生的探測(cè)激光傳播特性的變化。濾光裝置6的作用是濾掉除探測(cè)激光以外的雜散光。光電探測(cè)器7接收的激光激發(fā)熱波信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)檢測(cè)裝置之后再通過(guò)串口線等連接方式，將熱波信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)信號(hào)分析和處理即可得到樣品5的激光激發(fā)熱波信號(hào)特性。
[0020]本發(fā)明的工作原理:
栗浦激光光束和探測(cè)激光光束分別經(jīng)第一光纖31、第二光纖32傳輸?shù)降谝痪劢雇哥R41上不同位置，其中栗浦激光光束位于中心位置，探測(cè)激光光束位于邊緣位置，栗浦激光光束和探測(cè)激光光束具有不同波長(zhǎng)。由于第一聚焦透鏡41本身的會(huì)聚性能，栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)被會(huì)聚到同一點(diǎn)；測(cè)量時(shí)，將樣品5放置于第一聚焦透鏡41的焦點(diǎn)位置。從樣品5反射的探測(cè)激光光束再經(jīng)由第一聚焦透鏡41收集，并由第三光纖33接收；從樣品5透射的探測(cè)激光光束經(jīng)由第二聚焦透鏡42收集，并由第三光纖33接收。
[0021]如圖3所示，光纖結(jié)構(gòu)由外而內(nèi)依次為涂覆層301、包層302和纖芯303。由于纖芯303比較細(xì)，通常從幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米，大大小于探測(cè)激光光斑的尺寸，因此，當(dāng)采用第三光纖33接收探測(cè)激光光束時(shí)，第三光纖33本身就相當(dāng)于一個(gè)空間濾波器，只讓部分探測(cè)激光信號(hào)進(jìn)入到第三光纖33內(nèi)。光電探測(cè)器7對(duì)經(jīng)過(guò)第三光纖33傳輸?shù)奶綔y(cè)激光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光激發(fā)熱波信號(hào)的檢測(cè)。
[0022]在這種利用弱探測(cè)激光對(duì)激光激發(fā)熱波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)中，照射到樣品5上的栗浦激光光斑和探測(cè)激光光斑之間的尺寸比例極大地影響檢測(cè)靈敏度。在本發(fā)明中，這一點(diǎn)可以利用第一聚焦透鏡41本身的色差特性來(lái)保證。由于第一聚焦透鏡41本身的色差特性，在其焦點(diǎn)位置栗浦激光光斑和探測(cè)激光光斑的尺寸并不一致?？梢酝ㄟ^(guò)選擇合適的波長(zhǎng)和透鏡參數(shù)，使得栗浦激光光斑和探測(cè)激光光斑之間的尺寸比例滿足一定的關(guān)系，從而達(dá)到最優(yōu)的檢測(cè)效果。
[0023]以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:包括栗浦激光光源、探測(cè)激光光源和第一聚焦透鏡； 所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置； 所述探測(cè)激光光源，用于輸出探測(cè)激光光束，所述探測(cè)激光光束通過(guò)第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置； 所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處； 所述第一聚焦透鏡，還用于收集從樣品反射的探測(cè)激光光束，所述從樣品反射的探測(cè)激光光束經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡收集后，再通過(guò)第三光纖進(jìn)入光電探測(cè)器。2.一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:包括栗浦激光光源、探測(cè)激光光源、第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡； 所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置； 所述探測(cè)激光光源，用于輸出探測(cè)激光光束，所述探測(cè)激光光束通過(guò)第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置； 所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測(cè)激光光束會(huì)聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處； 所述第二聚焦透鏡，用于收集從樣品透射的探測(cè)激光光束，所述從樣品透射的探測(cè)激光光束經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡收集后，再通過(guò)第三光纖進(jìn)入光電探測(cè)器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:所述第三光纖與光電探測(cè)器之間設(shè)有濾光裝置。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號(hào)檢測(cè)裝置，包括泵浦激光光源、探測(cè)激光光源、聚焦透鏡和光纖。本發(fā)明利用光纖來(lái)傳輸泵浦激光光束和探測(cè)激光光束，并且利用同一個(gè)聚焦透鏡來(lái)會(huì)聚這兩束光，在探測(cè)端也利用光纖來(lái)接收由樣品反射或透射的探測(cè)激光光束，使得整個(gè)光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，可以實(shí)現(xiàn)儀器的微型化、便攜式，大大節(jié)約了儀器成本，有利于激光激發(fā)熱波檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用。
【IPC分類】G01N21/17
【公開(kāi)號(hào)】CN105510234
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511012704
【發(fā)明人】李冰冰, 陳堅(jiān), 董敬濤, 吳周令
【申請(qǐng)人】合肥知常光電科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日