專利名稱：用于測量光散射的探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測量光散射的探頭，其通過用光照射樣品，并對從散射體積內部所散射的光進行探測，而實現(xiàn)光散射的測量。
背景技術：
用于測量光散射的儀器指的是一種對流體中粒子的運動(布朗運動)所引起的散射光強度隨時間的波動或變化進行測量，從而確定粒子的擴散系數(shù)和流體動力學尺寸的儀器。
在傳統(tǒng)的測量光散射用的儀器中，通過用激光束經(jīng)由一透鏡對充滿樣品流體的形狀為圓柱或長方體的小池進行照射，使樣品發(fā)出的散射光通過一光接收系統(tǒng)，其中由針孔等對觀察體積進行限制，并利用諸如光電倍增管之類光電探頭對散射光進行測量，而實現(xiàn)光散射測量。
在上述用于測量光散射的儀器中，樣品流體池中的光程長度很長。因而，隨著溶液中粒子濃度的增加，在小池中發(fā)生散射光的散射，或多重散射，使得不可能獲得散射光的準確信息。
為了克服這個麻煩，已經(jīng)提出了一種用于測量光散射的探頭的結構(R.R.Khan，H.S.Dhadwal和K.Suh，Applied Optics 33(25)，1994)，其中光輸入光纖的一端和光接收光纖的一端以預定的角度彼此非?？拷卦O置在池中。該用于測量光散射的探頭使觀察體積很小，從而消除了多重散射的問題。
在上述的用于測量光散射的探頭中，在光輸入光纖和光接收光纖中每一個的端面處設置一微透鏡或一梯度折射率光纖，用以使各個光纖的焦點處于預定位置。從而，需要高精度地將每個光纖定位在各個透鏡處，使得難以將制造質量保持在實用水平。
光纖的基本結構包括一傳輸光的芯，和一圍繞該芯的具有較小折射率的包層，進一步用樹脂涂層覆蓋該包層，用于保護。
PCT國際公開號No.WO00/31514披露了一種與之相關的發(fā)明，其中通過去除圍繞光纖的樹脂涂層而使包層露出，或者通過再去除包層而使芯露出，使芯端面之間的距離盡可能小，以便不受多重散射的影響。
不過，在這種包層或芯暴露在外的結構中，產(chǎn)生下面的問題不可能保持光纖的強度，難以調節(jié)芯的位置，并且光從包層泄漏出去。
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種用于測量光散射的探頭，它易于制造，并且能高度精確和高度可靠地測量散射光的強度。
發(fā)明概述一種根據(jù)本發(fā)明的用于測量光散射的探頭，包括一用于傳輸用來照射樣品的光的光輸入光纖，和一用于收集和傳輸散射光的散射光測量光纖。每個光纖的端部用套圈覆蓋，該套圈的一端被切削成截頭圓錐形，以便保留光纖的一部分或整個端面。用于測量光散射的探頭以這樣一種方式固定套圈，使得光纖的端面以預定的角度彼此相鄰設置，并且其間具有預定的距離(權利要求1)。
如上所述進行設置，即使它們具有很差的強度，也可以通過套圈增強和保護光纖的端部。此外，通過夾持套圈，可以很容易地保持光纖端面之間的距離和角度。該套圈還可防止光從包層泄漏。
另外，由于將套圈的端部切削成截頭圓錐形的結果，樣品流體中的氣泡不可能附著于光纖的端部。并且，與不使套圈成錐形的情形相比，在這種設置中，可減小光纖端面之間的距離。
優(yōu)選可通過調節(jié)元件經(jīng)過套圈來調節(jié)光纖端面之間的角度和距離(權利要求2)。通過這種設置，有可能將散射體積控制成所需的體積。
通過使用螺釘，可以精確并且很容易地進行這種調節(jié)(權利要求5-8)。
該光纖優(yōu)選為單模光纖(權利要求3)。使得可以在改善相干性的條件下進行測量。
該套圈最好使光纖的包層部分插入其中，除外光纖的涂層部分(權利要求4)。這使得有可能使套圈的端部成錐形，以便傾斜地切削其內部的包層部分或者包層部分與芯部分。從而，可以很容易地減小光纖端面之間的距離。
附圖的簡要說明

圖1表示包括一用于測量光散射的探頭3的測量系統(tǒng)的整體結構。
圖2表示用于測量光散射的探頭3的正視圖(a)和剖面正視圖(b)。
圖3表示套圈66，67的剖面圖，表示其細節(jié)。在(a)中表示出切削之前的套圈，(b)中表示切削之后的套圈。
圖4為透視圖，表示設置在端部62的凹進部分63中的支撐體70等。
圖5為沿圖4中的走線A-A所取的剖面圖。
本發(fā)明最佳實施方式圖1表示包括一用于測量光散射的探頭3的測量系統(tǒng)的整體結構。從激光設備1發(fā)射的光被透鏡2聚焦，進入一光輸入光纖4。光輸入光纖4的一端與用于測量光散射的探頭3相連。用于測量光散射的探頭3插入一充滿樣品流體h的池5中，以使該樣品流體h被由測量光散射的探頭3發(fā)出的激光束照射。
從樣品h散射的光被用于測量光散射的探頭3接收，并通過該用于測量光散射的探頭3和散射光測量光纖6，然后進入諸如光電倍增管之類光電探頭7，并在此處按時間順序測量數(shù)據(jù)。此后，在圖中未示出的處理電路處，計算數(shù)據(jù)的自相關系數(shù)，從而得到粒子尺寸等。
考慮到保持光的相干性，光輸入光纖4和散射光測量光纖6最好為單模光纖。
圖2表示一正視圖(a)和沿用于測量光散射的探頭3的中心線所取的截面的正視圖(b)。分別由y、z和x表示豎直向上方向，正面方向和右面方向。
用于測量光散射的探頭3具有一圓柱形主體部分61和一與該主體部分61相連的端部62。插入光輸入光纖4和散射光測量光纖6，使它們穿過主體部分61和端部62。主體部分61和端部62可以由金屬或樹脂制成。
在端部62的平面中形成一凹進部分63。光輸入光纖4從凹進部分63中形成的豎直孔64中伸出，散射光測量光纖6則延伸到凹進部分63中所形成的水平孔65。
用圓柱形套圈66覆蓋光輸入光纖4伸出的端部，并用套圈67覆蓋散射光測量光纖6的端部。圖2以局部剖面表示套圈66，并以剖面完整地表示套圈67。
套圈66穿過盒形支撐體70中所形成的孔。套圈66、67成90°角相互靠近設置(還可參見圖5)。用圖5中的符號V表示被測量的散射體積。
如后面將要詳細描述的，在支撐體70的前表面和側面，以及端部62的底面中，設置作為“調節(jié)元件”的調節(jié)螺釘71-74，用于調節(jié)用來發(fā)光的光纖4的位置，以及用來接收光的光纖6的位置。
圖3表示套圈66、67的剖面圖，說明其細節(jié)。套圈66、67由諸如氧化鋯的陶瓷材料制成，并形成為圓柱形。
光輸入光纖4和散射光測量光纖6分別具有暴露在外的包層部分4a和6a。分別沿套圈66、67的中心線形成用于插入該暴露部分的窄孔66a、67a。另外，分別在套圈66、67的上端形成用于將光輸入光纖4和散射光測量光纖6的涂層部分放置在其中的寬孔66b、67b。
以保留光纖4、6一部分或全部端面的方式，將套圈66、67的下端拋光成截頭圓錐形(參見圖3(b))。拋光可以達到或者沒有達到包層部分4a，6a?；蛘撸梢猿^包層部分4a，6a的范圍進行拋光，達到其內部的芯部分。
剩下的端面4b，6b必須包括光通過光纖4、6傳播的芯部分。
通過這種傾斜拋光，可以彼此充分靠近地設置光纖4、6的端面4b，6b。而且，由于樣品中的氣泡不可能附著在端面4b、6b上，故可以增強測量的可靠性。
現(xiàn)在將參照圖4、5描述用于調節(jié)光纖4、6的端面4b，6b的位置的機制。
圖4為透視圖，表示設置在端部62的凹進部分63中的支撐體70等，圖5為沿圖4中走線A-A所取的剖面圖。
用于將支撐體70固定到端部62中凹進部分63上的固定螺釘72，被插入支撐體70中。并且，還設置有調節(jié)螺釘71，在松開之后被上緊，以便通過沿y軸方向移動套圈66和光輸入光纖4而進行調節(jié)。
設置調節(jié)螺釘73，用于通過沿x軸方向移動支撐體70而進行調節(jié)。同時，在沿x軸方向通過移動支撐體70由調節(jié)螺釘73進行調節(jié)時，首先松開固定螺釘72，然后用調節(jié)螺釘73進行調節(jié)，之后上緊固定螺釘72。由于這個原因，固定螺釘72的螺紋孔具有一些余量。
另外，如圖5中所示，在端部62的底面中設置有調節(jié)螺釘74。其在松開之后再上緊，以便沿z方向調節(jié)套圈67和散射光測量光纖6的位置。
通過旋轉上述螺釘71、73、74，能精確地調節(jié)光輸入光纖4的端面4b與散射光測量光纖6的端面6b之間的角度和距離。
將以上述方式配置的用于測量光散射的探頭3浸入樣品流體h中，當激光束進入光輸入光纖4時，散射光通過散射光測量光纖6發(fā)出?？梢杂霉怆娞筋^7探測該散射光。通過將具有錐形端的套圈66、67彼此靠近，有可能測量非常小的散射體積v。從而有可能防止多重散射導致的測量精度降低。
雖然描述了本發(fā)明的一最佳實施例，應該理解本發(fā)明不限于這種特定方式，但在不偏離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可進行多種變型。
權利要求
1.一種用于測量光散射的探頭，其通過用光照射樣品，并探測從散射體積內部散射的光而進行光散射測量，該探頭包括一用于傳輸用來照射樣品的光的光輸入光纖；以及一用于收集和傳輸散射光的散射光測量光纖，兩者均被插在該探頭中，其中每個光纖的端部均被一套圈覆蓋，該套圈的一端被切削成截頭圓錐形，以便保留包含芯在內的光纖一部分或整個端面，并由該用于測量光散射的探頭以這樣一種方式固定套圈，使得光纖的端面設置，以預定的角度彼此相鄰且其間具有預定的距離。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于測量光散射的探頭，其中可利用調節(jié)元件通過套圈調節(jié)光纖端面之間的角度和距離。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于測量光散射的探頭，其中該光纖為單模光纖。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于測量光散射的探頭，其中每個套圈包括插入其中的每個光纖的包層部分。
5.根據(jù)權利要求2所述的用于測量光散射的探頭，其中該調節(jié)元件包括一設置在用于測量光散射的探頭主體中的支撐體，該支撐體具有一沿一個方向將其中一個套圈插入其中的孔，和一設置在該支撐體中用于對插入孔中的套圈進行固定的螺釘(71)。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于測量光散射的探頭，其中該支撐體可以在與插入套圈的方向垂直的方向移動，并且在移動之后，可由螺釘(72)固定到用于測量光散射的探頭的主體上。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于測量光散射的探頭，還包括一螺釘(73)，用于沿與插入套圈的方向垂直的方向移動支撐體。
8.根據(jù)權利要求2所述的用于測量光散射的探頭，其中該調節(jié)元件包括一設置在該用于測量光散射的探頭主體中的孔，用于沿一個方向將其中一個套圈插入其中，以及一設置在該探頭主體中的用于對插入在該孔中的套圈進行固定的螺釘(74)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的用于測量散射光的探頭其結構如下一光輸入光纖4和一用于收集并傳輸散射光的散射光測量光纖6被插入探頭3的主體中；該光纖4通過設置在該用于測量光散射的探頭3中的孔向外延伸；每個光纖4、6的端部用套圈66或67覆蓋；套圈66、67的一端被切削成截頭圓錐形，以保留光纖4或6的一部分或整個端面；并由支撐體70等以這樣一種方式對套圈66、67進行固定，使得光纖4、6的端面以預定的角度、其間以預定的距離被彼此靠近設置。因而，即使它們具有很差的強度，光纖的端部也可以由套圈加強和保護。此外，將套圈的端部切削成截頭圓錐形，可以減小光纖端面之間的距離。
文檔編號G01B11/08GK1457427SQ02800492
公開日2003年11月19日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權日2001年3月1日
發(fā)明者筒井和典, 水口勉 申請人:大塚電子株式會社