基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于尺寸测量技术领域，主要涉及一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法及装置。
【背景技术】
[0002]在具有微尺寸和大深径比的内腔结构测量领域，使用光纤制作探针是一个重要的解决方案，具有易于微型化、易于制作等优势，现有探针如下:
[0003](I)申请号200510072254.5所描述的“双光纤耦合接触式微测量力瞄准传感器”，在该专利中，提出了一种新结构传感器，其利用两根光纤烧制耦合球的方式实现光的反向传输，并对出射光进行探测。
[0004]相似专利有:带有端面微结构的双光纤共球耦合微测量力瞄准传感器(申请号:201410118922.2)、基于三光纤共球耦合的微测量力瞄准传感器(申请号:201410118924.1)、基于双入射光纤共球耦合的微测量力瞄准传感器(申请号:201410118968.4)。
[0005](2)申请号200910071623.7所描述的“基于二维微焦准直的微小内腔尺寸和三维坐标传感方法与装置”，利用光纤作为柱透镜对点光源准直成像从而实现探测。
[0006]相似专利有:基于一维微焦准直的微小内腔尺寸和二维坐标传感方法与装置(申请号:200910071624.1)、基于正交二维微焦准直的微孔测量装置与方法(申请号:201110438936.9)、正交光路二维微焦准直与三维坐标传感器(申请号:201110456022.5)。
[0007](3)申请号201110456011.7所描述的“基于光纤布拉格光栅的微孔尺寸测量装置及方法”，利用了光纤布拉格光栅受外力导致栅距变化进而致其反射光中心波长改变的性质进彳T探测。
[0008]相似专利有:基于光纤布拉格光栅的接触式温度无感三维探测传感器(申请号:201110456051.1)、基于四芯光纤光栅的三维微尺度测量装置及方法(申请号:201410030736.3)、基于三芯光纤光栅的二维微尺度测量装置及方法(申请号:201410030737.8)、基于双芯光纤光栅的二维微尺度测量装置及方法(申请号:201410030738.2)、基于双光纤光栅的二维微尺度测量装置及方法(申请号:201410030739.7)。
[0009](4)申请号201410118970.1所描述的“基于偏振态检测的双入射保偏平光纤耦合球微尺度传感器”，利用光纤烧制的耦合球实现光反向传输，通过检测出射光的偏振态来实现探测。
[0010]相似专利有:基于偏振态检测的保偏平光纤耦合球微尺度传感器(申请号:201410118966.5)。
[0011](5)参考文献(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.)中提到一种用原子力显微镜悬臂梁制作的组合式悬臂梁探针，其利用原子力显微镜原理进行探测。
[0012]上述文件及其提到的对比文献中所描述的现有探针不足之处在于:(I)探针制作难度大，且不易实现微型化；(2)探测光的强度弱，难以探测；(3)无三维探测能力或三维探测能力弱；(4)分辨力低；(5)整体装置复杂。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，设计提供一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法及装置，达到探针结构简单、分辨力高、且具有三维探测能力、整体装置紧凑的目的。
[0014]本发明的目的是这样实现的:
[0015]一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法，激光光束通过光纤出射后经透镜聚焦，由光电探测器探测聚焦光斑的位置，当探针在接触物体时带动光纤出射端偏移，导致出射光在光电探测器上聚焦形成的光斑位置发生偏移，完成传感。
[0016]一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感装置，激光器发出的光通过光纤出射，所述光纤由夹持器固定，构成单端固定的光纤悬臂梁，在所述光纤悬臂梁的出射光路上依次配置透镜和光电探测器，探针与所述光纤悬臂梁的中间部位固连。
[0017]所述光纤悬臂梁和探针相互垂直。
[0018]所述夹持器以一定频率振动，带动所述光纤悬臂梁和探针工作在振动模式。
[0019]本发明的优点是:⑴探针制作方便且满足微型化需求；(2)探测光的强度高且易于探测；(3)具备三维探测能力；(4)分辨力高；(5)整体装置简单且尺寸较小。
【附图说明】
[0020]图1是本发明三维结构示意图。
[0021]图中:1.激光器，2.光纤，3.夹持器，4.光纤悬臂梁，5.透镜，6.光电探测器，7.探针。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。
[0023]一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法，激光光束通过光纤出射后经透镜聚焦，由光电探测器探测聚焦光斑的位置，当探针在接触物体时带动光纤出射端偏移，导致出射光在光电探测器上聚焦形成的光斑位置发生偏移，完成传感。
[0024]一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感装置，激光器I发出的光通过光纤2出射，所述光纤2由夹持器3固定，构成单端固定的光纤悬臂梁4，在所述光纤2的出射光路上依次配置透镜5和光电探测器6，探针7与所述光纤悬臂梁4的中间部位固连。
[0025]所述光纤悬臂梁4和探针7相互垂直。
[0026]所述夹持器3以一定频率振动，带动所述光纤悬臂梁4和探针7工作在振动模式。
[0027]本发明的工作原理如下:
[0028]在探测物体时，激光器I发出的光通过光纤2耦合出射后由透镜5聚焦，由光电探测器6探测聚焦光斑的位置，探针7在接触物体时带动光纤悬臂梁4弯曲，从而使得光纤悬臂梁4的自由端(即光纤2的出射端)偏移，导致出射光在光电探测器6上聚焦形成的光斑位置发生偏移，完成传感，此时系统工作在静态模式。
[0029]当夹持器3振动时，将带动光纤悬臂梁4和探针7振动，此时系统工作在振动模式，当探针接触物体时，将影响探针7和光纤悬臂梁4的振动特性，最终影响光电探测器6所探测的光斑位置变化，可以采用锁相放大器进行信号处理；振动模式能够有效克服微型探针探测时的吸附力，提尚探测精度。
【主权项】
1.一种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法，其特征在于:激光光束通过光纤出射后经透镜聚焦，由光电探测器探测聚焦光斑的位置，当探针在接触物体时带动光纤出射端偏移，导致出射光在光电探测器上聚焦形成的光斑位置发生偏移，完成传感。2.—种基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感装置，其特征在于:激光器(I)发出的光通过光纤(2)出射，所述光纤(2)由夹持器(3)固定，构成单端固定的光纤悬臂梁(4)，在所述光纤(2)的出射光路上依次配置透镜(5)和光电探测器￠)，探针(7)与所述光纤悬臂梁(4)的中间部位固连。3.根据权利要求2所述的基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感装置，其特征在于:所述光纤悬臂梁(4)和探针(7)相互垂直。4.根据权利要求2所述的基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感装置，其特征在于:所述夹持器(3)以一定频率振动，带动所述光纤悬臂梁(4)和探针(7)工作在振动模式。
【专利摘要】基于光纤出射光探测的组合悬臂梁探针传感方法及装置属于尺寸测量技术领域；激光光束通过光纤出射后经透镜聚焦，由光电探测器探测聚焦光斑的位置，当探针在接触物体时带动光纤出射端偏移，导致出射光在光电探测器上聚焦形成的光斑位置发生偏移，完成传感；所述装置由激光器、光纤、夹持器、透镜、光电探测器和探针装配构成；本发明的特点是：探针制作方便且满足微型化需求、探测光的强度高且易于探测、具备三维探测能力、分辨力高、整体装置简单且尺寸较小。
【IPC分类】G01B11/00
【公开号】CN105043255
【申请号】CN201510381723
【发明人】邹丽敏, 倪赫, 谭久彬
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月2日