激光测量装置及其磁力传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光测量装置及其磁力传感器，包括激光发生器、光束准直器、平面反射镜及光电检测器，激光发生器包括激光二极管，光束准直器包括用于覆盖激光二极管的透明封装的底管，底管向上凸起形成具有竖直孔道的准直管；准直管对准激光二极管发射面的中心部分，这部分光线的光强及传播路径不会被改变；其余部分的光线则以一定的角度照射在底管内壁或者准直管内壁上，这部分光线在内壁上多次反射，其光强一方面随反射的次数而衰减，另一方面随光程的增加而衰减，使得这部分光线在没有到达平面反射镜时已消失完尽，从而保留了中心部分的直线光束，达到了准直的目的。
【专利说明】激光测量装置及其磁力传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量装置及其应用，特别涉及一种激光测量装置及其磁力传感器。
【背景技术】
[0002]微位移测量在测量技术中，通过检测位移量，可以测量振动、旋转角度、压力、应变、加速度和流量等多种物理量。所有气体在磁场中都表现出顺磁性或逆磁性，而氧气的顺磁性很强，其它气体除NO、NO2外，表现为很弱的顺磁性或逆磁性，利用氧气的这一特性，可用磁力机械式结构来测量氧气的浓度，利用这一原理的传感器叫磁力机械式氧传感器。现有的磁力机械式氧传感器由两强磁极的测量池池体、吊挂弹簧、哑铃形磁敏元件、吊挂张丝、反馈线圈及微位移测量系统等组成，其中哑铃形磁敏元件通常为两个充满氮气的玻璃球，两球固定在一个可以转动的同轴支架上，被测气体中的氧气被吸入磁场中后将产生对球体的作用力，从而对转轴产生一个力矩，这个力矩大小和氧气的含量具有线性关系。微位移测量系统一般包括光发生器、反射镜及光电检测器，安装在支架中间的反射镜把光发生器发出的光反射到光电传感器上，读出支架的偏转位移，传感器将信号反馈到支架周围的线圈，产生一个反馈电流，线圈在电流作用下对支架产生一个恢复原来平衡的扭矩，反馈电流的大小与被测气体的体积磁化率成正比，因此，通过计算，直接形成与氧气分压的比例关系，这样氧气含量就可以通过测量电流大小而精确得知。
[0003]在现有磁力传感器中的微位移测量系统中，光发生器一般采用白光灯或者激光灯。当采用白光灯时，由于光束发散大，为避免影响测量效果，需配置透镜准直装置将发散光束改变为平行光束，但是透镜准直装置结构复杂且机械强度差，增加使用成本且在使用时需调节光焦，增大了测量的繁杂性。当采用激光灯时，由于激光的定向发光特性较强，一般无需配置准直装置，但是在使用激光二极管发射激光时则不可避免地存在一定的发射角，如不配置准直装置，激光光束仍存在发散现象，影响测量效果。
[0004]因此，就需要对现有的激光测量装置进行改进，其增设了用于准直激光发生器发射的激光束的光束准直器，而且该光束准直器结构简单、机械强度高，节省使用成本而且避免了透镜准直装置的调节光焦过程，简单实用，保证测量结果的准确性。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种激光测量装置及其磁力传感器，增设了用于准直激光发生器发射的激光束的光束准直器，而且该光束准直器结构简单、机械强度高，节省使用成本而且避免了透镜准直装置的调节光焦过程，简单实用，保证测量结果的准确性。
[0006]本实用新型的激光测量装置，包括:激光发生器，用于发射激光束；光束准直器，用于准直所述激光发生器发射的激光束；平面反射镜，用于反射所述光束准直器准直后的激光束；以及光电检测器，用于接收所述平面反射镜反射的激光束并输出电信号；其中，所述激光发生器包括激光二极管，所述光束准直器包括用于覆盖所述激光二极管的透明封装的底管，所述底管向上凸起形成具有竖直孔道的准直管。
[0007]进一步，所述准直管的轴线与所述透明封装的轴线在同一直线上。
[0008]进一步，所述准直管的内壁与所述底管的内壁之间垂直过渡，任一垂直过渡的交点与所述激光二极管的发光点的连线与所述准直管的轴线之间的夹角小于9.0°。
[0009]进一步，所述准直管和/或所述底管的内壁光滑。
[0010]进一步,所述准直管的长度为8.0mm-18.0mm,所述准直管的内径为1.0mm-2.6mm。
[0011]进一步，所述平面反射镜的镀膜面镀有用于选择性反射所述激光发生器所发射的激光束的介质膜。
[0012]进一步，所述介质膜由氧化硅膜及氧化锆膜交替沉积而成。
[0013]进一步，激光测量装置还包括用于固定所述光电检测器及用于调整所述光电检测器的位置以形成等光程检测的安装组件，所述安装组件至少包括设有横向滑槽的安装支架，所述光电检测器连接在所述安装支架上并可沿所述横向滑槽移动。
[0014]进一步，所述安装组件还包括底板及用于固定所述安装支架的过渡板，所述过渡板连接在所述底板上并且二者可以相对转动。
[0015]进一步，所述过渡板设有弧形滑槽，穿过所述弧形滑槽设有用于固定所述过渡板和底板的固定件。
[0016]本实用新型还公开了一种磁力传感器，所述激光测量装置安装于磁力传感器。
[0017]本实用新型的有益效果:本实用新型的激光测量装置及其磁力传感器，准直管对准激光二极管发射面的中心部分，这部分光线的光强及传播路径不会被改变；发射面的其余部分的光线则以一定的角度照射在底管内壁或者准直管内壁上，这部分光线的传播方向会被改变，其在内壁上多次反射，其光强一方面随反射的次数而衰减，另一方面随光程的增加而衰减，使得这部分光线在没有到达平面反射镜时已消失完尽，从而保留了中心部分的直线光束，达到了准直的目的；本实用新型使用管式准直器取代透镜准直器，不仅结构简单、机械强度高，而且节省使用成本、避免了的调节光焦过程，简单实用，能够保证测量结果的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述:
[0019]图1为本实用新型的激光测量装置的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型的光电检测量器及安装组件的结构示意图；
[0021]图3为本实用新型的磁力传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]图1为本实用新型的激光测量装置的结构示意图，图2为本实用新型的光电检测量器及安装组件的结构示意图，图3为本实用新型的磁力传感器的结构示意图，如图所示:本实施例的激光测量装置，包括:激光发生器，用于发射激光束；光束准直器，用于准直所述激光发生器发射的激光束；平面反射镜3，用于反射所述光束准直器准直后的激光束；以及光电检测器4，用于接收所述平面反射镜3反射的激光束并输出电信号；其中，所述激光发生器包括激光二极管I，所述光束准直器包括用于覆盖所述激光二极管I的透明封装的底管21，所述底管21向上凸起形成具有竖直孔道的准直管22。激光发生器、光束准直器、平面反射镜3及光电检测器4沿激光光路设置；激光发生器可为现有的激光发射二极管，根据所需的中心波长及发射角等参数进行选择；光电检测器4可使用硅光电池对，光子照射在其上，使电路中产生电流或使电导特性发生变化；激光二极管I与常见的发光二极管形状、结构相同，均包括LED芯片、引线架及环氧树脂透明封装，在此不再赘述；光束准直器的纵截面呈“凸”字形，下部管径较大的为底管21，上部管径较小的为准直管22 ;底管21足以包裹围合激光二极管I的透明封装，准直管22从底管21顶面中心凸起，因而二者同轴；准直管22对准激光二极管I发射面的中心部分，因此激光二极管I发射面的中心部分光线的光强及传播路径不会被改变；发射面的其余部分的光线则以一定的角度照射在底管21内壁或者准直管22内壁上，这部分光线的传播方向会被改变，其在内壁上多次反射，其光强一方面随反射的次数而衰减，另一方面随光程的增加而衰减，使得这部分光线在没有到达平面反射镜3时已消失完尽，从而保留了中心部分的直线光束，达到了准直的目的；使用管式准直器取代透镜准直器并应用于激光测量系统中为本实用新型的重大改进之处，使得本实用新型不仅结构简单、机械强度高，而且节省使用成本、避免了的调节光焦过程，简单实用，能够保证测量结果的准确性。
[0023]本实施例中，所述准直管22的轴线22a与所述透明封装的轴线Ila在同一直线上；准直管22的轴线22a与透明封装的轴线Ila在同一直线上，即轴线22a与轴线Ila的延长线重合，使得准直管22对准激光二极管I发射面的中心部分，因此激光二极管I发射面的中心部分光线的光强及传播路径不会被改变。
[0024]本实施例中，所述准直管22的内壁与所述底管21的内壁之间垂直过渡，任一垂直过渡的交点23与所述激光二极管I的发光点12的连线与所述准直管22的轴线22a之间的夹角Y小于9.0° ;垂直过渡即准直管22的内壁与底管21的内壁相垂直，以最大限度地阻挡散射光束；夹角Y的具体数值根据激光发射二极管的发射角而定，以有效阻挡散射光束为准；本实施例将夹角Y确定为7.0°，既能有效阻挡散射光束，又能避免光束发生衍射。
[0025]本实施例中，所述准直管22和所述底管21的内壁光滑；光滑的管壁能使激光光束的反射更具有规律性，便于将发射面的除中心部分外其余部分的光线控制在光束准直器内。
[0026]本实施例中，所述准直管22的长度为8.0mm-18.0mm，所述准直管22的内径为
1.0mm-2.6mm ;准直管22长度及内径将依据具体的激光发生器类型和激光发生器到平面反射镜3的距离来设计；例如，当使用中心波长为950nm、发射角为±7°的激光发射二极管时，使用长度为13.0mm、内径为1.8mm的准直管22最为适合。
[0027]本实施例中，所述平面反射镜3的镀膜面镀有用于选择性反射所述激光发生器所发射的激光束的介质膜31 ;现有的微位移测量系统一般采用玻璃镀银或钼的内反射镜或金属平面镜，这些反射镜由于反射波长较宽，对所有波长的光线都会达到90%以上的反射率，因此容易受到杂散光的干扰；使用介质膜反射镜取代普通反射镜并应用于激光测量系统中为本实用新型又一重大改进之处，介质膜反射镜的反射波长按所采用的激光发生器的中心波长来设计，只对激光发生器对应的波长的光反射，而对其它波长的光不反射或反射率极低；所以光电检测器4不易敏感到其它波长的光线，从而使本实用新型在微位移测量中受到杂散光的干扰小；至于介质膜31的类型，则根据激光发生器的中心波长及入射光与平面反射镜3的入射角来设计。
[0028]本实施例中，所述介质膜31由氧化硅膜及氧化锆膜交替沉积而成；平面反射镜3背面的镀膜面蒸镀多层很薄的氧化硅膜、氧化锆膜，其中氧化硅膜和氧化锆膜交替沉积，优选为二十层；这一结构的介质膜31对应中心波长为950nm的激光发射二极管，入射光与平面反射镜3的入射角为23.0°，对该中心波长的光反射率能够达到98%，较好地排除杂散光的干扰。
[0029]本实施例中，激光测量装置还包括用于固定所述光电检测器4及用于调整所述光电检测器4的位置以形成等光程检测的安装组件，所述安装组件至少包括设有横向滑槽51的安装支架5，所述光电检测器4连接在所述安装支架5上并可沿所述横向滑槽51移动；等光程检测即光点中的所有光线从激光发生器到光电检测器4的光程相等，当然，受制于测量精度，光程相等也允许在小范围内存在的小许误差；现有的微位移测量系统中，光电检测器4的感光位置固定或者仅可在一维空间上进行调节，因此不能达到等光程检测的效果，致使光电检测器4敏感的信号噪音大，影响测量结果的准确性；如图1所示，α是平面反射镜3与水平面的夹角，β是对应的光电检测器4需调整到的与水平面的夹角，两个夹角的关系取决于检测的气体环境，例如在氮气环境中，β=2α ;如图2所示，安装支架5为一长方体，其与水平面的夹角可自由调节即β可调节；当然，安装支架5也可以是其它便于调节的形状如半圆柱体；长方体的中心开有沿长度方向设置的横向滑槽51，光电检测器4通过调节螺栓83固定在横向滑槽51之上，使得光电检测器4可沿横向滑槽51即图中X方向移动；光束从激光发生器发出，通过平面反射镜3反射后到达光电检测器4上所有的光线光程相等，所以光电检测器4检测的信号噪音小。
[0030]本实施例中，所述安装组件还包括底板7及用于固定所述安装支架5的过渡板6，所述过渡板6连接在所述底板7上并且二者可以相对转动；底板7与过渡板6通过一紧固螺钉81连接，形成以紧固螺钉81为转轴的转动结构，便于调节安装支架5与水平面的夹角。
[0031]本实施例中，所述过渡板6设有弧形滑槽61，穿过所述弧形滑槽61设有用于固定所述过渡板6和底板7的固定件82 ;固定件82优选为调节螺钉；当拧紧调节螺钉时，紧固螺钉81与调节螺钉可将过渡板6固定在底板7上，增强安装组件的稳固度；当松开调节螺钉时，过渡板6则可以紧固螺钉81为转轴并沿弧形滑槽61方向即Y方向移动，增加调节的准确性。
[0032]本实用新型还公开了一种磁力传感器，所述激光测量装置安装于磁力传感器；所述磁力传感器为磁力机械式氧传感器，如图3所示磁力机械式氧传感器的张丝94吊挂一对充氮的玻璃球92，玻璃球92中间固定平面反射镜3，反馈线圈93固定在玻璃球92外围中心线位置；玻璃球92、反馈线圈93、平面反射镜3处于一对磁极91的中间位置；当磁场中有氧气时，就会对玻璃球92产生推力带动平面镜3旋转一定的角度，从而引起反射光束在光电检测器4上位移变化，本激光测量装置正是检测这一微小位移变化的测量系统；磁极91在磁力传感器用于导磁，反馈线圈93在磁力机械式氧传感器中用于平衡氧气产生的推力，使哑铃带动平面反射镜3回到初始位置附件，这种反馈机制提高了磁力机械式氧传感器的稳定性。[0033]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种激光测量装置，其特征在于，包括: 激光发生器，用于发射激光束； 光束准直器，用于准直所述激光发生器发射的激光束； 平面反射镜，用于反射所述光束准直器准直后的激光束；以及 光电检测器，用于接收所述平面反射镜反射的激光束并输出电信号； 其中，所述激光发生器包括激光二极管，所述光束准直器包括用于覆盖所述激光二极管的透明封装的底管，所述底管向上凸起形成具有竖直孔道的准直管。
2.根据权利要求1所述的激光测量装置，其特征在于:所述准直管的轴线与所述透明封装的轴线在同一直线上。
3.根据权利要求1所述的激光测量装置，其特征在于:所述准直管的内壁与所述底管的内壁之间垂直过渡，任一垂直过渡的交点与所述激光二极管的发光点的连线与所述准直管的轴线之间的夹角小于9.0°。
4.根据权利要求1所述的激光测量装置，其特征在于:所述准直管和/或所述底管的内壁光滑。
5.根据权利要求1所述的激光测量装置，其特征在于:所述平面反射镜的镀膜面镀有用于选择性反射所述激光发生器所发射的激光束的介质膜。
6.根据权利要求5所述的激光测量装置，其特征在于:所述介质膜由氧化硅膜及氧化锆膜交替沉积而成。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的激光测量装置，其特征在于:还包括用于固定所述光电检测器及用于调整所述光电检测器的位置以形成等光程检测的安装组件，所述安装组件至少包括设有横向滑槽的安装支架，所述光电检测器连接在所述安装支架上并可沿所述横向滑槽移动。
8.根据权利要求7所述的激光测量装置，其特征在于:所述安装组件还包括底板及用于固定所述安装支架的过渡板，所述过渡板连接在所述底板上并且二者可以相对转动。
9.根据权利要求8所述的激光测量装置，其特征在于:所述过渡板设有弧形滑槽，穿过所述弧形滑槽设有用于固定所述过渡板和底板的固定件。
10.一种磁力传感器，其特征在于:所述权利要求1至9中任一权利要求所述的激光测量装置安装于磁力传感器。
【文档编号】G02B27/30GK203550912SQ201320755005
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】朱仲文, 胡体宝 申请人:重庆川仪分析仪器有限公司