Отраженный волоконно - оптический зонд, как основной компонент фотоэлектрической системы обнаружения, с бесконтактным измерением, быстрой реакцией, сильной антиинтерференционной способностью и другими преимуществами, широко используется в области обнаружения расстояния, распознавания поверхностных дефектов, анализа концентрации и других областях. Рациональность его структурного дизайна и эффективность оптимизации производительности напрямую определяют точность обнаружения и стабильность системы, ниже из основного структурного дизайна, ключевая оптимизация производительности двух аспектов для подробного описания.
I. Элементы проектирования основной структуры
Основная структура отражающего волоконно - оптического зонда состоит из четырех частей: излучающего волокна, приемного волокна, корпуса зонда и оптической линзы, конструкция каждого компонента должна учитывать функциональную реализацию и адаптацию. Передача оптического волокна отвечает за передачу возбуждающего светового сигнала, необходимо выбрать диаметр сердечника в соответствии с требованиями обнаружения, общая спецификация 50 мкм - 200 мкм, слишком тонкий сердечник может привести к недостаточной мощности света, слишком толстый влияет на точность фокусировки пятна; Приемное оптическое волокно используется для сбора отраженного света, как правило, с излучающим оптическим волокном с использованием однородных волоконных сердечников, с использованием кольцевой или коаксиальной компоновки, кольцевой компоновки способствует повышению эффективности приема, коаксиальная компоновка может уменьшить обнаруженное слепое пятно.
Корпус зонда должен соответствовать требованиям механической защиты и оптической адаптации, выбрать алюминиевый сплав или инженерный пластиковый материал, поверхность для анодного окисления или изоляции, чтобы предотвратить электромагнитные помехи; На передней части корпуса должен быть зарезервирован интерфейс установки линзы, чтобы гарантировать, что коаксиальная погрешность линзы и торца оптического волокна не превышает 0,1 мм. Оптическая линза как ключевой компонент фокусировки и приема оптического сигнала, приоритет отдается кварцевому материалу для снижения потерь света, фокусное расстояние должно соответствовать расстоянию обнаружения, короткое обнаружение (1 - 5 мм) выбирает выпуклую линзу фокусного расстояния 2 - 5 мм, дальнее обнаружение (5 - 50 мм) может сочетаться с линзой градиентной скорости преломления, чтобы уменьшить диффузию пятна.
II. Ключевые стратегии оптимизации производительности
(i) Повышение точности обнаружения
Точность обнаружения в основном зависит от размера пятна и отношения сигнала и шума светового сигнала. Оптимизация волоконно - оптического способа размещения, использование комбинированной структуры « центральная эмиссия + кольцевой прием», может позволить отраженному свету сосредоточиться на приемном центре оптического волокна торца, уменьшить помехи пограничного шума; На поверхности линзы наносится проницаемая пленка, оптимизация параметров мембранной системы для рабочих длин волн (например, видимый свет 400 - 760нм, ближний инфракрасный диапазон 760 - 1100нм), скорость пропускания света может быть увеличена до более чем 95%, снижение потери света. В то же время, контролируя шероховатость торца оптического волокна Ra 0,1 мкм, избегая торцевого рассеяния, которое приводит к ослаблению сигнала.
(2) Расширение сферы тестирования
Оптимизируйте числовую апертуру (NA) оптического волокна и параметры линзы для различных требований к дальности обнаружения. При обнаружении на короткие расстояния выберите оптическое волокно NA = 0,2 - 0,3 с линзой с небольшим фокусным расстоянием, так что диаметр пятна контролируется на 0,1 - 0,5 мм, что повышает разрешение на близкое расстояние; При обнаружении на большие расстояния, используя оптическое волокно NA = 0,4 - 0,5, увеличивая угол приема света, в сочетании с длиннофокусной линзой, чтобы уменьшить диффузию пятна, можно расширить эффективное расстояние обнаружения до более чем 50 мм. Кроме того, можно сбалансировать диапазон обнаружения с интенсивностью сигнала, регулируя соотношение количества излучающего и принимающего оптического волокна.
(iii) Повышение экологической адаптации
В суровых условиях применения необходимо усилить герметичность зонда и антиинтерференционную конструкцию. Используйте герметичную конструкцию класса IP67, двойную защиту от проникновения пыли и жидкости через кольцо типа O и уплотнительный клей; Корпус использует материал электромагнитной защиты для уменьшения помех от внешнего электромагнитного излучения световым сигналам. В то же время, выберите высокотемпературные волоконно - оптические и линзовые компоненты, так что рабочий температурный диапазон зонда покрывает - 40°C - 120°C, чтобы соответствовать строгим требованиям промышленной сцены.