LED光源扩束装置和纹影系统的制作方法

本实用新型涉及一种光源扩束装置，特别是涉及一种LED光源扩束装置和纹影系统。

背景技术：

关于长间隙放电的研究，直接影响着电力系统外绝缘设计和自然雷电机理研究。观察长间隙放电过程的物理特性是研究长间隙放电机理的基础。纹影系统作为观察长间隙放电过程的常用方法，能够反演长间隙放电通道的温度分布和气体密度分布。使用过程中纹影系统的主透镜发射出来的光为平行光，一般的LED光源多通过耦合光纤输出，而耦合光纤直径一般为毫米级。若直接将耦合光纤的输出端置于主透镜的焦点处，以使得主透镜输出光为平行光，则存在光功率损失较大的问题。一般通过扩束装置以降低光功率的损失，但是仍然无法实现对不同型号主透镜的适应。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种LED光源扩束装置和纹影系统，以适应不同型号的主透镜。

其技术方案如下：

一种LED光源扩束装置，包括镜筒和滑块，所述镜筒的一端设有凸透镜，镜筒的另一端与滑块连接，滑块能够在镜筒内沿镜筒的轴向滑动，镜筒上设有条形孔，滑块上设有能够穿过条形孔的紧固机构，用于限制滑块与镜筒之间的相对移动，所述滑块内设有用于安装耦合光纤的安装孔，所述凸透镜的主光轴与安装孔的轴线位于同一条直线上。

所述紧固机构包括拧紧螺栓，所述滑块上设有与所述拧紧螺栓相匹配的卡口，所述拧紧螺栓穿过所述条形孔安装在卡口中，拧紧螺栓的螺帽能够压紧在所述镜筒上。

所述LED光源扩束装置还包括光纤护套，所述光纤护套插设在所述安装孔内，光纤护套内设有容纳耦合光纤的通孔，所述通孔的轴线与所述安装孔的轴线位于同一条直线上。

所述镜筒为圆柱筒，所述滑块和所述光纤护套均为圆柱形，所述镜筒套设在所述滑块上，光纤护套、滑块和镜筒三者同轴设置。

所述条形孔沿所述镜筒的轴向分布。

所述镜筒的内壁设有黑色涂层。

上述LED光源扩束装置还包括固定螺栓和用于固定所述凸透镜的固定筒，所述固定筒套设在所述凸透镜上，所述镜筒与固定筒连接的一端设有法兰，所述法兰与固定筒之间通过所述固定螺栓连接。

所述LED光源扩束装置还包括调节筒，凸透镜上套设有透镜筒，所述透镜筒位于所述凸透镜和所述固定筒之间，所述调节筒的内径不小于所述透镜筒的内径，所述调节筒位于所述固定筒内，调节筒的一端与所述透镜筒抵接，调节筒的另一端与所述法兰抵接。

所述LED光源扩束装置还包括辅助筒，所述固定筒远离所述法兰一端与辅助筒连接。

一种纹影系统，包括耦合光纤和上述LED光源扩束装置，所述耦合光纤安装在所述安装孔内，所述LED光源扩束装置远离耦合光纤的一端设有主透镜，所述凸透镜的主光轴和主透镜的主光轴位于同一条直线上。

上述提供了一种LED光源扩束装置和纹影系统，其中LED光源扩束装置包括镜筒和滑块，耦合光纤位于滑块的安装孔内，且安装孔的轴线与凸透镜的主光轴位于同一条直线上。使用前，先对LED光源扩束装置的性能进行检测，获得LED光源扩束装置出射光的发散角与滑块具体位置之间的关系。在使用过程中，先打开紧固机构，然后移动滑块，紧固机构在镜筒上的条形孔中移动。随着滑块的移动，位于安装孔中的耦合光纤发生移动，使得耦合光纤的出光口与镜筒另一端的凸透镜之间的距离发生变化，从而调整LED光源扩束装置出射光的发散角，以适应不同型号主透镜的需求。当滑块移动到合适位置时，利用紧固机构将滑块固定在镜筒的相应位置上，以供后续使用。

附图说明

图1为本实施例所述的LED光源扩束装置的结构示意图；

图2为本实施例所述的LED光源扩束装置性能检测安装原理图。

附图标记说明：

10、耦合光纤，101、出光口，20、LED光源扩束装置，21、镜筒，211、条形孔，212、法兰，22、滑块，221、安装孔，222、卡口，23、凸透镜，231、透镜筒，30、测试标靶，24、光纤护套，241、通孔，25、固定筒，26、调节筒，27、辅助筒。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种LED光源扩束装置20，包括镜筒21和滑块22，所述镜筒21的一端设有凸透镜23，镜筒21的另一端与滑块22连接，滑块22能够在镜筒21内沿镜筒21的轴向滑动，镜筒21上设有条形孔211，滑块22上设有能够穿过条形孔211的紧固机构，用于限制滑块22与镜筒21之间的相对移动，所述滑块22内设有用于安装耦合光纤10的安装孔221，所述凸透镜23的主光轴与安装孔221的轴线位于同一条直线上。

在上述LED光源扩束装置20中，滑块22内设有用于安装耦合光纤10的安装孔221，且安装孔221的轴线与凸透镜23的主光轴位于同一条直线上，使安装孔221内的耦合光纤10所发射出来的光线能够通过凸透镜23发射出去。且在移动滑块22的过程中，位于滑块22中的耦合光纤10和设于滑块22上的紧固机构均能跟随滑块移动。而紧固机构穿过条形孔211设置在滑块22上，能够控制滑块22与镜筒21之间的相对移动。在沿镜筒21轴向移动滑块22的过程中，位于滑块22内的耦合光纤10的出光口101与凸透镜23之间的距离发生变化，从而使LED光源扩束装置20的出射光的发散角得到调整，以适应不同主透镜的需求。

使用前先对LED光源扩束装置20的性能进行检测。如图2所示，首先将LED光源扩束装置20水平放置，然后在距离凸透镜23M的位置垂直放置一面测试标靶30，使得凸透镜23的主光轴与测试标靶30所在平面垂直。安装完成后，打开紧固机构移动滑块22，调节耦合光纤10的出光口101与凸透镜23之间的距离N，记录下N取不同值时测试标靶30上测试光斑的直径值D。然后根据公式其中d为凸透镜23的直径，计算发散角u与滑块22位置N之间的关系。使用过程中根据主透镜的型号尺寸，按照事先测量的发散角u与滑块22位置N之间的关系，将滑块22移动到合适位置，然后通过紧固机构将滑块22固定在镜筒21相应位置，供后续使用。

进一步地，上述紧固机构设置在滑块22上，且穿过镜筒21上的条形孔211，能够在条形孔211中随滑块22移动。当滑块22移动到合适位置后，紧固机构又能够将滑块22固定在镜筒21的相应位置。能够实现前述两个过程和作用的紧固机构均适用于本方案。

具体地，在一个实施例中，紧固机构包括拧紧螺栓，滑块22上设有与所述拧紧螺栓相匹配的卡口222，所述拧紧螺栓穿过条形孔211安装在卡口222中，拧紧螺栓的螺帽能够压紧在镜筒21的外表面。在调节耦合光纤10的出光口101与凸透镜23之间的距离时，将拧紧螺栓旋开，使得滑块22和镜筒21之间能够相对移动。当滑块22移动到相应位置，使得LED光源扩束装置20的出射光的发散角满足主透镜的需求时，再将拧紧螺栓拧紧，使得拧紧螺栓的螺帽压紧在镜筒21上，从而限制滑块22与镜筒21之间的相对移动，以供后续使用。通过采用上述拧紧螺栓的方式，使得在调节LED光源扩束装置20以满足不同主透镜需求的过程中，能够简单快速的控制滑块22与镜筒21之间的相对移动，实现使用过程的高效性。

进一步地，耦合光纤10能够直接安装在滑块22的安装孔221内，或者通过光纤护套24安装在安装孔221内，只要能够使得耦合光纤10发射出来的光线能够通过凸透镜23传输出去即可。具体地，如图1所示，在一个实施例中，所述LED光源扩束装置20还包括光纤护套24，所述光纤护套24插设在安装孔221内，光纤护套24内设有容纳耦合光纤10的通孔241，所述通孔241的轴线与安装孔221的轴线位于同一条直线上。使用过程中，首先将耦合光纤10插设在光纤护套24的通孔241内，然后将光纤护套24安装到安装孔221内。光纤护套24的设置对耦合光纤10起到一定保护作用，同时也使得耦合光纤10的安装更加方便快捷。取出耦合光纤10时，可以直接将插有耦合光纤10的光纤护套24从安装孔221中抽出。当需要调节LED光源扩束装置20的出射光的发散角时，先将装有耦合光纤10的光纤护套24插入安装孔221内，然后再移动滑块22，避免LED光源扩束装置20多次安装过程中，对耦合光纤10的损坏。且通过光纤护套24与安装孔221之间的配合来实现耦合光纤10的安装，使得LED光源扩束装置20的使用更加方便，提高使用效率。

进一步地，在一个实施例中，如图1所示，所述镜筒21为圆柱筒，所述滑块22和光纤护套24均为圆柱形，镜筒21套设在滑块22上，光纤护套24、滑块22和镜筒21三者同轴设置。将镜筒21、滑块22和光纤护套24均采用圆柱形设计，使得LED光源扩束装置20的安装和使用过程更加方便，在移动滑块22调节耦合光纤10的出光口101与凸透镜23之间的距离时，只需调整好镜筒21、滑块22和光纤护套24三者的同轴度，即可满足使用过程中光线的光路需求，使得LED光源扩束装置20的出射光的发散角的检测更加准确。当然镜筒21、滑块22和光纤护套24的形状不限于圆柱形，也可采用其他形状，只要安装孔221的轴线和凸透镜23的主光轴位于同一条直线上，使得耦合光纤10发射出来的光能够从凸透镜23射出，能够实现LED光源扩束装置20出射光的发散角的调节即可。

进一步地，在一个实施例中，如图1所示，所述条形孔211沿镜筒21的轴向分布。条形孔211的设置，一方面需要满足在调节耦合光纤10出光口101与凸透镜23之间的距离的过程中紧固机构能够在其中移动。另一方面，当滑块22移动到合适位置，LED光源扩束装置20的出射光的发散角满足需要时，紧固机构能够穿过条形孔211限制滑块22和镜筒21之间的相对移动。将条形孔211设置成沿镜筒21的轴向分布，能够使得调节LED光源扩束装置20的过程中滑块22和紧固机构的移动更加流畅，整个操作过程更加方便快捷。

进一步地，在一个实施例中，所述镜筒21的内壁设有黑色涂层。黑色具有较好的光反射作用，耦合光纤10发射出来的光通过镜筒21，经过凸透镜23的调节发射出LED光源扩束装置20，通过在镜筒21的内壁设置黑色涂层，以保证LED光源装置发射出去的光的均匀性。

进一步地，在一个实施例中，如图1所示，所示LED光源扩束装置20还包括固定螺栓和用于固定凸透镜23的固定筒25，所述固定筒25套设在凸透镜23上，镜筒21与固定筒25连接的一端设有法兰212，所述法兰212与固定筒25之间通过所述固定螺栓连接。通过固定筒25将凸透镜23固定在镜筒21一端，当通过调节耦合光纤10和凸透镜23之间的距离无法满足主透镜的需求而需要更换凸透镜23时，只需将通过固定螺栓连接的固定筒25和法兰212分离，然后更换凸透镜23。整个过程简单方便，增加了LED光源扩束装置20的适用范围和利用率。

进一步地，在一个实施例中，如图1所示，所述LED光源扩束装置20还包括调节筒26，凸透镜23上套设有透镜筒231，所述透镜筒231位于凸透镜23和固定筒25之间，所述调节筒26的内径不小于透镜筒231的内径，所述调节筒26位于固定筒25内，调节筒26的一端与透镜筒231抵接，调节筒26的另一端与法兰212抵接。一般凸透镜23上套设有透镜筒231，在使用过程中透镜筒231的尺寸可能无法与固定筒25刚好匹配，使得凸透镜23不能固定在固定筒25内，从而无法精确控制耦合光纤10的出光口101与凸透镜23之间的距离。通过在透镜筒231和法兰212之间设置调节筒26，调节筒26的一端与法兰212抵接，调节筒26的另一端与透镜筒231抵接，在透镜筒231与固定筒25不匹配的情况下，通过采用调节筒26使得透镜筒231能够固定在固定筒25内，相对于镜筒21固定，从而使得耦合光纤10的出光口101与凸透镜23之间的距离只受滑块22位置的影响。通过调节筒26的设置，使得LED光源扩束装置20的使用范围更广，发散角的调节更加准确。

进一步地，在一个实施例中，如图1所示，所述LED光源扩束装置20还包括辅助筒27，所述固定筒25远离所述法兰212一端与辅助筒27连接。辅助筒27的设置对凸透镜23起到保护作用，防止使用过程中外界物体对凸透镜23产生刮花等损坏，从而提高LED光源扩束装置20的发散角的调节精度。

一种纹影系统，包括耦合光纤10和上述LED光源扩束装置20，所述耦合光纤10安装在安装孔221内，所述LED光源扩束装置20远离耦合光纤10的一端设有主透镜，凸透镜23的主光轴和主透镜的主光轴位于同一条直线上。使用过程中，根据主透镜的型号尺寸，以及LED光源扩束装置20的性能检测结果，将滑块22移动到合适位置，使得耦合光纤10发射出去的光线经过LED光源扩束装置20和主透镜后，能够以平行光线的方式发射出去，以满足试验需要。通过采用上述LED光源扩束装置20，使得在使用过程中可以根据主透镜的型号尺寸调节LED光源扩束装置20，从而使所述纹影系统能够使用不同型号的主透镜，扩大纹影系统的使用范围。

上述提供的LED光源扩束装置20，能够通过移动滑块22，调节耦合光纤10的出光口101和凸透镜23之间的距离，从而调节LED光源扩束装置20的出射光的发散角，以适应不同型号的凸透镜23的需求。当滑块22移动到合适位置，LED光源扩束装置20的出射光的发散角满足需求时，利用紧固结构将滑块22固定在镜筒21的相应位置，以供后续使用。上述纹影系统，通过采用所述LED光源扩束装置20，以满足不同型号主透镜的需求，扩大纹影系统的使用范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。