Die reflektierende Faser-Sonde als Kernkomponente des optischen Detektionssystems ist mit den Vorteilen der berührungslosen Messung, der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit und der starken Störungsschutzfähigkeit weit verbreitet in den Bereichen Entfernungserkennung, Oberflächenfehlerkennung und Konzentrationsanalyse. Die Rationalität des Strukturdesigns und die Wirksamkeit der Leistungsoptimierung bestimmen direkt die Präzision der Prüfung und die Systemstabilität, die im Folgenden aus den beiden Aspekten des Kernstruktionsdesigns und der kritischen Leistungsoptimierung detailliert erläutert werden.
1. Kernstruktionsdesign
Die grundlegende Struktur der reflektierenden Fasersonde besteht aus vier Teilen: Sendefaser, Empfangsfaser, Sondengehäuse und optische Linsen. Jede Komponente muss funktionale Realisierung und Anpassung berücksichtigen. Die optische Faser, die für die Übertragung von stimulierenden Lichtsignalen verantwortlich ist, muss den Kerndurchmesser nach den Anforderungen der Prüfung auswählen, die allgemein verwendeten Spezifikationen sind 50 μm-200 μm, der zu feine Kern führt zu einer mangelnden Lichtleistung, die zu dicke Auswirkungen auf die Genauigkeit der Fleckfokussierung; Empfangsfasern werden verwendet, um reflektiertes Licht zu sammeln, in der Regel mit der emittierenden Faser mit dem gleichen Spezifikationskern, mit einer ringförmigen oder koaxialen Anordnung, die ringförmige Anordnung hilft, die Empfangseffizienz zu verbessern, und die koaxiale Anordnung kann die Erkennung der Blindzone verringern.
Das Gehäuse der Sonde muss den Anforderungen an mechanischen Schutz und optische Anpassung entsprechen, Aluminium oder technische Kunststoffe auswählen, die Oberfläche wird anodiziert oder isoliert, um elektromagnetische Störungen zu verhindern; Die Frontseite des Gehäuses muss die Linsenmontageschnittstelle reservieren, um sicherzustellen, dass der Koaxialfehler zwischen der Linse und der Faserendefläche nicht mehr als 0,1 mm beträgt. Die optische Linse ist ein Schlüsselbestand für die Fokussierung und den Empfang des Lichtsignals. Vorzugsweise wird Quartzmaterial verwendet, um den Lichtverlust zu verringern. Der Fokusabstand muss entsprechend der Erkennungsabstand angepasst werden. Die kurze Entfernungsdetektion (1-5 mm) verwendet eine konvexe Linse mit einem Fokusabstand von 2-5 mm. Die lange Entfernungsdetektion (5-50 mm) kann mit einer Gradientbrechungslinse kombiniert werden, um die Fleckdiffusion zu verringern.
Schlüsselstrategien zur Leistungsoptimierung
1) Verbesserung der Prüfgenauigkeit
Die Genauigkeit der Erkennung wird hauptsächlich von der Fleckgröße und dem Lichtsignal-Rauschverhältnis beeinflusst. Optimieren Sie die Faserausordnung mit der Kombinationsstruktur "Zentrale Emission + Ringempfang", so dass reflektiertes Licht sich auf die Empfangsflaserendefläche konzentrieren kann, um die Randstörungen zu reduzieren; Auf der Linsenoberfläche wird die Permeabilität vergrößert, um die Membransystemparameter für die Arbeitswellenlänge (z. B. sichtbares Licht 400-760 nm, nahes Infrarot 760-1100 nm) zu optimieren, und die Lichtdurchlässigkeit kann auf mehr als 95% erhöht werden, um den Lichtverlust zu reduzieren. Gleichzeitig wird die Rauheit der Faserendefläche Ra≤0,1 μm kontrolliert, um die Streuung der Endfläche zu vermeiden, die zu einer Signalverdämpfung führt.
2) Erweiterung des Testbereichs
Optimierung der optischen Faser-numerischen Apertur (NA) und der Linsenparameter für unterschiedliche Erkennungsabstandsanforderungen. Bei der Erkennung von kurzen Entfernungen wählen Sie die optische Faser NA = 0,2-0,3 mit einer kleinen Brennweite-Linse, so dass der Durchmesser der Flecken auf 0,1-0,5 mm gesteuert wird, um die Nahauflösung zu verbessern; Bei der Langstreckendetektion können optische Fasern von NA = 0,4-0,5 verwendet werden, um den Lichtempfangswinkel zu vergrößern und in Kombination mit einer Langfokuslinse die Fleckdiffusion zu reduzieren, wodurch die effektive Detektionsabstand auf mehr als 50 mm erweitert werden kann. Darüber hinaus können die Messbereiche und die Signalstärke durch die Anpassung des Anteils der Sende- und Empfangsfasern ausgewogen werden.
c) Verbesserung der Umweltanpassung
In rauen Umgebungsanwendungen ist eine verstärkte Sondendichtung und Störungsschutz erforderlich. IP67-Dichtstruktur, durch O-Ring und Füllkleber doppelt geschützt, um Staub und Flüssigkeitseindring zu verhindern; Das Gehäuse verwendet ein elektromagnetisches Schirmmaterial, um die Störungen der äußeren elektromagnetischen Strahlung auf das Lichtsignal zu reduzieren. Gleichzeitig werden hochtemperaturbeständige optische Fasern und Linsenkomponenten ausgewählt, um den Arbeitstemperaturbereich der Sonde von -40 ° C bis 120 ° C abzudecken, um die strengen Anforderungen der industriellen Szenarien zu erfüllen.