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专利名称：基于旋光效应的微位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一传感器，尤其涉及一种微位移传感器。
背景技术：
由于超精密加工及微纳米技术的飞速发展，微位移测量技术越来越受到重视，测量微位移的技术主要有激光干涉、磁栅及容栅等，但这些方法构成的传感器结构复杂且成本非常高。那么设计一种结构简单，响应快捷并且精度高的传感器就十分迫切了。目前在医药、化工、食品、科研等行业广泛应用旋光仪测定溶液或液体的旋光度 (如糖、尿、酒石酸等)，其原理和方法是利用平面偏振光通过旋光物质时其偏振面将发生旋转，其转角大小视物质本身和光的波长而异，并与偏振光所透过的厚度成正比。例如中国专利200810032162. 8号公开了一种数字旋光仪，主要由光源、颜色传感器、单片机、液晶显示器、步进电机、细分驱动器、蜗轮付、电源及聚光镜、偏振器(镜)、滤色片组成。该发明只能用于测量测量物质旋光角度，并且结构复杂，成本高。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有微位移传感器结构复杂，响应慢这些技术问题，提供一种基于旋光效应的微位移传感器。本发明的技术方案是一种基于旋光效应的微位移传感器，包括壳体和设置在壳体内的光源，在光源后依次设有起偏棱镜、旋光晶体和拾光棱镜，起偏棱镜、旋光晶体和拾光棱镜的光轴位于同一直线上，旋光晶体包括截面形状均为三角形的上旋光晶体和下旋光晶体，上旋光晶体滑动地设置在下旋光晶体上，下旋光晶体固定在壳体内，上旋光晶体还固定连接有测杆。作为本发明的一种优�。翘寤拱ㄓ猩厦芊馓淄玻庠春推鹌饩瞪柚迷谏厦芊馓淄材凇Ｗ魑痉⒚鞯囊恢钟叛。翘寤拱釉谏厦芊馓淄驳纳细且约傲釉谏细巧系牡鬃鬃栌锌ú酆筒飧送ǹ祝滦饩灏沧霸诳ú勰冢飧送ǹ椎闹嵯吆推鹌饩档墓庵岽怪�。作为本发明的一种优�。翘寤拱ㄓ辛釉诘鬃系南旅芊馓淄玻肮饫饩瞪柚迷谙旅芊馓淄材冢旅芊馓淄不股栌泄庀耸涑鼋涌�。作为本发明的一种优�。庠词遣ǔの�400-800nm功率为60-140mw的半导体微型
激光光源。作为本发明的一种优�。闲饩搴拖滦饩迨墙孛嫘巫次妊苯侨切蔚氖⒕�。作为本发明的一种优�。细强辛由厦芊馓淄驳闹行穆菘缀土拥鬃乃母鐾ǹ祝鬃仙栌辛由细堑乃母雎菸瓶缀土酉旅芊馓淄驳目ǹ凇Ｗ魑痉⒚鞯囊恢钟叛。细呛偷鬃芍粱虿恍飧种瞥汕伊秸咧渖栌忻芊獾�。由光源产生的单色光经起偏棱镜产生的偏振光穿过旋光晶体时就会产生旋光效应。又有入射光与出射光强在晶体一定的情况下与晶体的厚度相关，因此只要将微位移与晶体厚度建立固定联系，就能通过检测出射光的光强进行微位移的测量。当测杆受到外部作用产生一个位移，那么势必推动上旋光晶体，又因为上旋光晶体滑动地设置在下旋光晶体上，因此上旋光晶体在受到外力运动时就会沿斜面滑动，那么偏振光通过上旋光晶体的厚度就发生了相应的变化，这样就将要测量的微位移和晶体的厚度建立了固定联系，由此实现了微位移的测量。综上所述，本发明具有以下优点
1、本发明将固定的下旋光晶体和滑动地设置在下旋光晶体上的上旋光晶体作为传感器敏感单元，并且将上旋光晶体和测杆相连。那么当测杆将微位移传递给上旋光晶体时，偏振光通过上旋光晶体的厚度发生了变化，又偏振光的旋光角度与晶体厚度成正比，这样就把位移的变化转化成可测量的偏振光。而且偏振光同时通过上旋光晶体和固定的下旋光晶体，使得偏转角度的变化更明显，这样测量时也更容易；又下旋光晶体是固定不动的，那么偏振光通过下旋光晶体的厚度是不变的，这样偏振光和位移的联系仅限于上旋光晶体，使得待测量和转化后的量之间的关系更简单也更可靠，相应地测量精度也得到了提高。本发明只是采用了几个常用的光敏元件就将位移量转化为可测偏振光的变化，结构简单，响应快速，测量精度高。2、本发明将光敏元件置于由上密封套筒、上盖、底座和下密封套筒形成的密封空间内，减少了外界非测量光线的干扰，提高了测量精度，并且使得本发明的产品便于携带使用。3、本发明还优选了光源的类型和波长，不同波长的光源形成的偏振光对旋光晶体的旋光率是不同的，因此选择合适的波长对测量结果有着一定的影响。基于本发明所选择的光源的波长段范围可以提高测量精度。


图1为本发明的示意图； 图2为上密封套筒的示意图； 图3为上盖的示意图4为底座的示意图5为下密封套筒的示意图6为位移和旋光晶体厚度的关系原理图。图中，1、光源；2、起偏棱镜；3、旋光晶体；4、拾光棱镜；5、测杆；6、上密封套筒；7、 上盖；8、底座；9、下密封套筒；3a、上旋光晶体；3b、下旋光晶体；51、测杆通孔；81、卡槽； 91、光纤输出接口。
具体实施例方式下面结合附图以实施例对本发明作进一步说明。如图1至5所示，一种微位移传感器，包括有起偏棱镜2，起偏棱镜2的一侧设有光源1，光源1和起偏棱镜2设置在上密封套筒6内。在起偏棱镜2的另一侧设有旋光晶体3 和拾光棱镜4，起偏棱镜2、旋光晶体3和拾光棱镜4的光轴位于同一直线上。上密封套筒 6连接上盖7，上盖7连接底座8，底座8设有卡槽81和测杆通孔51，下旋光晶体北安装在卡槽81内，测杆通孔51的轴线和光轴垂直。旋光晶体3包括截面形状为等腰直角三角形的上旋光晶体3a和下旋光晶体3b，上旋光晶体3a滑动配合固定的下旋光晶体北，上旋光晶体3a还连接有测杆5。底座8连接下密封套筒9，拾光棱镜4设置在下密封套筒9内，下密封套筒9还设有光纤输出接口 91。光源1是波长为690nm功率为IOOmw的半导体微型激光光源。上盖7开有连接上密封套筒6的中心螺孔和连接底座8的四个通孔，底座8上设有连接上盖7的四个螺纹孔和连接下密封套筒9的卡口。上盖7和底座8由铸铝制成且两者之间设有密封垫。如图1和6所示，根据石英晶体的旋光性质可得旋光角度与晶体厚度的关系为 θ =a Xd(1)
θ -线偏振光穿过旋光晶体后振动面的旋转角，单位为。；旋光晶体沿光轴方向的旋光率，与光的波长有关，波长为690 nm时，对应的a为15.7 ° /mm ;d_石英晶体的光轴厚度，单位为mm。而入射光与出射光之间的光强关系可表示为 I1=I0COS2 θ(2)
I1-穿过晶体后的光强；IcT入射光光强。同时，图1中所用的上旋光晶体3a和下旋光晶体北，上旋光晶体3a可在测杆5的带动下产生上下微位移，下旋光晶体北固定不动。当测杆5使上旋光晶体3a产生一个位移增量s时，线偏振光穿过的晶体厚度△(!如图6所示，转角增量可表示为
Zl θ =a Δ d=astan Φ(3)
s-微位移；Φ上旋光晶体3a的顶角。这样，位移的大小决定了线偏振光旋转角度的大小。由(2)式可知，经过旋光晶体出射的光束，其振动面与拾光棱镜4光轴的角度大小决定了被探测到的光强的大小。光束的振动面与拾光棱镜4光轴的角度越�。讲獾降墓馇烤驮酱螅粗蛟叫　Ｓ捎谏闲饩�3a的位移量不同，产生振动面旋转的角度不同，所以对于每一个微位移量，经过旋光晶体3出射后的线偏振光，其振动方向与拾光棱镜4光轴的方向所构成的角度都会不同，因此，对于不同的晶体位移量，探测器所探测到的光强I1就会不同，联合(2)和(3)式可得
I1=I0COS2(astan Φ)(4)
由(4)式可得
权利要求
1.一种基于旋光效应的微位移传感器，包括壳体和设置在壳体内的光源(1 )，其特征在于在所述光源(1)后依次设有起偏棱镜(2)、旋光晶体(3)和拾光棱镜(4)，所述起偏棱镜(2)、旋光晶体(3)和拾光棱镜(4)的光轴位于同一直线上，所述旋光晶体(3)包括截面形状均为三角形的上旋光晶体(3a)和下旋光晶体(3b)，所述上旋光晶体(3a)滑动地设置在下旋光晶体(3b)上，所述下旋光晶体(3b)固定在壳体内，所述上旋光晶体(3a)还固定连接有测杆(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于所述壳体还包括有上密封套筒(6 )，所述光源(1)和起偏棱镜(2 )设置在上密封套筒(6 )内。
3.根据权利要求2所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于所述壳体还包括连接在上密封套筒(6)的上盖(7)以及连接在上盖(7)上的底座(8)，所述底座(8) 设有卡槽(81)和测杆通孔(51)，所述下旋光晶体(3b)安装在卡槽(81)内，所述测杆通孔 (51)的轴线和起偏棱镜(2)的光轴垂直。
4.根据权利要求3所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于所述壳体还包括有连接在底座(8 )上的下密封套筒(9 )，所述拾光棱镜(4 )设置在下密封套筒(9 )内， 所述下密封套筒(9 )还设有光纤输出接口( 91)。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于 所述光源(1)是波长为400-800nm功率为60-140mw的半导体微型激光光源。
6.根据权利要求1至4任一所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于 所述上旋光晶体(3a)和下旋光晶体(3b)是截面形状为等腰直角三角形的石英晶体。
7.根据权利要求1至4任一所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于 所述上盖(7)开有连接上密封套筒(6)的中心螺孔和连接底座(8)的四个通孔，所述底座 (8)上设有连接上盖(7)的四个螺纹孔和连接下密封套筒(9)的卡口。
8.根据权利要求7所述的一种基于旋光效应的微位移传感器，其特征在于所述上盖 (7)和底座(8)由铸铝或不锈钢制成且两者之间设有密封垫。
全文摘要
本发明公开了一种基于旋光效应的微位移传感器，包括壳体和设置在壳体内的光源，在光源后依次设有起偏棱镜、旋光晶体和拾光棱镜，起偏棱镜、旋光晶体和拾光棱镜的光轴位于同一直线上，旋光晶体包括截面形状均为三角形的上旋光晶体和下旋光晶体，上旋光晶体滑动地设置在下旋光晶体上，下旋光晶体固定在壳体内，上旋光晶体还固定连接有测杆。本发明只是采用了几个常用的光敏元件就将位移量转化为可测偏振光的变化，结构简单，响应快速，测量精度高。
文档编号G01B11/02GK102175158SQ20111002378
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者俞志根 申请人:俞志根