基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁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(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁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(cè)量領(lǐng)域，使用光纖制作探針是一個(gè)重要的解決方案，具有易于微型化、易于制作等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)有探針如下:
[0003](I)申請(qǐng)?zhí)?00510072254.5所描述的“雙光纖耦合接觸式微測(cè)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(duì)出射光進(jìn)行探測(cè)。
[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(cè)量力瞄準(zhǔn)傳感器(申請(qǐng)?zhí)?201410118922.2)、基于三光纖共球耦合的微測(cè)量力瞄準(zhǔn)傳感器(申請(qǐng)?zhí)?201410118924.1)、基于雙入射光纖共球耦合的微測(cè)量力瞄準(zhǔn)傳感器(申請(qǐng)?zhí)?201410118968.4)。
[0005](2)申請(qǐng)?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(duì)點(diǎn)光源準(zhǔn)直成像從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)。
[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(qǐng)?zhí)?200910071624.1)、基于正交二維微焦準(zhǔn)直的微孔測(cè)量裝置與方法(申請(qǐng)?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(qǐng)?zhí)?201110456022.5)。
[0007](3)申請(qǐng)?zhí)?01110456011.7所描述的“基于光纖布拉格光柵的微孔尺寸測(cè)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(zhǎng)改變的性質(zhì)進(jìn)彳T探測(cè)。
[0008]相似專利有:基于光纖布拉格光柵的接觸式溫度無(wú)感三維探測(cè)傳感器(申請(qǐng)?zhí)?201110456051.1)、基于四芯光纖光柵的三維微尺度測(cè)量裝置及方法(申請(qǐng)?zhí)?201410030736.3)、基于三芯光纖光柵的二維微尺度測(cè)量裝置及方法(申請(qǐng)?zhí)?201410030737.8)、基于雙芯光纖光柵的二維微尺度測(cè)量裝置及方法(申請(qǐng)?zhí)?201410030738.2)、基于雙光纖光柵的二維微尺度測(cè)量裝置及方法(申請(qǐng)?zhí)?201410030739.7)。
[0009](4)申請(qǐng)?zhí)?01410118970.1所描述的“基于偏振態(tài)檢測(cè)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(guò)檢測(cè)出射光的偏振態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)。
[0010]相似專利有:基于偏振態(tài)檢測(cè)的保偏平光纖耦合球微尺度傳感器(申請(qǐng)?zhí)?201410118966.5)。
[0011](5)參考文獻(xiàn)(① Gaoliang Dai, Helmut Wolff, Frank Pohlenz.Atomic forceprobe for sidewall scanning of nano-and microstructures[J].Applied Physics Letters.2006, 88(17):171908.② Gaoliang Dai, Helmut Wolff, Hans-Ulrich Danzebrink.Atomic force microscope cantilever based microcoordinate measuring probe fortrue three-dimens1nal measurements of microstructures[J].Applied PhysicsLetters.2007，91 (12): 121912.)中提到一種用原子力顯微鏡懸臂梁制作的組合式懸臂梁探針，其利用原子力顯微鏡原理進(jìn)行探測(cè)。
[0012]上述文件及其提到的對(duì)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(cè)光的強(qiáng)度弱，難以探測(cè)；(3)無(wú)三維探測(cè)能力或三維探測(cè)能力弱；(4)分辨力低；(5)整體裝置復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)提供一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感方法及裝置，達(dá)到探針結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨力高、且具有三維探測(cè)能力、整體裝置緊湊的目的。
[0014]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感方法，激光光束通過(guò)光纖出射后經(jīng)透鏡聚焦，由光電探測(cè)器探測(cè)聚焦光斑的位置，當(dāng)探針在接觸物體時(shí)帶動(dòng)光纖出射端偏移，導(dǎo)致出射光在光電探測(cè)器上聚焦形成的光斑位置發(fā)生偏移，完成傳感。
[0016]一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感裝置，激光器發(fā)出的光通過(guò)光纖出射，所述光纖由夾持器固定，構(gòu)成單端固定的光纖懸臂梁，在所述光纖懸臂梁的出射光路上依次配置透鏡和光電探測(cè)器，探針與所述光纖懸臂梁的中間部位固連。
[0017]所述光纖懸臂梁和探針相互垂直。
[0018]所述夾持器以一定頻率振動(dòng)，帶動(dòng)所述光纖懸臂梁和探針工作在振動(dòng)模式。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:⑴探針制作方便且滿足微型化需求；(2)探測(cè)光的強(qiáng)度高且易于探測(cè)；(3)具備三維探測(cè)能力；(4)分辨力高；(5)整體裝置簡(jiǎn)單且尺寸較小。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1.激光器，2.光纖，3.夾持器，4.光纖懸臂梁，5.透鏡，6.光電探測(cè)器，7.探針。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023]一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感方法，激光光束通過(guò)光纖出射后經(jīng)透鏡聚焦，由光電探測(cè)器探測(cè)聚焦光斑的位置，當(dāng)探針在接觸物體時(shí)帶動(dòng)光纖出射端偏移，導(dǎo)致出射光在光電探測(cè)器上聚焦形成的光斑位置發(fā)生偏移，完成傳感。
[0024]一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感裝置，激光器I發(fā)出的光通過(guò)光纖2出射，所述光纖2由夾持器3固定，構(gòu)成單端固定的光纖懸臂梁4，在所述光纖2的出射光路上依次配置透鏡5和光電探測(cè)器6，探針7與所述光纖懸臂梁4的中間部位固連。
[0025]所述光纖懸臂梁4和探針7相互垂直。
[0026]所述夾持器3以一定頻率振動(dòng)，帶動(dòng)所述光纖懸臂梁4和探針7工作在振動(dòng)模式。
[0027]本發(fā)明的工作原理如下:
[0028]在探測(cè)物體時(shí)，激光器I發(fā)出的光通過(guò)光纖2耦合出射后由透鏡5聚焦，由光電探測(cè)器6探測(cè)聚焦光斑的位置，探針7在接觸物體時(shí)帶動(dòng)光纖懸臂梁4彎曲，從而使得光纖懸臂梁4的自由端(即光纖2的出射端)偏移，導(dǎo)致出射光在光電探測(cè)器6上聚焦形成的光斑位置發(fā)生偏移，完成傳感，此時(shí)系統(tǒng)工作在靜態(tài)模式。
[0029]當(dāng)夾持器3振動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)光纖懸臂梁4和探針7振動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)工作在振動(dòng)模式，當(dāng)探針接觸物體時(shí)，將影響探針7和光纖懸臂梁4的振動(dòng)特性，最終影響光電探測(cè)器6所探測(cè)的光斑位置變化，可以采用鎖相放大器進(jìn)行信號(hào)處理；振動(dòng)模式能夠有效克服微型探針探測(cè)時(shí)的吸附力，提尚探測(cè)精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感方法，其特征在于:激光光束通過(guò)光纖出射后經(jīng)透鏡聚焦，由光電探測(cè)器探測(cè)聚焦光斑的位置，當(dāng)探針在接觸物體時(shí)帶動(dòng)光纖出射端偏移，導(dǎo)致出射光在光電探測(cè)器上聚焦形成的光斑位置發(fā)生偏移，完成傳感。2.—種基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感裝置，其特征在于:激光器(I)發(fā)出的光通過(guò)光纖(2)出射，所述光纖(2)由夾持器(3)固定，構(gòu)成單端固定的光纖懸臂梁(4)，在所述光纖(2)的出射光路上依次配置透鏡(5)和光電探測(cè)器￠)，探針(7)與所述光纖懸臂梁(4)的中間部位固連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感裝置，其特征在于:所述光纖懸臂梁(4)和探針(7)相互垂直。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感裝置，其特征在于:所述夾持器(3)以一定頻率振動(dòng)，帶動(dòng)所述光纖懸臂梁(4)和探針(7)工作在振動(dòng)模式。
【專利摘要】基于光纖出射光探測(cè)的組合懸臂梁探針傳感方法及裝置屬于尺寸測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域；激光光束通過(guò)光纖出射后經(jīng)透鏡聚焦，由光電探測(cè)器探測(cè)聚焦光斑的位置，當(dāng)探針在接觸物體時(shí)帶動(dòng)光纖出射端偏移，導(dǎo)致出射光在光電探測(cè)器上聚焦形成的光斑位置發(fā)生偏移，完成傳感；所述裝置由激光器、光纖、夾持器、透鏡、光電探測(cè)器和探針裝配構(gòu)成；本發(fā)明的特點(diǎn)是：探針制作方便且滿足微型化需求、探測(cè)光的強(qiáng)度高且易于探測(cè)、具備三維探測(cè)能力、分辨力高、整體裝置簡(jiǎn)單且尺寸較小。
【IPC分類(lèi)】G01B11/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105043255
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510381723
【發(fā)明人】鄒麗敏, 倪赫, 譚久彬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月2日