基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学相干层析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)领域，特别涉及一种基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统。
【背景技术】
[0002]目前，基于宽谱光源特性的光学干涉传感技术在高精度测量中已得到了广泛的应用，其中，用于位置或者位移量或者其它可以转化为位移量的高精度测量已成为尤其热门的研宄课题。
[0003]该基于宽谱光源特性的光学干涉传感技术通常被应用于高精度、分布式干涉性光纤传感器中。然而，在实际的应用中，往往需要准确地知道光源实际的相干特性，而电子耦合组件(CCD，Charge-Coupled Device)虽然可以实现成像与低速振动的测量，但是，由于CCD测量振动的灵敏度较低，无法实现对高速振动的样品的精确测量。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统，用于解决现有技术中的CDD无法实现对高速振动的样品的精确测量的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]一种基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统，包括:用于发出相干光的光源、用于将该相干光进行分束的光纤耦合器、用于根据分束后的第一光信号返回参考光的参考臂、用于根据分束后的第二光信号返回信号光的样品臂、以及用于对该参考光与信号光所形成的干涉信号进行解调的光谱解调器，其中，所述光谱解调器包括分光镜及二极管阵列，所述干涉信号经所述分光镜分光后，其中一部分反射至二极管阵列中用于样品振动参数的测量。
[0007]优选地，所述光谱解调器还包括:透镜光栅组件及电子耦合组件，所述干涉信号由所述透镜光栅组件输出至所述分光镜后，其中一部分反射至所述二极管阵列中用于样品振动参数的测量，另一部分透射至所述电子耦合组件中用于OCT成像以监测样品的测量面。
[0008]优选地，所述分光镜透射与反射所述干涉信号的百分比是90%?95%:5%?10%。
[0009]优选地，所述分光镜透射与反射所述干涉信号的百分比是95%:5%。
[0010]优选地，所述透镜光栅组件包括依次设置的第一透镜、光栅及第二透镜，其中，接收到的所述干涉信号由所述第二透镜输出至所述分光镜。
[0011]优选地，所述光源为宽谱光源，所述宽谱光源的中心波长为810nm - 850nm。
[0012]优选地，所述参考臂包括依次设置的第三透镜及全反射镜，其中，所述参考光经所述全反射镜、第三透镜返回至所述光纤耦合器。
[0013]优选地，所述样品臂包括透镜共聚焦系统，所述透镜共聚焦系统包括依次设置的第四透镜、振镜及第五透镜，其中，所述信号光经所述第五透镜、振镜、第四透镜返回至所述光纤親合器。
[0014]优选地，所述基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统还包括计算机，所述计算机与所述光谱解调器及样品臂连接，用于控制所述样品臂的振镜的速度以及进行后续的振动参数的计算。
[0015]由以上本实用新型所提供的技术方案可见，与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0016]通过在光谱解调器中设置分光镜及二极管阵列，使得光谱解调器接收到的干涉信号经该分光镜分光后，其中一部分反射至二极管阵列中用于样品振动参数的测量。也就是说，本实用新型的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统利用分光镜与二极管阵列的相互配合，替代了现有的电子耦合组件的测试方式，使得对极微弱的干涉信号进行探测的灵敏度大为提高，进而实现了对高速振动的样品的振动参数的测量精度可以达到纳米级。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型各实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型各实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1A为一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的结构框图。
[0019]图1B为另一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的结构框图。
[0020]图2为另一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的光谱解调器的结构框图。
[0021]图3为一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量方法的流程图。
[0022]图4为一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的二极管阵列所探测得的第二光谱信息对应的波形图。
[0023]图5为另一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的二极管阵列的其中一个二极管的光强度随时间变化的波形图。
[0024]图6为一实施例的基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统的CCD所探测得的第一光谱信息对应的波形图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本领域的普通技术人员更好地理解本实用新型中的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的各实施例中的技术方案予以进一步地详尽说明。
[0026]请参阅图1A，在一实施例中，一种基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统I包括:用于发出相干光的光源10、用于将该相干光进行分束的光纤耦合器11、用于根据分束后的第一光信号返回参考光的参考臂12、用于根据分束后的第二光信号返回信号光的样品臂13、以及用于对该参考光与信号光所形成的干涉信号进行解调的光谱解调器14。
[0027]其中，光谱解调器14包括分光镜142及二极管阵列144，干涉信号经分光镜142分光后，其中一部分反射至二极管阵列144中用于样品振动参数的测量。分光镜142可以是半透半反射镜，可以是立方体型，也可以是平面型等。
[0028]进一步地，二极管阵列144包括至少一个二极管，该二极管的探测面极小，有利于测量，尤其适用于样品高速振动的精确测量。同时，通过采用二极管阵列144，使得即使是对极微弱的干涉信号进行探测的灵敏度也大为提高，从而解决了现有技术中CCD对高速振动的样品所产生的干涉信号灵敏度不够的问题。
[0029]请参阅图1B，在一实施例中，一种基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统I的光谱解调器14还包括:透镜光栅组件141、及电子耦合组件143(CCD，Charge-CoupledDevice)。透镜光栅组件141接收到的干涉信号传输至分光镜142后，其中一部分反射至二极管阵列144中用于样品振动参数的测量，另一部分透射至电子耦合组件143中用于OCT成像以监测样品的测量面。本实施例中，一种基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统I中的其余结构均与图1A中一致，在此不再--赘述。
[0030]其中，分光镜142透射与反射干涉信号的百分比是90%?95%:5%?10%，即90%?95%的干涉信号透射至电子耦合组件143中，5%?10%的干涉信号发射至二极管阵列144中。也就是说，5%?10%的干涉信号用于实现对高速振动的样品振动参数的精确测量，90%?95%的干涉信号用于OCT成像以监测样品的测量面，通过对样品测量面的监测，可以获知光干涉的大致情况，以便后续样品振动参数的精确测量时所需。
[0031]优选地，分光镜142透射与反射干涉信号的百分比为95%:5%时，此时，基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统I对高速振动的样品振动参数的测量精度最高。
[0032]如图1B所示，在一实施例中，基于宽谱光源干涉原理的高速振动测量系统I还包括计算机15。计算机15与光谱解调器14及样品臂13连接，用于控制样品臂13的振镜的速度以及进行后续的振动参数的计算。
[0033]其中，当计算机15控制样品臂13的振镜的速度为0，此时，样品相对静止，才能够实现该系统对样品臂13光路与样品之间的振动进行测量。计算机15对二极管阵列144探测干涉信号所得到的光谱信息进行相关光强度的提取及计算，从而得到样品振动参数。例如，该振动参数包括振动相位、振动位移及振动频率等。
[0034]需要说明的是，本实施例中，上述相关数据处理均是通过计算机15内部的信号处理单元(图中未示出)完成的，在其他实施例中，该信号处理单元也可以设置于嵌入式硬件系统中以实现上述相关数据处理，本实用新型并不以此为限。
[0035]请参阅图1A至图1B，在一实施例中，光源10为宽谱光源，该宽谱光源的中心波长的范围在810nm- 850nm之间。通过该光源10发出相干光并输出至光纤耦合器11。本实施例中，通过采用宽谱光源，不仅避免了使用价格昂贵的激光器做光源，而且使得光源发出的相干光不是单谱光，性能较稳定。优选地，该宽谱光源的中心波长为830nm。
[0036]光纤親合器11的输入端与光源10连接，其三个输出端分别与参考臂12的输入端、样品臂13的输入端及光谱解调器14的输入端连接。光纤耦合器11的作用不仅在于将光源10发出的相干光进行分束形成第一、第二光信号，并将该第一、第二光信号分别发送至参考臂12的输入端与样品臂13的输入端，还在于对从参考臂12返回的参考光与从样品臂13返回的信号光进行干涉，以形成干涉信号并输出至光谱解调器14的输入端。
[0037]参考臂12连接于光纤耦合器11的第一输出端，其包括依次设置的第三透镜及全反射镜，以使接收到的光信号经该第三透镜扩束投射在该全反射镜上后发生反射形成参考光。同时，该参考光经全反射镜、第三透镜返回至光纤耦合器11。当然，在其他实施例中，参考臂的组成还可以有其他方式，但本实施例中第三透镜和全反射镜的组成方式所得到的稳定性效果最佳。
[0038]样品臂13连接于光纤耦合器11的第二输出端，其包括透镜共聚焦系统，该透镜共聚焦系统包括依次设置的第四透镜、振镜及第