I. Thiết kế cấu trúc cốt lõi

Cấu trúc cơ bản của đầu dò sợi quang phản xạ bao gồm bốn phần của sợi quang phát ra, sợi tiếp nhận, vỏ đầu dò và thấu kính quang học, thiết kế của các thành phần cần chú ý đến chức năng thực hiện và phù hợp. Sợi quang phát ra chịu trách nhiệm truyền tín hiệu quang kích thích, theo nhu cầu phát hiện để chọn đường kính lõi, thông số kỹ thuật phổ biến là 50μm-200μm, lõi quá mỏng sẽ dẫn đến thiếu năng lượng quang học, quá dày sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác tập trung điểm; Sợi nhận được sử dụng để thu thập ánh sáng phản xạ, thường là sợi phát ra sử dụng lõi sợi cùng thông số kỹ thuật, sử dụng phương pháp phân phối vòng hoặc đồng trục, phân phối vòng có lợi cho việc nâng cao hiệu quả tiếp nhận, phân phối đồng trục có thể làm giảm phát hiện vùng mù.

Vỏ đầu dò cần đáp ứng yêu cầu bảo vệ cơ học và phù hợp quang học, chọn hợp kim nhôm hoặc vật liệu nhựa kỹ thuật, bề mặt được anodizing hoặc xử lý cách nhiệt để ngăn chặn nhiễu điện từ; Mặt trước của vỏ cần dành riêng giao diện lắp ống kính, đảm bảo rằng lỗi độ đồng trục của ống kính và mặt cuối sợi quang không vượt quá 0,1mm. Ống kính quang học là bộ phận quan trọng để tập trung và nhận tín hiệu quang học, vật liệu thạch anh được ưu tiên để giảm tổn thất ánh sáng, độ dài tiêu cự cần phù hợp với khoảng cách phát hiện, phát hiện khoảng cách ngắn (1-5mm) chọn ống kính lồi có độ dài tiêu cự 2-5mm, phát hiện khoảng cách dài (5-50mm) có thể được kết hợp với ống kính chiết suất gradient, giảm khuếch tán điểm.

II. Chiến lược tối ưu hóa hiệu suất chính

(I) Nâng độ chính xác phát hiện

Độ chính xác phát hiện chủ yếu bị ảnh hưởng bởi kích thước điểm và tỷ lệ tín hiệu nhiễu quang. Tối ưu hóa phương pháp phân phối sợi, sử dụng cấu trúc kết hợp "phát xạ trung tâm+nhận vòng", có thể làm cho ánh sáng phản xạ tập trung vào trung tâm bề mặt cuối của sợi nhận, giảm nhiễu nhiễu cạnh; Màng khuếch đại được mạ trên bề mặt ống kính, tối ưu hóa các thông số dòng phim cho bước sóng làm việc (chẳng hạn như ánh sáng nhìn thấy 400-760nm, hồng ngoại gần 760-1100nm), tốc độ truyền ánh sáng có thể được nâng lên hơn 95%, giảm tổn thất ánh sáng. Đồng thời, kiểm soát độ nhám bề mặt sợi quang Ra≤0,1μm để tránh sự phân tán bề mặt cuối dẫn đến suy giảm tín hiệu.

(2) Mở rộng phạm vi kiểm tra

Tối ưu hóa khẩu độ số sợi quang (NA) và các thông số thấu kính cho các yêu cầu phát hiện khoảng cách khác nhau. Khi phát hiện khoảng cách ngắn, chọn sợi NA=0,2-0,3, kết hợp với ống kính tiêu cự nhỏ, để kiểm soát đường kính điểm 0,1-0,5mm, nâng độ phân giải gần; Khi phát hiện đường dài, sợi NA=0,4-0,5 được sử dụng để tăng góc tiếp nhận ánh sáng, kết hợp với ống kính tele để giảm khuếch tán điểm, có thể mở rộng khoảng cách phát hiện hiệu quả lên hơn 50mm. Ngoài ra, phạm vi phát hiện với cường độ tín hiệu có thể được cân bằng bằng cách điều chỉnh tỷ lệ phát xạ với số lượng sợi nhận được.

(iii) Tăng cường khả năng thích ứng môi trường

Trong các ứng dụng môi trường khắc nghiệt, cần tăng cường niêm phong đầu dò và thiết kế chống nhiễu. Sử dụng cấu trúc niêm phong lớp IP67, bảo vệ đôi bằng vòng chữ O và keo bầu, ngăn chặn sự xâm nhập của bụi, chất lỏng; Vỏ ngoài sử dụng vật liệu che chắn điện từ để giảm nhiễu tín hiệu ánh sáng từ bức xạ điện từ bên ngoài. Trong khi đó, sợi quang chịu nhiệt độ cao và cụm ống kính được lựa chọn để làm cho phạm vi nhiệt độ làm việc của đầu dò bao gồm -40 ℃ -120 ℃, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của cảnh công nghiệp.