一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器的制作方法

本发明涉及一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器。

背景技术：

白光干涉型位移传感器是光位移传感器研制领域的一个重要分支。国外早在上世纪90年代开展了白光干涉型位移传感器研究。atkaerospace公司的thiokolpropulsion喷气推进部分在火箭发动机上已经验证了使用楔形介质膜的白光干涉型线位移传感器，并得到了满意的结果，美国davidson公司也正在navy的先进战舰sc－21上试验了这种的传感器。

白光干涉型位移传感器的核心器件是楔形干涉器件，国外研制的白光干涉型位移传感器均采用楔形介质薄膜。楔形介质薄膜的制作属于精密加工领域，不仅要求精确控制楔形介质薄膜的厚度变化从几微米到几十微米，且厚度变化需符合线性方程，薄膜的使用长度可从几十毫米达到几百毫米。目前世界上只有加拿大等极少数国家掌握了大尺寸楔形介质薄膜的制作技术，从国外文献资料了解，他们采用了镀介质膜的工艺方法来实现楔形膜的制作，该方法的工艺过程是：首先，在光学基板上镀制半透半反膜，然后在半透半反膜上离子束溅射楔形介质膜，最后在介质膜上再镀一层半透半反膜，从而形成楔形介质薄膜。该方法的缺点是：

1.镀厚度在5μm～40μm范围内线性变化的介质膜，制作时间长，

斜率控制难度大，成活率低；

2.厚度较厚的介质膜从镀膜机的真空环境中取出后，在空气中受湿

度和内应力影响而易损坏。

本发明利用玻璃组合器件代替楔形介质薄膜，不仅工艺简单，成本低，而且容易实现大量程测量。

技术实现要素：

本发明的目的是：本文提出一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器，用玻璃组合器件代替楔形介质薄膜，不仅工艺简单，成本低，而且容易实现大量程测量。

本发明的技术方案为：一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器，y型光纤2的两个侧枝分别连接宽带光源1和波长解调器8，y型光纤2的主枝连接透镜组4安装于壳体3内；反射镜5将透镜组4的准直光反射到复合白光干涉组件6上，连杆7带动反射镜5在壳体3内运动，经反射镜5反射的准直光光斑在复合白光干涉组件6上移动，实现光位移传感器的位移测量；复合白光干涉组件6是复合白光干涉器件粘接在金属衬板上，金属衬板与壳体3之间通过螺钉连接。

入射光路为宽带光源1由y型光纤2的一个侧枝传入，经准直透镜组4准直，然后水平射入反射镜5，再垂直照射复合白光干涉组件6；白光干涉光以自准直状态沿入射光路返回，经y型光纤2另一个侧枝传入波长解调器8；波长解调器8获取白光干涉信号后，再由信号处理单元9计算出光位移传感器所在的位置。

所述复合白光干涉组件6核心是由两块三棱柱玻璃器件组成，其中b面所在的三棱柱为直角三棱柱，a面所在的三棱柱是在直角三棱柱基础上，沿长度方向在a面上去掉一个楔形部分。

a面所在的三棱柱是在直角三棱柱基础上，沿长度方向在a面增加一个楔形部分。

经过反射镜5的入射光斑照射在复合白光干涉组件6的两种玻璃器件上；入射光一半经反射照射在三棱柱玻璃器件a面上，另一半透射照射在三棱柱玻璃器件b面上，a面和b面均为全反射面。

本发明的优点是：本发明复合白光干涉器件的光位移传感器，采用复合白光干涉组件为核心器件，通过对矩形玻璃器件和楔形玻璃器干涉信号的获取和处理，计算出传感器位移信息。该传感器核心器件采用玻璃组合器件代替楔形介质薄膜，不仅工艺简单，成本低，而且容易实现大量程测量。

附图说明

图1是本发明线位移传感器的结构示意图，1：宽带光源，2：y型光纤，3：壳体，4：透镜组，5：反射镜，6：复合白光干涉组件，7：连杆，8：解调器，9：信号解调单元。

图2是本发明复合白光干涉组件6示意图，由两块三棱柱玻璃器件组成。

图3是本发明入射光照射模式示意图，入射光一半经反射照射在三棱柱玻璃器件a面上，另一半透射照射在三棱柱玻璃器件b面上。

图4是实施例1示意图：组成复合白光干涉组件6的两块三棱柱玻璃器件结构，a面所在的三棱柱是在直角三棱柱基础上，沿长度方向在a面上去掉一个楔形部分。

图5是实施例2示意图：组成复合白光干涉组件6的两块三棱柱玻璃器件结构，a面所在的三棱柱是在直角三棱柱基础上，沿长度方向在a面上增加一个楔形部分。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。请参阅说明书附图1～3。

图1是本发明线位移传感器的结构示意图，图2是本发明复合白光干涉组件6，由两块三棱柱玻璃器件组成。图3是本发明入射光照射模式，入射光一半经反射照射在三棱柱玻璃器件a面上，另一半透射照射在三棱柱玻璃器件b面上。本发明的包括宽带光源1、y型光纤2、壳体3、透镜组4、反射镜5、复合白光干涉组件6、连杆7、波长解调器8和信号处理单元9；y型光纤2的两个侧枝分别连接宽带光源1和波长解调器8，y型光纤2的主枝连接透镜组4安装于壳体3内；连杆7带动反射镜5在壳体3内运动，实现光位移传感器的位移测量；复合白光干涉组件6是复合白光干涉器件粘接在金属衬板上，复合白光干涉组件6与壳体3之间通过螺钉连接。

入射光路为宽带光源1由y型光纤2的一个侧枝传入，经透镜组4准直，然后水平射入与水平方向成45°的反射镜5，再垂直照射复合白光干涉组件6；入射光一半经反射照射在三棱柱玻璃器件a面上，另一半透射照射在三棱柱玻璃器件b面上。复合白光干涉组件6成本低、易加工，可实现传感器的大范围测量，且干涉信号强，受环境干扰小。

白光干涉光以自准直状态沿入射光路返回，经y型光纤2另一个侧枝传入波长解调器8；

波长解调器8获取白光干涉信号后，再由信号处理单元9计算出光位移传感器所在的位置。波长解调器8可以是光谱仪或者斐索解调仪。

以光谱仪为例，光传感器工作时，经反射镜5的入射光斑垂直照射复合白光干涉组件6，入射光一半经反射照射在三棱柱玻璃器件a面上，另一半透射照射在三棱柱玻璃器件b面上。返回光谱仪的白光信号经解调传入信号处理单元9，由信号处理单元9得出任意两个光强极大值的波长(λ和λq)和它们之间的干涉级次的差值(q)，根据公式

就可以求出a面到入射光分界点o的距离h，上式中n为玻璃折射率，a面到入射光分界点o的距离h与三棱柱玻璃器件长度成线性关系，由此进而确定复合白光干涉组件6水平移动量。

本发明一种基于复合白光干涉器件的光位移传感器，采用复合白光干涉组件为核心器件，通过对两块三棱柱玻璃器件干涉信号的获取和处理，计算出传感器位移信息。该传感器核心器件采用玻璃组合器件代替楔形介质薄膜，不仅工艺简单，成本低，而且信号强度高，受环境干扰小，容易实现大量程测量。

实施例1

在具体实施方式的基础上，本实施例的方案如图4所示，所述复合白光干涉组件6核心是由两块三棱柱玻璃器件组成，其中b面所在的三棱柱为直角三棱柱，a面所在的三棱柱是在直角三棱柱基础上，沿长度方向在a面上去掉一个楔形部分。

实施例2

在具体实施方式的基础上，如图5所示，所述复合白光干涉组件6核心是由两块三棱柱玻璃器件组成，其中b面所在的三棱柱为直角三棱柱，a面所在的三棱柱是在直角三棱柱基础上，沿长度方向在a面上增加一个楔形部分。