專利名稱：基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于色度儀器研制領(lǐng)域，涉及一種基于光纖法布里-珀羅(Fabry-P6r0t，)微型腔的新型結(jié)構(gòu)的色度儀器。這種色度儀器具有測量精度高，體積小和測量方便等優(yōu)點。
背景技術(shù)：
色度儀在生活和生產(chǎn)中有著極其重要的意義，為了適應(yīng)不同測量對象的色度測量特殊要求，目前研究出了各式各樣的色度儀器。但是總體來說，目前的色度儀器主要分為兩類一類是基于光譜的分光光度法色度測量儀器。在標(biāo)準(zhǔn)照明下，這種儀器利用分光裝置獲取被測物的反射或透射光譜，測量光譜數(shù)據(jù)，計算出物體的顏色。分光測色儀是顏色測量最基本的儀器，這種測色儀器按照分光的原理不同，分為光柵分光和棱鏡色散分光兩 類。這種儀器測量精度高，但是由于存在著分光裝置，體積較大，使用不方便。另一類是利用三刺激值濾光片匹配測量。這種儀器的原理是利用三種濾光片和光探測器匹配，使光電接受器光譜靈敏度與標(biāo)準(zhǔn)觀察者三刺激值一致，并利用積分效應(yīng)，通過一次測量就可獲得反射光顏色的三刺激值。目前，市場上絕大多是手持式色度計都是基于這種原理制作的。比較而言，光譜分光光度法具有更高的測色精度，容易與計算機(jī)聯(lián)機(jī)實現(xiàn)高度自動化，但是其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。三刺激值測色法相對來說結(jié)構(gòu)比較簡單，可以使得色度儀小型便攜化，但是其檢測精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其能夠綜合上述兩種測色方法的優(yōu)點，一方面采用光譜的分光光度法，具有高測量精度，另一方面又具有和三刺激值色度儀類似的小型便捷化的特點。本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，結(jié)合


如下本發(fā)明主要組成結(jié)構(gòu)參閱圖I所示，主要包括標(biāo)準(zhǔn)光源(5)、由Y形光纖探頭(2)、Y形光纖入射端(3)和Y形光纖出射端(4)組成的傳輸光纖、陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊￠)、信號處理模塊(7)和顯示屏(8)五個部分組成。法布里-珀羅傅里葉光譜儀基本原理參閱圖2所示，光源(9)發(fā)出的光經(jīng)透鏡1(10)后，成近似平行光入射至由反射鏡I (11)和反射鏡11(12)組成的法布里-羅布腔，經(jīng)多光束干涉后其光強(qiáng)經(jīng)透鏡II (13)會聚后被光電接收器(14)接收。如果以一定的間隔改變由反射鏡I(Il)和反射鏡11(12)組成的法布里-羅布腔的間距，則光電接收器(14)將接收到一系列變化的光強(qiáng)，將接收的一系列光強(qiáng)經(jīng)傅里葉變換后將可以獲得光源(9)的傅里葉光譜。根據(jù)圖I所示，本發(fā)明借鑒法布里-珀羅傅里葉光譜儀的原理，不同的是舍棄了活動部件，利用陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊￠)，將動態(tài)采集的過程變?yōu)殪o態(tài)采集過程，提高穩(wěn)定性和采集速度。標(biāo)準(zhǔn)光源(5)的光耦合至Y形光纖入射端(3)，并由Y形光纖探頭(2)出射，照射至待測物體(I)表面；光線經(jīng)待測物體(I)表面反射后由Y形光纖探頭(2)傳輸至Y形光纖出射端(4)，Y形光纖出射端(4)和陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)相連；陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)采集到Y(jié)形光纖出射端(4)輸入光線的干涉光強(qiáng)后，將其干涉信號輸入至信號處理模塊(7);信號處理模塊(7)對采集的信號進(jìn)行傅里葉變換處理后，獲得待測物體(I)的表面色度并顯示于顯示屏(8)上。陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊6是本發(fā)明的核心結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)參閱圖3所不。Y形光纖出射端(4)中包含多束入射光纖(15),入射光纖(15)和出射光纖
(16)都固定在固定基底(19)上的V型槽(18)上，并且這樣的相對應(yīng)入射光纖(15)和出射光纖(16)有多組，其具體的組數(shù)決定于測量的精度，一般來說，其組數(shù)等于最大光程差除以采樣間隔，組數(shù)越多測量精度越高。每一組入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成了一個腔長固定的微型光纖法布里-珀羅腔。本發(fā)明所述的每一組入射光纖(15)和出 射光纖(16)間的間距是不同的，也就是每一個微型光纖法布里-珀羅腔的腔長以一定間隔長度逐步遞增變化，由采用定律可知，其間隔長度應(yīng)該小于等于最大測量范圍的一半。由于色度儀器是在可見光范圍內(nèi)的測試，所以最大測量范圍一般取400nm。線陣CCD(17)的每個像元正好和一個出射光纖(16)對應(yīng)，這樣保證線陣CXD (17)能夠采集到每一組經(jīng)過由入射光纖(15)和出射光纖(16)形成的法布里-羅布腔干涉后的光強(qiáng)?？紤]到光在光纖中的傳輸特性，本發(fā)明所述的入射光纖(15)和出射光纖(16)都選用單模光纖。為了提高入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成的法布里-珀羅腔的性能，入射光纖(15)端面鍍鋁膜，出射光纖(16)端面鍍銀膜。所選用線陣CCD (17)的光譜響應(yīng)范圍應(yīng)該覆蓋可見光范圍，并且在這一范圍內(nèi)有較高的響應(yīng)特性。本發(fā)明所述的固定基底(19)采用硅材料，其結(jié)構(gòu)參閱圖4所示，采用刻蝕的方法在固定基底表面刻蝕出V型槽(18)，V型槽(18)的尺寸結(jié)構(gòu)正好和入射光纖(15)、出射光纖(16)的外徑匹配。由于入射光纖(15)、出射光纖(16)的外徑尺寸很小，固定基底(19)的尺寸也將很小，使得陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)也具有較小的尺寸，方便了儀器的小型化。本發(fā)明所述的信號處理模塊(7)主要作用是完成干涉光強(qiáng)獲取、干涉光強(qiáng)的傅里葉變換和色度信息的計算。信號處理模塊(7)主要分為兩個部分，其一是光強(qiáng)信號采集部分，主要是線陣CXD (17)的驅(qū)動電路；其二是信號處理電路，其核心采用DSP微處理芯片來完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，將計算的色度信息顯示于顯示屏(8)。本發(fā)明的有益效果提出了一種新的基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，這種色度儀具有精度高，檢測速度快，小型便攜化和測量方便等優(yōu)點。

圖I基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀整體構(gòu)成示意圖。圖2法布里-珀羅傅里葉光譜儀原理圖。圖3基于光纖法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖4固定基底結(jié)構(gòu)不意圖。
圖5基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀整體封裝圖。圖6基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。I-待測物體2-Y形光纖探頭3-Y形光纖入射端4_Y形光纖出射端5_標(biāo)準(zhǔn)光源6-陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊7-信號處理模塊8-顯示屏9-光源10-透鏡Ill-反射鏡I 12-反射鏡II 13-透鏡II 14-光電接收器15-入射光纖16-出射光纖17-線陣CXD 18-V型槽19-固定基底20-上殼體21-下殼體22-固定膠
具體實施例方式為了完成以上的發(fā)明內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)一步的描述。 圖5所述為基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀整體封裝圖，顯示屏(8)固定在上殼體(20)上,Y形光纖探頭(2)伸出下殼體(21)之外,下殼體(21)和上殼體(20)固定在一起，其他結(jié)構(gòu)都包含在下殼體(21)內(nèi)部。下殼體(21)內(nèi)部結(jié)構(gòu)參閱圖6所示，Y形光纖探頭(2)穿過下殼體(21)后，用固定膠(22)固定，防止在測量中外力拉扯Y形光纖探頭(2)造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損。Y形光纖入射端(3)和標(biāo)準(zhǔn)光源(5)相耦合，Y形光纖出射端(4)和陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)相連，陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要包括入射光纖(15)，出射光纖(16)、固定基底(19)和線陣CCD(17)。Y形光纖出射端(4)中的多根入射光纖(15)和陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)連接。陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊￠)固定在下殼體(21)上，并且與固定在下殼體(21)上的信號處理模塊(7)相連。在工作時，陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)中采集的光強(qiáng)信號輸出至信號處理模塊(7)。信號處理模塊(7)對采集的光強(qiáng)信號進(jìn)行傅里葉變換，得到采集的傅里葉光譜，接著獲取色度信息。最后，信號處理模塊(7)將計算獲得的色度信息輸出至顯示屏(8)。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，主要包括標(biāo)準(zhǔn)光源(5)、傳輸光纖、陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊￠)、信號處理模塊(7)和顯示屏(8)，其特征在于 所述傳輸光纖由Y形光纖探頭(2)、Y形光纖入射端(3)和Y形光纖出射端(4)組成，所述標(biāo)準(zhǔn)光源(5)的光耦合至Y形光纖入射端(3)，并由Y形光纖探頭(2)出射，照射至待測物體(I)表面；光線經(jīng)待測物體(I)表面反射后由Y形光纖探頭(2)傳輸至Y形光纖出射端(4)，Y形光纖出射端(4)與陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)相連；陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊(6)采集到Y(jié)形光纖出射端(4)輸入光線的干涉光強(qiáng)后，將其干涉信號輸入至信號處理模塊(7);信號處理模塊(7)對采集的信號進(jìn)行傅里葉變換處理后，獲得待測物體(I)的表面色度并顯示于顯示屏(8)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其特征在于 所述陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊￠)由多組入射光纖(15)、出射光纖(16)和線陣CCD(17)組成，所述入射光纖(15)與出射光纖(16)相對應(yīng)固定在固定基底(19)上的V型槽(18)上，每一組入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成了一個腔長固定的微型光纖法布里-珀羅腔，所述線陣CCD (17)的每個像元與一個出射光纖(16)對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其特征在于 所述每一組入射光纖(15)和出射光纖(16)之間的間隔長度不同，構(gòu)成腔長逐步遞增變化的微型光纖法布里-珀羅腔，所述線陣CXD(17)能夠采集到每一組經(jīng)過由入射光纖(15)和出射光纖(16)形成的法布里-羅布腔干涉后的光強(qiáng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其特征在于所述每一組入射光纖(15)和出射光纖(16)之間的間隔長度小于等于最大測量范圍的一半，其中最大測量范圍通常取400nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其特征在于 所述的入射光纖(15)和出射光纖(16)選用單模光纖,入射光纖(15)端面鍍招膜，出射光纖(16)端面鍍銀膜，以提高入射光纖(15)端面和出射光纖(16)端面組成的法布里-珀羅腔的性能，所選用線陣CCD (17)的光譜響應(yīng)范圍覆蓋可見光范圍，并且在這一范圍內(nèi)有較高的響應(yīng)特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其特征在于 所述的固定基底(19)采用硅材料，其結(jié)構(gòu)采用刻蝕方法在固定基底表面刻蝕出V型槽(18)，V型槽(18)的尺寸結(jié)構(gòu)與入射光纖(15)、出射光纖(16)的外徑匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，其特征在于 所述的信號處理模塊(7)用于完成干涉光強(qiáng)獲取、干涉光強(qiáng)的傅里葉變換和色度信息的計算，主要由光強(qiáng)信號采集部分和信號處理電路組成，所述光強(qiáng)信號采集部分主要為線陣CCD(9)的驅(qū)動電路，所述信號處理電路采用DSP微處理芯片來完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，將計算的色度信息顯示于顯示屏(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光纖法布里-珀羅微型腔的色度儀，屬于色度儀器研制領(lǐng)域。主要包括標(biāo)準(zhǔn)光源、傳輸光纖、陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊、信號處理模塊和顯示屏。標(biāo)準(zhǔn)光源的光耦合至Y形光纖入射端，并由Y形光纖探頭出射，照射至待測物體表面；光線經(jīng)待測物體表面反射后由Y形光纖探頭傳輸至Y形光纖出射端，出射端與陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊相連；陣列式法布里-珀羅微型腔干涉采集模塊采集到Y(jié)形光纖出射端輸入光線的干涉光強(qiáng)后，將其干涉信號輸入至信號處理模塊；信號處理模塊對采集的信號進(jìn)行傅里葉變換處理后，獲得待測物體的表面色度并顯示于顯示屏上。這種色度儀器具有測量精度高，體積小和測量方便等優(yōu)點。
文檔編號G01J3/46GK102680104SQ201210165019
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者馮毅, 張佳全, 張宇, 張鐵強(qiáng), 林曉瓏, 翟微微 申請人:吉林大學(xué)