CN114440781B - 一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置 - Google Patents
一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114440781B CN114440781B CN202210073673.4A CN202210073673A CN114440781B CN 114440781 B CN114440781 B CN 114440781B CN 202210073673 A CN202210073673 A CN 202210073673A CN 114440781 B CN114440781 B CN 114440781B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- gap
- light wave
- light
- wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
为解决现有技术采用电容法进行间隙测量时电容极板的有效正对面积会引入一定误差以及电容测量过程容易受电磁干扰的问题，本发明实施例提供一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置，包括：45°反射镜，用于设于间隙的一个内壁以改变传播至45°反射镜上的光波的方向；以及光纤，光纤端面用于设于间隙的所述一个内壁；光纤端面用于使光纤中光束的一部分光反射回光纤形成参考光波，光纤端面用于使光纤中光束的另一部分光透过所述光纤端面并直线传播至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述光束的另一部分光至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤并用于与参考光波发生干涉的探测光波，以实现对间隙的一个内壁至间隙的另一个内壁的距离的测量。本发明实施例避免了采用电容法进行间隙测量时电容极板的有效正对面积会引入一定误差以及电容测量过程容易受电磁干扰的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置。
背景技术
在部分高品质工业产品的设计制造过程中经常需要检测亚毫米的间隙，组成间隙的材料有时为绝缘体或者不便于连接电信号的导线，并且留给传感器的空间有限而复杂。目前能部分满足这类间隙测量需求的方法主要为薄片电容法。
该方法的传感器由两片金属薄片组成，用于间隙测量时，分别正对固定于间隙的两壁上，作为电容的两个极板。其电容量与极板的几何形状、两极板间距、正对面积和极板间介质有关。
正常情况下，两个极板间介质和正对面积保持不变，被测电容值与间隙值成反比例关系，通过检测电容值就可以相应求出间隙大小。这种平行板电容法虽然可以给出平行板和两极板间的间隙，但是存在以下几个问题：首先，电极板本身有一定的厚度(一般两片总厚度约0.4mm)和宽度(一般5mm以上)，对更小更窄的间隙测量存在一定困难；其次，在实际测量过程中，间隙的两个壁面有时会发生横向相对移动时，导致电容极板的有效正对面积会引入一定误差而影响测量精确度；最后，电容法间隙测量的精度取决于电容测量的精度，然而电容测量过程容易受到电磁干扰。
发明内容
为解决现有技术采用电容法进行间隙测量时电容极板的有效正对面积会引入一定误差以及电容测量过程容易受电磁干扰的问题，本发明实施例提供一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置。
本发明实施例通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种间隙测量传感器，包括：
45°反射镜，用于设于间隙的一个内壁以改变传播至45°反射镜上的光波的方向；
以及光纤，光纤的一端用于设于间隙的所述一个内壁；光纤用于直线传播发射光波至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述发射光波至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤的反射光波，以实现对间隙的一个内壁至间隙的另一个内壁的距离的测量。
进一步的，所述间隙测量传感器包括：
薄片，沿长度方向设有凹槽；
45°反射镜，设于所述凹槽内，且45°反射镜的一侧与薄片的一侧齐平；
以及光纤，光纤的一端设于所述凹槽内，用于直线传播发射光波至45°反射镜或者直线接收来自45°反射镜的反射光波，光纤的一侧与薄片的一侧齐平。
进一步的，所述薄片为矩形结构。
进一步的，所述薄片包括：第一薄片和第二薄片；凹槽形成于第一薄片和第二薄片相互靠近的两侧之间。
进一步的，所述传感器的厚度为80μm，横向宽度为0.9mm；其中，光纤的芯径为9μm，光纤的包层直径80μm；薄片为厚度0.08mm、规格为0.4×1.5mm 的钽片；45°反射镜的厚度和宽度均为80μm。
第二方面，本发明实施例提供一种所述传感器的间隙测量方法，包括：
发送发射光波发射指令，以控制光波发生装置通过光纤直线传播发射光波至位于间隙的一个内壁的45°反射镜，以使45°反射镜反射所述发射光波至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤的反射光波；
发送频域信号采集指令，以控制频域信号采集装置采集发射光波和反射光波，并完成发射光波与反射光波的干涉和光电转换，得到频域干涉信号；
利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取发射光波和反射光波的时间差，计算得到45°光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离。
进一步的，利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取发射光波和反射光波的时间差，计算得到45°光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离；包括利用以下公式计算光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离d：
其中，τ为发射光波和反射光波的时间差，c为真空中的光速，n为传输介质的折射率。
第三方面，本发明实施例提供一种间隙测量方法，包括：
执行所述测量方法测量间隙高度为h的U型件，得到U型件中45°光纤端面的参考反射面与标准间隙件的另一个内壁的距离l1；
执行所述测量方法测量待测件的待测间隙值，得到待测件中45°光纤端面的参考反射面与标准间隙件的另一个内壁的距离l2；
利用以下公式计算待测件的待测间隙值g
g＝l2-l1+h。
第四方面，本发明实施例提供一种间隙测量装置，包括：
宽带光源，用于产生宽带光波；
光波传输装置，用于接收所述宽带光波并传输所述宽带光波至所述间隙传感器的光纤；
间隙传感器，用于通过光纤与光波传输装置连接；
频域信号采集仪，用于采集间隙光纤中的发射光波和反射光波以完成发射光波与反射光波的干涉和光电转换，得到频域干涉信号；
以及计算机，利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取发射光波和反射光波的时间差，计算得到45°光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离。
进一步的，所述光波传输装置包括：
光纤环行器用于接收宽带光源产生的宽带光波；
和/或多路复用组件，用于接收所述宽带光波并传输所述宽带光波至所述间隙传感器的光纤。
本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例的一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置，通过直线传播发射光波至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述发射光波至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤的反射光波，以实现对间隙的一个内壁至间隙的另一个内壁的距离的测量，避免了现有技术采用电容法进行间隙测量时电容极板的有效正对面积会引入一定误差以及电容测量过程容易受电磁干扰的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为间隙传感器的结构示意图。
图2为间隙测量装置的结构示意图；其中，实线为光波信号传输，虚线为数据传输。
图3为U型标定工装的结构示意图。
图4为间隙传感器和U型标定工装的放置位置关系示意图。
图5为间隙传感器测量U型标定工装的间隙的原理示意图。
图6为间隙传感器测量待测量件的间隙的原理示意图。
图7为对三个间隙同时测量的原始频率干涉信号图。
图8为对图7的信号进行傅里叶分析后的信号图。
图9为间隙测量方法的流程示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
图中：101-光纤，102-第一薄片，103-参考光反射面，104-45°反射镜， 105-第二薄片，201-宽带光源，202-光纤环形器，203-频域信号采集仪，204- 计算机，205-被测间隙的上表面，206-微型间隙传感器，207-传输光纤，208- 被测间隙的下表面，209-多路复用组件，301-U型标定工装。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
为解决现有技术采用电容法进行间隙测量时电容极板的有效正对面积会引入一定误差以及电容测量过程容易受电磁干扰的问题，本发明实施例提供一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置，参考图1-8所示。
间隙传感器、间隙测量方法和测量装置是基于光谱干涉原理设计的，具体的推导过程如下：
采用具有相关性的两束宽带光波信号通过频域信号采集仪干涉检波，由于其不同频率成分的光波各自进行干涉叠加，最终在频域(波长的倒数域)上形成明暗相间的干涉条纹。其理论推导如下所示：
设参与干涉的参考光波和探测光波信号Eref(t)和Eprb(t)分别为
Eref(t)＝E0exp(i2πf0t+iφr) (1)
其中Eref(t)和Eprb(t)是复振幅，f0为某一光波分量的频率(光速与波长之比值)，τ是两束光波信号的传输时间差，φr和φp是两束光波的初相位，R是被测目标的反射探测光相对系数(即探测光与参考光强度之比)。
在频域信号采集仪(不同于光谱仪以等间隔波长扫描光波强度，它以等间隔光频率扫描光强)中，两束宽带光波经过色散展开成多个频率，每个频率分量均包含Eref(t)和Eprb(t)，这两个复振幅同时耦合到一个光电转换元件。由于光电转换过程是平方率检测，因此，(1)、(2)式相加取平方即可得到f0分量干涉场光谱强度，如下所示：
式中η为包含光电转换效率等因素的常系数。由于频域信号采集仪中光电转换元件无法响应百太赫兹量级的f0及更高频率的时变信号，所以输出它们的平均值0，因此，式(3)的最后三项可略去，可以改写为：
由(4)式可得，频域干涉场的强度不仅与光波信号的反射率R和初相位角φr、φp有关，而且还与光波频率f和传输时间差τ相关，且传输时间差τ即为干涉信号的周期。因此，频谱仪采集的频域干涉场强度分布可以写为：
式中I0(f)为参考宽带光波频谱分布函数，Δφ为参考光波与探测光波的初相位差，一般情况下，可以忽略色散的影响，即Δφ是一个常数。
将(5)式所述的频域干涉信号进行傅里叶分析，即可获得两束光波的传输时间差τ，进而可以推算出参考光反射面与被测面的距离d如下：
式中c为真空中的光速，n为传输介质的折射率。
上述原理应用到间隙测量时，间隙的一个表面为被测面，用于反射探测光波，间隙的另一面粘贴间隙传感器，参考光反射面为间隙传感器内部的光纤的端面。
基于此，第一方面，本发明实施例提供一种间隙传感器，参考图1所示，包括：45°反射镜，用于设于间隙的一个内壁以改变传播至45°反射镜上的光波的方向；以及光纤101，光纤的一端用于设于间隙的所述一个内壁；光纤用于直线传播发射光波至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述发射光波至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤的反射光波，以实现对间隙的一个内壁至间隙的另一个内壁的距离的测量。
从而，本发明实施例通过直线传播发射光波至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述发射光波至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤的反射光波，以实现对间隙的一个内壁至间隙的另一个内壁的距离的测量，避免了现有技术采用电容法进行间隙测量时电容极板的有效正对面积会引入一定误差以及电容测量过程容易受电磁干扰的缺陷。
可选地，所述间隙测量传感器包括：薄片，沿长度方向设有凹槽；45°反射镜，设于所述凹槽内，且45°反射镜的一侧与薄片的一侧齐平；以及光纤，光纤的一端设于所述凹槽内，用于直线传播发射光波至45°反射镜或者直线接收来自45°反射镜的反射光波，光纤的一侧与薄片的一侧齐平。
进一步的，所述薄片为矩形结构。
进一步的，所述薄片包括：第一薄片102和第二薄片105；凹槽形成于第一薄片和第二薄片相互靠近的两侧之间。
可选地，参考图1所示，去掉涂敷层的光纤101紧密地夹在两片薄片之间，中间的光纤端面为参考光反射面103，其上镀回损值30dB的反射膜。参考光反射面103的对面为微型45度反射镜104，作用是将光波沿垂直于第一薄片102 的方向反射出去，其宽度与光纤直径相等，高度与薄片的厚度相等，长度约为薄片长度的1/3。薄片与光纤101、45°反射镜104之间通过胶水固定。
为了设计的更为小巧，便于对更小的间隙测量使用，可选地，所述传感器为微型间隙传感器；所述传感器的厚度为80μm，横向宽度为0.9mm；其中，光纤的芯径为9μm，光纤的包层直径80μm；薄片为厚度0.08mm、规格为0.4×1.5mm 的钽片；45°反射镜的厚度和宽度均为80μm。
具体地，光纤间隙传感器的光纤采用芯径9μm、包层直径80μm、工作中心波长1550nm的单模光纤；支架材料为厚度0.08mm的钽片，采用飞秒激光加工技术制作成0.4×1.5mm微型薄片；反射镜采用微加工技术制作的厚度宽度均为80 μm的微型45度反射镜。光纤、支架和反射镜之间紧密贴合，使用胶水固定，制作出的传感器厚度约80μm，横向宽度约0.9mm。
从而，本发明实施例通过采用光纤结构设计，传感器厚度可薄至光纤直径水平(小于0.1mm)，横向尺寸可至1mm以下，非常适合受限空间的小间隙测量。传感器的光束直接照射到间隙表面，利用其反射光进行测量，不存在正对面积问题。测量装置采用光谱干涉技术，系统链路上的光束全在光纤内传播，不易受到电磁干扰。
第二方面，本发明实施例提供一种所述传感器的间隙测量方法，执行主体可以为服务器，参考图9所示，包括：
S101.发送发射光波发射指令，以控制光波发生装置通过光纤直线传播发射光波至位于间隙的一个内壁的45°反射镜，以使45°反射镜反射所述发射光波至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤的反射光波；
S102.发送频域信号采集指令，以控制频域信号采集装置采集发射光波和反射光波，并完成发射光波与反射光波的干涉和光电转换，得到频域干涉信号；
S103.利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取发射光波和反射光波的时间差，计算得到45°光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离。
进一步的，利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取发射光波和反射光波的时间差，计算得到45°光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离；包括利用以下公式计算光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离d：
其中，τ为发射光波和反射光波的时间差，c为真空中的光速，n为传输介质的折射率。
原理参考上述相关内容，此不赘述。
第三方面，本发明实施例提供一种间隙测量方法，包括：
执行所述测量方法测量间隙高度为h的U型件，得到U型件中45°光纤端面的参考反射面与标准间隙件的另一个内壁的距离l1；
执行所述测量方法测量待测件的待测间隙值，得到待测件中45°光纤端面的参考反射面与标准间隙件的另一个内壁的距离l2；
利用以下公式计算待测件的待测间隙值g
g＝l2-l1+h。
原理参考下述间隙测量装置内容，此不赘述。
第四方面，本发明实施例提供一种间隙测量装置，参考图2所示，包括：
宽带光源，用于产生宽带光波；
光波传输装置，用于接收所述宽带光波并传输所述宽带光波至所述间隙传感器的光纤；
间隙传感器，用于通过光纤与光波传输装置连接；
频域信号采集仪，用于采集间隙光纤中的发射光波和反射光波以完成发射光波与反射光波的干涉和光电转换，得到频域干涉信号；
以及计算机，利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取发射光波和反射光波的时间差，计算得到45°光纤端面的参考反射面与间隙的另一个内壁的距离。
进一步的，所述光波传输装置包括：
光纤环行器用于接收宽带光源产生的宽带光波；
和/或多路复用组件，用于接收所述宽带光波并传输所述宽带光波至所述间隙传感器的光纤。
参考图2所示，宽带光源201产生的宽带光波，从光纤环行器202的1端口输入，2端口输出的光波进入多路复用组件209(起分束合束或分频段的作用，可连接多传感器同时测量多个间隙)，其输出光由传输光纤207送至微型间隙传感器206。微型间隙传感器206用胶水粘贴在被测间隙下表面208上。分别经过被测间隙的上表面205对参考光波和探测光波信号的反射，微型间隙传感器206 收集反射回的参考光波和探测光波信号，反向依次经过传输光纤207、多路复用组件209输入光纤环行器202的2端口，然后从3端口输出至频域信号采集仪 203，完成参考光波和探测光波的干涉、光电转换和采集。通过计算机204获取频域信号采集仪的频域干涉信号，然后对其进行傅里叶分析获得传输时间差，进而计算得到参考光反射面与被测面的距离信息。
可选地，宽带光源选择C波段的单模光纤耦合输出的自发辐射光源(ASE)，功率为200mW；光纤环形器为1550nm的单模光纤环行器，频域信号采集仪的光学扫频范围为191.25-196.12THz，采样率为312.5MHz；传输光纤为工作在1550nm 波段的普通单模光纤；本发明实施例的多路复用组件采用1×3光纤耦合器进行分束与合束；待测间隙为三个不同值的间隙，使用的微型光纤间隙传感器的参考光反射面设置在不同位置，以避免在信号的傅里叶分析时峰值相互接近重合而影响间隙解读。由于在空气中测试，利用公式(6)计算距离时取真空光速c为2.998 ×108m/s，空气折射率n为1.0003。
可选地，间隙测量的实施过程分为传感器标定和正式测量两个步骤。
传感器标定：使用胶水将微型间隙传感器206紧密贴合在被测间隙的下表面上，传感器与被测间隙下表面之间的胶水存在一定厚度，因此需要标定扣除。具体操作是用内高度为h的U型标定工装301(U型件)罩在传感器上面(参考图 4)进行标定，得到传感器的参考光反射面到标定工装内部顶面的距离l1(参考图 5)，用于待测间隙的计算；
正式测量：在取掉标定工装后，被测间隙的上表面安装到位，对间隙进行正式测量，得到传感器参考光反射面到被测间隙的上表面的距离l2(参考图6)。
从图3可以看出，在实际测测量过程中，标定工装内部顶面到被测间隙上顶面的距离l＝l2-l1，那么待测间隙值g则可以表示为
g＝l2-l1+h (7)
可选地，实验中使用本发明实施例的装置和间隙测量方法，使用内顶面高度 h为1mm的U型工装对三个间隙传感器进行标定，标定值l1分别为1.321mm、 1.208mm和1.105mm。对三个间隙同时测量的原始频率干涉信号如图7所示。对其进行傅里叶分析后的结果如图8所示，第三个间隙表面的反光效率远大于前两个间隙，所以信号分量强度远高于前两个。这三个间隙测量示值l2分别为0.512 mm、0.765mm和1.075mm，根据前述公式(7)计算出间隙g分别为0.191mm、0.557mm 和0.970mm。
综上所述，本发明实施例基于光谱干涉原理，发展了微型光纤间隙传感器及测量装置，实现了受限空间微小间隙的测量。
从而，本发明实施例的优点在于利用光谱干涉原理发展了一种全光纤微型间隙传感器及测量装置。采用光纤结构设计的微型间隙传感器尺寸小巧(最小厚度小于0.1mm，横向宽度小于1mm)，非常适合受限空间的微小间隙的测量(0.1mm 至数毫米)。测量装置由光纤器件组成，信号通过光纤传输，具有非常强的抗电磁干扰能力。采用多路复用组件配合传感器内部参考光反射面距离的设置，可实现多个目标间隙的同时测量。通过傅里叶分析方法解读信号，获取待测间隙值，对信号噪声敏感程度较低，进而实现微米级精度的绝对间隙测量。从而本发明实施例的微型间隙传感器具有尺寸小巧、系统结构紧凑，操作便捷，环境适应性强，对相关工业产品的研制试验中受限空间间隙的检测具有推动作用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种间隙测量传感器，其特征在于，包括：
45°反射镜，用于设于间隙的一个内壁以改变传播至45°反射镜上的光波的方向；
以及光纤，光纤端面用于设于间隙的所述一个内壁；光纤端面用于使光纤中光束的一部分光反射回光纤形成参考光波，光纤端面用于使光纤中光束的另一部分光透过所述光纤端面并直线传播至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述光束的另一部分光至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤并用于与参考光波发生干涉的探测光波，以实现对间隙的一个内壁至间隙的另一个内壁的距离的测量；
还包括：薄片；薄片沿长度方向设有凹槽；所述45°反射镜，设于所述凹槽内，且45°反射镜的一侧与薄片的一侧齐平；所述光纤一端的光纤端面设于所述凹槽内，光纤的一侧与薄片的一侧齐平。
2.根据权利要求1所述间隙测量传感器，其特征在于，所述薄片为矩形结构。
3.根据权利要求1或2所述间隙测量传感器，其特征在于，所述薄片包括：第一薄片和第二薄片；凹槽形成于第一薄片和第二薄片相互靠近的两侧之间。
4.根据权利要求3所述间隙测量传感器，其特征在于，所述传感器的厚度为80μm，横向宽度为0.9mm；其中，光纤的芯径为9μm，光纤的包层直径80μm；薄片为厚度0.08mm、规格为0.4×1.5mm的钽片；45°反射镜的厚度和宽度均为80μm。
5.一种基于权利要求1-4任意一项所述传感器的间隙测量方法，其特征在于，包括：
发送参考光波发射指令，以控制光波发生装置向光纤中发射光束，使光纤中光束的一部分光从光纤端面反射回光纤形成参考光波，使光纤中光束的另一部分光透过所述光纤端面并直线传播至45°反射镜，以使45°反射镜反射所述光束的另一部分光至间隙的另一个内壁形成用于经45°反射镜反射回所述光纤并用于与参考光波发生干涉的探测光波；
发送频域信号采集指令，以控制频域信号采集装置采集参考光波和探测光波，并完成参考光波与探测光波的干涉和光电转换，得到频域干涉信号；
利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取参考光波和探测光波的时间差，计算得到光纤端面与间隙的另一个内壁的距离。
6.如权利要求5所述间隙测量方法，其特征在于，利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取参考光波和探测光波的时间差，计算得到光纤端面与间隙的另一个内壁的距离；包括利用以下公式计算光纤端面与间隙的另一个内壁的距离d：
其中，τ为参考光波和探测光波的时间差，c为真空中的光速，n为传输介质的折射率。
7.一种间隙测量方法，其特征在于，包括：
执行权利要求5或6所述测量方法测量内顶面高度为h的U型标准件，得到U型标准件中光纤端面与U型标准件的内顶面的距离l 1；
执行权利要求5或6所述测量方法测量待测件的待测间隙值，得到待测件中光纤端面与待测件的另一个内壁的距离l 2；
利用以下公式计算待测件的待测间隙值g
g=l 2-l 1+h。
8.一种间隙测量装置，其特征在于，包括：
宽带光源，用于产生宽带光波；
光波传输装置，用于接收所述宽带光波并传输所述宽带光波至权利要求1-4任意一项所述间隙测量传感器的光纤，并接收和传输从所述间隙测量传感器的光纤返回的参考光波和探测光波；
权利要求1-4任意一项所述间隙测量传感器，用于通过光纤与光波传输装置连接；
频域信号采集仪，用于采集间隙光纤中的参考光波和探测光波以完成参考光波与探测光波的干涉和光电转换，得到频域干涉信号；
以及计算机，利用傅里叶分析处理频域干涉信号获取参考光波和探测光波的时间差，计算得到光纤端面与间隙的另一个内壁的距离。
9.如权利要求8所述间隙测量装置，其特征在于，所述光波传输装置包括：
光纤环行器，用于接收宽带光源产生的宽带光波并接收和传输反射回的参考光波和探测光波；
和多路复用组件，用于接收、分配所述宽带光波并传输所述宽带光波至权利要求1-4任意一项所述间隙测量传感器的光纤，并接收和传输从所述间隙测量传感器的光纤返回的参考光波和探测光波。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210073673.4A CN114440781B (zh) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210073673.4A CN114440781B (zh) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114440781A CN114440781A (zh) | 2022-05-06 |
| CN114440781B true CN114440781B (zh) | 2023-07-11 |
Family
ID=81370482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210073673.4A Active CN114440781B (zh) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114440781B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102540170A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-04 | 江苏徕兹光电科技有限公司 | 基于双波长激光管相位测量的校准方法及其测距装置 |
| CN104197844A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种全光纤频域干涉绝对距离测量方法及装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4692023A (en) * | 1983-07-30 | 1987-09-08 | Tokyo Kagaku Kikai Kabushiki Kaisha | Optical adapter for a light-wave rangefinder |
| DE19514852C2 (de) * | 1995-04-26 | 1997-07-03 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren und Anordnung zur Beschleunigungs- und Vibrationsmessung |
| US6141087A (en) * | 1998-12-18 | 2000-10-31 | General Electric Company | System and method for measuring engine rotor thrust using Fabry-Perot fiber sensor |
| WO2006093210A1 (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-08 | Japan Science And Technology Agency | ホモダインレーザ干渉計プローブ及びそれを用いた変位計測システム |
| US9518816B2 (en) * | 2011-12-01 | 2016-12-13 | University Of Rochester | Dual beam splitter interferometer measuring 3 degrees of freedom, system and method of use |
| KR101541602B1 (ko) * | 2013-10-23 | 2015-08-06 | 조선대학교산학협력단 | 저간섭성 광원과 분산형 간섭계를 이용한 다축 측정 광학 갭 센서 장치 및 광학 갭 센서를 이용한 다축 측정 광학 갭 센싱 방법 |
| JP6959027B2 (ja) * | 2017-04-25 | 2021-11-02 | 三菱重工業株式会社 | クリアランス計測装置、クリアランス計測センサ及びクリアランス計測方法 |
| CN108036732B (zh) * | 2017-11-30 | 2020-05-26 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于超分辨光刻的间隙检测装置 |
-
2022
- 2022-01-21 CN CN202210073673.4A patent/CN114440781B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102540170A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-04 | 江苏徕兹光电科技有限公司 | 基于双波长激光管相位测量的校准方法及其测距装置 |
| CN104197844A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种全光纤频域干涉绝对距离测量方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114440781A (zh) | 2022-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bush et al. | All-fiber optic coherence domain interferometric techniques | |
| CN102175647B (zh) | 多光束激光外差法测量电致伸缩系数的装置及方法 | |
| CN108431545A (zh) | 用于测量存在薄层时的高度的装置和方法 | |
| CN105783999B (zh) | 一种光频域反射中参考光纤消除温度应变交叉敏感方法 | |
| CN108731841B (zh) | 调频连续波激光干涉光纤温度传感器 | |
| JPH08271219A (ja) | 被測定体の物理特性を決定する装置及び方法 | |
| CN108387251A (zh) | 一种光纤光栅解调仪器及方法 | |
| CN104535535B (zh) | 一种基于自混合干涉的折射率测量装置及方法 | |
| CN105547197A (zh) | 基于激光自混合干涉的同时测量角度与振动的方法及装置 | |
| KR101541602B1 (ko) | 저간섭성 광원과 분산형 간섭계를 이용한 다축 측정 광학 갭 센서 장치 및 광학 갭 센서를 이용한 다축 측정 광학 갭 센싱 방법 | |
| CN114440781B (zh) | 一种间隙传感器、间隙测量方法及测量装置 | |
| US10883870B2 (en) | Highly doped d-shaped fiberoptic probe for hydrophone applications | |
| CN106197303B (zh) | 一种光频域反射中利用阿基米德螺旋线的光纤铺设方法 | |
| CN117006956B (zh) | 一种液体表面的油膜厚度测量方法及系统 | |
| CN112229338A (zh) | 一种无标准片对零的双光谱共焦测量厚度方法 | |
| CN204043623U (zh) | 薄膜厚度测量装置 | |
| CN116026244A (zh) | 透镜组镜面间距和折射率的测量系统 | |
| CN114894106B (zh) | 一种不透明样品厚度测量系统及方法 | |
| CN113916512B (zh) | 一种大面积体布拉格光栅的反射率测试装置与方法 | |
| CN113932910A (zh) | 一种基于光纤fp干涉的双通道测振方法和装置 | |
| US10466096B2 (en) | Fiber optic hydrophone sensors and uses thereof | |
| CN105841720B (zh) | 使用两个平行反射面的光纤白光干涉解调仪 | |
| CN110793445A (zh) | 一种基于全光纤频域干涉的多通道同步绝对距离测量方法及装置 | |
| JPH04329324A (ja) | 光センサおよび該光センサを用いた光学的測定方法 | |
| CN109827643B (zh) | 一种基于白光干涉的接触式温度不敏感天平 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |