[实用新型]一种应用于荧光光纤温度传感器的光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学系统，更确切地说涉及一种应用于荧光光纤温度传感器的光学系统，属于光纤传感技术领域。

背景技术

荧光光纤温度传感器具有可靠性高、绝缘性能好、抗电磁干扰、重复性好、响应速度快等优点，因此研究荧光光纤温度传感技术，并将其应用于强电磁场、高压电和有毒有害、易燃易爆等恶劣环境中以及生物医学中对生物体的直接检测等领域中，具有十分重要的意义。

荧光光纤温度传感器的基本原理是激励光源激励荧光探头发射荧光，携带温度信息的荧光经光纤回传由光学系统接收并分光处理，最后经光电信号检测装置检测产生电信号，由信号处理装置解调出温度信息。光学系统是组成荧光光纤温度传感器不可缺少的一部分，它承担了激励光与光纤的耦合，荧光和光纤的耦合以及激励光与荧光的分光等工作，因此荧光光纤温度传感器的的光学系统是传感性能好坏的决定性部件。

目前，荧光光纤温度传感器广泛采用的光学系统如图1所示，包括：激励光源、激励滤光片、发射滤光片、透镜、荧光探头和光电检测装置。首先激励光源1发射出的激励光通过激励滤光片12反射、发射滤光片13透射，经透镜14耦合进入荧光探头7，激励荧光探头7发出荧光，荧光经过透镜14耦合、发射滤光片反射至光电检测装置10接收。该光学系统其激励光源与光电检测装置位于同一方向，结构虽然比较紧凑，但是由于分光装置采用滤光片，滤光膜不能保证100%透射与反射，造成了荧光集光效率低及激励光与荧光分离不彻底的缺点，同时由于采用单一透镜进行耦合，造成了激励光与荧光的损失，严重影响了荧光光纤温度传感器的测温精度与准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种应用于荧光光纤温度传感器的光学系统，以解决现有荧光光纤温度传感器的缺点，所述的系统是一种新型的结构合理、分光彻底、集光效率高的荧光光纤温度传感器的光学系统。

为达到本实用新型的目的，本实用新型提供一种新型光学系统，包括紫外激励光源，紫外激励光源的光通过第一透镜将入射的紫外激励光源的光聚焦成平行的激励光，准直到分光装置上，经分光装置反射，进入可连接荧光探头的光纤准直器，激励荧光探头发射荧光。经光纤准直器传送回来的荧光进入分光装置分光，通过第二透镜耦合最后进入光电检测装置。

基本工作原理是紫外激励光源1发射出的激励光通过第一透镜2形成平行激励光3，入射到分光装置4上，在分光装置4法线方向上的得到激励光3的一级闪耀光，经过光纤准直器5传导耦合进荧光探头7，激励荧光粉发出荧光8,，该荧光8携带温度信息。荧光8经过光纤准直器5入射到分光装置4上，通过光栅光谱中心11进行分光，通过第二透镜9耦合至光电检测装置10接收。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述的紫外激励光源采用的是405nm紫外发光二极管。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述的第一透镜采用自聚焦透镜。所述的自聚焦透镜端面镀制接收650nm荧光窄带滤光膜。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述的分光装置采用的是闪耀光栅。所述的闪耀光栅刻线数为1200线对/mm。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述平行激励光的最佳入射角质为18°±2°。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述光电检测装置与闪耀光栅法线的夹角为42°±2°。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述的光纤准直器准直头上镀制405nm紫外光源激励光窄带滤光膜。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述的第二透镜采用自聚焦透镜。所述的自聚焦透镜端面镀制405nm紫外光源激励光和650nm荧光增透膜。

所述的一种荧光光纤温度传感器的光学系统，其特征在于所述的光纤准直器和第二透镜的中心光束重叠于闪耀光栅光谱发射中心。

由于本实用新型光路耦合采用自聚焦透镜和光纤准直器，结构紧凑，操作灵活，易于实现整个传感器的小型化；自聚焦透镜和光纤准直器分别镀制了窄带滤光膜及增透膜，从而增强了信号光强度，隔绝了杂散光的影响，提高了传感器灵敏度；分光装置采用闪耀光栅，实现了激励光与发射荧光的彻底分离，保证了测试的精度和准确性。

所以本实用新型具有以下优点：

1、光路耦合采用自聚焦透镜和光纤准直器，结构紧凑，操作灵活，易于实现整个传感器的小型化；

2、自聚焦透镜和光纤准直器分别镀制了窄带滤光膜及增透膜，从而增强了集光效率，隔绝了杂散光的影响，提高了传感器灵敏度；