基于光束掃描共焦探測技術(shù)的探針傳感方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于尺寸測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于光束掃描共焦探測技術(shù)的探針傳感方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在具有微尺寸和大深徑比的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)測量領(lǐng)域，使用光纖制作探針是一個重要的解決方案，具有易于微型化、易于制作等優(yōu)勢，現(xiàn)有探針如下:
[0003](I)申請?zhí)?00510072254.5所描述的“雙光纖耦合接觸式微測量力瞄準(zhǔn)傳感器”，在該專利中，提出了一種新結(jié)構(gòu)傳感器，其利用兩根光纖燒制耦合球的方式實(shí)現(xiàn)光的反向傳輸，并對出射光進(jìn)行探測。
[0004]相似專利有:帶有端面微結(jié)構(gòu)的雙光纖共球耦合微測量力瞄準(zhǔn)傳感器(申請?zhí)?201410118922.2)、基于三光纖共球耦合的微測量力瞄準(zhǔn)傳感器(申請?zhí)?201410118924.1)、基于雙入射光纖共球耦合的微測量力瞄準(zhǔn)傳感器(申請?zhí)?201410118968.4)。
[0005](2)申請?zhí)?00910071623.7所描述的“基于二維微焦準(zhǔn)直的微小內(nèi)腔尺寸和三維坐標(biāo)傳感方法與裝置”，利用光纖作為柱透鏡對點(diǎn)光源準(zhǔn)直成像從而實(shí)現(xiàn)探測。
[0006]相似專利有:基于一維微焦準(zhǔn)直的微小內(nèi)腔尺寸和二維坐標(biāo)傳感方法與裝置(申請?zhí)?200910071624.1)、基于正交二維微焦準(zhǔn)直的微孔測量裝置與方法(申請?zhí)?201110438936.9)、正交光路二維微焦準(zhǔn)直與三維坐標(biāo)傳感器(申請?zhí)?201110456022.5)。
[0007](3)申請?zhí)?01110456011.7所描述的“基于光纖布拉格光柵的微孔尺寸測量裝置及方法”，利用了光纖布拉格光柵受外力導(dǎo)致柵距變化進(jìn)而致其反射光中心波長改變的性質(zhì)進(jìn)彳T探測。
[0008]相似專利有:基于光纖布拉格光柵的接觸式溫度無感三維探測傳感器(申請?zhí)?201110456051.1)、基于四芯光纖光柵的三維微尺度測量裝置及方法(申請?zhí)?201410030736.3)、基于三芯光纖光柵的二維微尺度測量裝置及方法(申請?zhí)?201410030737.8)、基于雙芯光纖光柵的二維微尺度測量裝置及方法(申請?zhí)?201410030738.2)、基于雙光纖光柵的二維微尺度測量裝置及方法(申請?zhí)?201410030739.7)。
[0009](4)申請?zhí)?01410118970.1所描述的“基于偏振態(tài)檢測的雙入射保偏平光纖耦合球微尺度傳感器”，利用光纖燒制的耦合球?qū)崿F(xiàn)光反向傳輸，通過檢測出射光的偏振態(tài)來實(shí)現(xiàn)探測。
[0010]相似專利有:基于偏振態(tài)檢測的保偏平光纖耦合球微尺度傳感器(申請?zhí)?201410118966.5)。
[0011](5)參考文獻(xiàn)(H Ji, H-Y Hsu, L X Kong and A B Wedding.Development of acontact probe incorporating a Bragg grating strain sensor for nano coordinatemeasuring machines [J].Meas.Sc1.Technol.2009，20:1-7.)提出了一種利用光纖光極設(shè)計的傳感器探針，采用反射式光柵對反射光譜進(jìn)行分光，并利用CCD測量其固定波長的光能量。但其實(shí)驗并不成功，傳感信號完全淹沒在噪聲信號之中，無法被檢出。
[0012]上述文件及其提到的對比文獻(xiàn)中所描述的現(xiàn)有探針不足之處在于:(I)探針制作難度大，且不易實(shí)現(xiàn)微型化；(2)探測光的強(qiáng)度弱，難以探測；(3)無三維探測能力或三維探測能力弱；⑷分辨力低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，設(shè)計提供一種基于光束掃描共焦探測技術(shù)的探針傳感方法及裝置，達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單、分辨力高且具有三維探測能力的目的。
[0014]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]一種基于光束掃描共焦探測技術(shù)的探針傳感方法，激光光束通過透鏡從光纖探針的入射端入射至光纖探針內(nèi)部，入射光束在光纖探針內(nèi)部由光纖光柵結(jié)構(gòu)反射后從光纖探針的入射端出射，光纖探針的出射光束通過透鏡聚焦至光電探測器，使用橫向光電探測器探測聚焦光斑的位置來測量探針的橫向位移，使用軸向光電探測器探測聚焦光斑的光強(qiáng)來測量探針的軸向位移，完成三維傳感。
[0016]使用光束掃描裝置控制激光光束偏轉(zhuǎn)，使激光光束的聚焦點(diǎn)跟隨所述光纖探針移動以保證激光光束能夠入射至所述光纖探針內(nèi)部。
[0017]—種基于光束掃描共焦探測技術(shù)的探針傳感裝置，包括激光器，在所述激光器的出射光路上依次配置準(zhǔn)直透鏡、二維掃描振鏡、掃描透鏡、管鏡、顯微物鏡、光纖探針，所述光纖探針通過懸掛彈片懸掛安裝在固定座上，所述光纖探針由內(nèi)部刻有光纖光柵結(jié)構(gòu)的光纖和探針觸球配裝構(gòu)成；在所述顯微物鏡與管鏡之間配置第一分光鏡，在所述第一分光鏡的反射光路上依次配置第一收集透鏡和第一橫向光電探測器；在所述二維掃描振鏡與準(zhǔn)直透鏡之間配置第二分光鏡，在所述第二分光鏡的反射光路上依次配置第二收集透鏡和第二橫向光電探測器；在所述第二分光鏡和第二收集透鏡之間配置第三分光鏡，在所述第三分光鏡的反射光路上依次配置第三收集透鏡和軸向光電探測器。
[0018]在所述軸向光電探測器前方的光束聚焦點(diǎn)處設(shè)置針孔。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)探針制作方便且易實(shí)現(xiàn)微型化；(2)探測光的強(qiáng)度高，易于探測；(3)具備三維探測和解調(diào)的能力；(4)分辨力高。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖[0021 ] 圖2為探針結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖3為橫向測量示意圖
[0023]圖4為軸向測量示意圖
[0024]圖中:1.光纖探針，2.懸掛彈片，3.固定座，4.顯微物鏡，5.第一分光鏡，6.第一收集透鏡，7.第一橫向光電探測器，8.管鏡，9.掃描透鏡，10.二維掃描振鏡，11.第二分光鏡，12.準(zhǔn)直透鏡，13.激光器，14.第三分光鏡，15.第二收集透鏡，16.第二橫向光電探測器，17.第三收集透鏡，18.針孔，19.軸向光電探測器，Ia.光纖，Ib.探針觸球，Ic.光纖光
柵結(jié)構(gòu)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]—種基于光束掃描共焦探測技術(shù)的探針傳感方法，激光光束通過透鏡從光纖探針的入射端入射至光纖探針內(nèi)部，入射光束在光纖探針內(nèi)部由光纖光柵結(jié)構(gòu)反射后從光纖探針的入射端出射，光纖探針的出射光束通過透鏡聚焦至光電探測器，使用橫向光電探測器探測聚