A sonda de fibra óptica refletida como componente central do sistema de detecção fotoelétrica, com as vantagens de medição sem contato, velocidade de resposta rápida e capacidade de resistência à interferência, é amplamente usada em áreas como detecção de distância, reconhecimento de defeitos de superfície e análise de concentração. A razoabilidade do seu projeto estrutural e a eficácia da otimização do desempenho determinam diretamente a precisão da detecção e a estabilidade do sistema, a seguir, a partir do design estrutural principal e a otimização do desempenho crítico, ambos os aspectos são detalhados.
Principais pontos de projeto estrutural
A estrutura básica da sonda de fibra óptica refletida é composta por fibra óptica de emissão, fibra óptica de recepção, caixa da sonda e lente óptica, e cada componente deve ser projetado para equilibrar a implementação funcional e a adaptabilidade. A emissão de fibra óptica é responsável pela transmissão de sinais de luz de estímulo, de acordo com as necessidades de detecção, o diâmetro do núcleo de fibra deve ser selecionado, as especificações comuns são de 50 μm-200 μm, o núcleo de fibra muito fino levará a uma potência de luz insuficiente, o excesso de espessura afetará a precisão de foco da mancha óptica; A fibra óptica de recepção é usada para coletar a luz refletida, geralmente com a fibra óptica de emissão usando o mesmo núcleo de fibra de especificação, usando o método de distribuição anel ou coaxial, a distribuição anel melhora a eficiência da recepção, a distribuição coaxial pode reduzir a área cega de detecção.
A carcaça da sonda deve atender aos requisitos de proteção mecânica e adaptação óptica, escolha de liga de alumínio ou plástico de engenharia, anodização ou tratamento de isolamento da superfície para evitar interferências eletromagnéticas; A frente da caixa precisa reservar a interface de instalação da lente para garantir que o erro de coaxialidade entre a lente e a superfície da fibra óptica não exceda 0,1 mm. As lentes ópticas são componentes chave para foco e recepção do sinal óptico. A preferência é o material de quartzo para reduzir a perda de luz. A distância focal deve ser combinada de acordo com a distância de detecção. A detecção de curta distância (1-5 mm) escolhe uma lente convexa de 2-5 mm. A detecção de longa distância (5-50 mm) pode ser combinada com lentes de refração gradiente para reduzir a difusão da mancha óptica.
Estratégias críticas de otimização de desempenho
1) Aumentar a precisão do teste
A precisão da detecção é influenciada principalmente pelo tamanho da mancha e pela relação sinal-ruído. Otimizar o modo de distribuição da fibra óptica, usando a estrutura combinada de "emissão central + recepção de anel", que permite que a luz refletida se concentre no centro da superfície final da fibra óptica de recepção, reduzindo a interferência de luz ruína na borda; O revestimento da superfície da lente aumenta a membrana, otimizando os parâmetros do sistema de membrana para comprimentos de onda de trabalho (por exemplo, luz visível 400-760 nm, infravermelho próximo 760-1100 nm), a transmissibilidade da luz pode aumentar para mais de 95%, reduzindo a perda de luz. Ao mesmo tempo, controlar a rugosidade da superfície da fibra óptica Ra≤0.1μm, evitando que a dispersão da superfície da extremidade leve à diminuição do sinal.
2) Ampliação do âmbito de teste
Parâmetros de abertura numérica de fibra óptica (NA) e lente otimizados para diferentes necessidades de distância de detecção. Na detecção de curta distância, escolha fibra óptica NA = 0,2-0,3, com lentes de pequena distância focal, para que o diâmetro da mancha seja controlado em 0,1-0,5 mm, melhorando a resolução de proximidade; Na detecção de longa distância, a fibra óptica NA = 0,4-0,5 é usada para aumentar o ângulo de recepção de luz e, em combinação com a lente de foco longo, reduzir a difusão da mancha óptica, pode ampliar a distância de detecção eficaz para mais de 50 mm. Além disso, o alcance de detecção e a intensidade do sinal podem ser equilibrados ajustando a quantidade de fibras emissas e recebidas.
c) Melhoria da adaptabilidade ambiental
Em aplicações em ambientes difíceis, é necessário reforçar a vedação da sonda e o design anti-interferência. Adotando estrutura de vedação IP67, proteção dupla através de anel O e cola de enchimento, para evitar a poeira e a invasão de líquidos; A carcaça usa um material de blindagem eletromagnética para reduzir a interferência da radiação eletromagnética externa no sinal de luz. Ao mesmo tempo, a escolha de fibras ópticas resistentes a altas temperaturas e componentes de lentes permite que a gama de temperatura de trabalho da sonda seja coberta de -40 ° C a 120 ° C para atender aos requisitos exigentes do cenário industrial.