專利名稱：基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一傳感器，尤其涉及一種微位移傳感器。
背景技術(shù)：
由于超精密加工及微納米技術(shù)的飛速發(fā)展，微位移測量技術(shù)越來越受到重視，測量微位移的技術(shù)主要有激光干涉、磁柵及容柵等，但這些方法構(gòu)成的傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本非常高。那么設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快捷并且精度高的傳感器就十分迫切了。目前在醫(yī)藥、化工、食品、科研等行業(yè)廣泛應(yīng)用旋光儀測定溶液或液體的旋光度 (如糖、尿、酒石酸等)，其原理和方法是利用平面偏振光通過旋光物質(zhì)時其偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)角大小視物質(zhì)本身和光的波長而異，并與偏振光所透過的厚度成正比。例如中國專利200810032162. 8號公開了一種數(shù)字旋光儀，主要由光源、顏色傳感器、單片機(jī)、液晶顯示器、步進(jìn)電機(jī)、細(xì)分驅(qū)動器、蝸輪付、電源及聚光鏡、偏振器(鏡)、濾色片組成。該發(fā)明只能用于測量測量物質(zhì)旋光角度，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有微位移傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，響應(yīng)慢這些技術(shù)問題，提供一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的光源，在光源后依次設(shè)有起偏棱鏡、旋光晶體和拾光棱鏡，起偏棱鏡、旋光晶體和拾光棱鏡的光軸位于同一直線上，旋光晶體包括截面形狀均為三角形的上旋光晶體和下旋光晶體，上旋光晶體滑動地設(shè)置在下旋光晶體上，下旋光晶體固定在殼體內(nèi)，上旋光晶體還固定連接有測桿。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，殼體還包括有上密封套筒，光源和起偏棱鏡設(shè)置在上密封套筒內(nèi)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，殼體還包括連接在上密封套筒的上蓋以及連接在上蓋上的底座，底座設(shè)有卡槽和測桿通孔，下旋光晶體安裝在卡槽內(nèi)，測桿通孔的軸線和起偏棱鏡的光軸垂直。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，殼體還包括有連接在底座上的下密封套筒，拾光棱鏡設(shè)置在下密封套筒內(nèi)，下密封套筒還設(shè)有光纖輸出接口。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，光源是波長為400-800nm功率為60-140mw的半導(dǎo)體微型
激光光源。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，上旋光晶體和下旋光晶體是截面形狀為等腰直角三角形的石英晶體。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，上蓋開有連接上密封套筒的中心螺孔和連接底座的四個通孔，底座上設(shè)有連接上蓋的四個螺紋孔和連接下密封套筒的卡口。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，上蓋和底座由鑄鋁或不銹鋼制成且兩者之間設(shè)有密封墊。由光源產(chǎn)生的單色光經(jīng)起偏棱鏡產(chǎn)生的偏振光穿過旋光晶體時就會產(chǎn)生旋光效應(yīng)。又有入射光與出射光強(qiáng)在晶體一定的情況下與晶體的厚度相關(guān)，因此只要將微位移與晶體厚度建立固定聯(lián)系，就能通過檢測出射光的光強(qiáng)進(jìn)行微位移的測量。當(dāng)測桿受到外部作用產(chǎn)生一個位移，那么勢必推動上旋光晶體，又因?yàn)樯闲饩w滑動地設(shè)置在下旋光晶體上，因此上旋光晶體在受到外力運(yùn)動時就會沿斜面滑動，那么偏振光通過上旋光晶體的厚度就發(fā)生了相應(yīng)的變化，這樣就將要測量的微位移和晶體的厚度建立了固定聯(lián)系，由此實(shí)現(xiàn)了微位移的測量。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明將固定的下旋光晶體和滑動地設(shè)置在下旋光晶體上的上旋光晶體作為傳感器敏感單元，并且將上旋光晶體和測桿相連。那么當(dāng)測桿將微位移傳遞給上旋光晶體時，偏振光通過上旋光晶體的厚度發(fā)生了變化，又偏振光的旋光角度與晶體厚度成正比，這樣就把位移的變化轉(zhuǎn)化成可測量的偏振光。而且偏振光同時通過上旋光晶體和固定的下旋光晶體，使得偏轉(zhuǎn)角度的變化更明顯，這樣測量時也更容易；又下旋光晶體是固定不動的，那么偏振光通過下旋光晶體的厚度是不變的，這樣偏振光和位移的聯(lián)系僅限于上旋光晶體，使得待測量和轉(zhuǎn)化后的量之間的關(guān)系更簡單也更可靠，相應(yīng)地測量精度也得到了提高。本發(fā)明只是采用了幾個常用的光敏元件就將位移量轉(zhuǎn)化為可測偏振光的變化，結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快速，測量精度高。2、本發(fā)明將光敏元件置于由上密封套筒、上蓋、底座和下密封套筒形成的密封空間內(nèi)，減少了外界非測量光線的干擾，提高了測量精度，并且使得本發(fā)明的產(chǎn)品便于攜帶使用。3、本發(fā)明還優(yōu)選了光源的類型和波長，不同波長的光源形成的偏振光對旋光晶體的旋光率是不同的，因此選擇合適的波長對測量結(jié)果有著一定的影響?；诒景l(fā)明所選擇的光源的波長段范圍可以提高測量精度。


圖1為本發(fā)明的示意圖； 圖2為上密封套筒的示意圖； 圖3為上蓋的示意圖4為底座的示意圖5為下密封套筒的示意圖6為位移和旋光晶體厚度的關(guān)系原理圖。圖中，1、光源；2、起偏棱鏡；3、旋光晶體；4、拾光棱鏡；5、測桿；6、上密封套筒；7、 上蓋；8、底座；9、下密封套筒；3a、上旋光晶體；3b、下旋光晶體；51、測桿通孔；81、卡槽； 91、光纖輸出接口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1至5所示，一種微位移傳感器，包括有起偏棱鏡2，起偏棱鏡2的一側(cè)設(shè)有光源1，光源1和起偏棱鏡2設(shè)置在上密封套筒6內(nèi)。在起偏棱鏡2的另一側(cè)設(shè)有旋光晶體3 和拾光棱鏡4，起偏棱鏡2、旋光晶體3和拾光棱鏡4的光軸位于同一直線上。上密封套筒 6連接上蓋7，上蓋7連接底座8，底座8設(shè)有卡槽81和測桿通孔51，下旋光晶體北安裝在卡槽81內(nèi)，測桿通孔51的軸線和光軸垂直。旋光晶體3包括截面形狀為等腰直角三角形的上旋光晶體3a和下旋光晶體3b，上旋光晶體3a滑動配合固定的下旋光晶體北，上旋光晶體3a還連接有測桿5。底座8連接下密封套筒9，拾光棱鏡4設(shè)置在下密封套筒9內(nèi)，下密封套筒9還設(shè)有光纖輸出接口 91。光源1是波長為690nm功率為IOOmw的半導(dǎo)體微型激光光源。上蓋7開有連接上密封套筒6的中心螺孔和連接底座8的四個通孔，底座8上設(shè)有連接上蓋7的四個螺紋孔和連接下密封套筒9的卡口。上蓋7和底座8由鑄鋁制成且兩者之間設(shè)有密封墊。如圖1和6所示，根據(jù)石英晶體的旋光性質(zhì)可得旋光角度與晶體厚度的關(guān)系為 θ =a Xd(1)
θ -線偏振光穿過旋光晶體后振動面的旋轉(zhuǎn)角，單位為。；旋光晶體沿光軸方向的旋光率，與光的波長有關(guān)，波長為690 nm時，對應(yīng)的a為15.7 ° /mm ;d_石英晶體的光軸厚度，單位為mm。而入射光與出射光之間的光強(qiáng)關(guān)系可表示為 I1=I0COS2 θ(2)
I1-穿過晶體后的光強(qiáng)；IcT入射光光強(qiáng)。同時，圖1中所用的上旋光晶體3a和下旋光晶體北，上旋光晶體3a可在測桿5的帶動下產(chǎn)生上下微位移，下旋光晶體北固定不動。當(dāng)測桿5使上旋光晶體3a產(chǎn)生一個位移增量s時，線偏振光穿過的晶體厚度△(!如圖6所示，轉(zhuǎn)角增量可表示為
Zl θ =a Δ d=astan Φ(3)
s-微位移；Φ上旋光晶體3a的頂角。這樣，位移的大小決定了線偏振光旋轉(zhuǎn)角度的大小。由(2)式可知，經(jīng)過旋光晶體出射的光束，其振動面與拾光棱鏡4光軸的角度大小決定了被探測到的光強(qiáng)的大小。光束的振動面與拾光棱鏡4光軸的角度越小，探測到的光強(qiáng)就越大，反之則越小。由于上旋光晶體3a的位移量不同，產(chǎn)生振動面旋轉(zhuǎn)的角度不同，所以對于每一個微位移量，經(jīng)過旋光晶體3出射后的線偏振光，其振動方向與拾光棱鏡4光軸的方向所構(gòu)成的角度都會不同，因此，對于不同的晶體位移量，探測器所探測到的光強(qiáng)I1就會不同，聯(lián)合(2)和(3)式可得
I1=I0COS2(astan Φ)(4)
由(4)式可得
權(quán)利要求
1.一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的光源(1 )，其特征在于在所述光源(1)后依次設(shè)有起偏棱鏡(2)、旋光晶體(3)和拾光棱鏡(4)，所述起偏棱鏡(2)、旋光晶體(3)和拾光棱鏡(4)的光軸位于同一直線上，所述旋光晶體(3)包括截面形狀均為三角形的上旋光晶體(3a)和下旋光晶體(3b)，所述上旋光晶體(3a)滑動地設(shè)置在下旋光晶體(3b)上，所述下旋光晶體(3b)固定在殼體內(nèi)，所述上旋光晶體(3a)還固定連接有測桿(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于所述殼體還包括有上密封套筒(6 )，所述光源(1)和起偏棱鏡(2 )設(shè)置在上密封套筒(6 )內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于所述殼體還包括連接在上密封套筒(6)的上蓋(7)以及連接在上蓋(7)上的底座(8)，所述底座(8) 設(shè)有卡槽(81)和測桿通孔(51)，所述下旋光晶體(3b)安裝在卡槽(81)內(nèi)，所述測桿通孔 (51)的軸線和起偏棱鏡(2)的光軸垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于所述殼體還包括有連接在底座(8 )上的下密封套筒(9 )，所述拾光棱鏡(4 )設(shè)置在下密封套筒(9 )內(nèi)， 所述下密封套筒(9 )還設(shè)有光纖輸出接口( 91)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于 所述光源(1)是波長為400-800nm功率為60-140mw的半導(dǎo)體微型激光光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于 所述上旋光晶體(3a)和下旋光晶體(3b)是截面形狀為等腰直角三角形的石英晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于 所述上蓋(7)開有連接上密封套筒(6)的中心螺孔和連接底座(8)的四個通孔，所述底座 (8)上設(shè)有連接上蓋(7)的四個螺紋孔和連接下密封套筒(9)的卡口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，其特征在于所述上蓋 (7)和底座(8)由鑄鋁或不銹鋼制成且兩者之間設(shè)有密封墊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于旋光效應(yīng)的微位移傳感器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的光源，在光源后依次設(shè)有起偏棱鏡、旋光晶體和拾光棱鏡，起偏棱鏡、旋光晶體和拾光棱鏡的光軸位于同一直線上，旋光晶體包括截面形狀均為三角形的上旋光晶體和下旋光晶體，上旋光晶體滑動地設(shè)置在下旋光晶體上，下旋光晶體固定在殼體內(nèi)，上旋光晶體還固定連接有測桿。本發(fā)明只是采用了幾個常用的光敏元件就將位移量轉(zhuǎn)化為可測偏振光的變化，結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快速，測量精度高。
文檔編號G01B11/02GK102175158SQ20111002378
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者俞志根 申請人:俞志根