반사광섬유프로브는 광전검측시스템의 핵심부품으로서 비접촉측정, 응답속도가 빠르고 교란저항능력이 강한 등 우세로 거리검측, 표면결함식별, 농도분석 등 분야에 널리 응용되고있다.그 구조 설계의 합리성과 성능 최적화의 유효성은 검측 정밀도와 시스템 안정성을 직접 결정한다. 다음은 핵심 구조 설계, 핵심 성능 최적화 두 방면에서 상세하게 논술한다.
1. 핵심 구조 설계 요점
반사 광섬유 프로브의 기본 구조는 발사 광섬유, 수신 광섬유, 프로브 케이스 및 광학 렌즈 네 부분으로 구성되며, 각 부품의 설계는 기능 실현과 적합성을 모두 고려해야 한다.송신 광섬유는 격려 광신호를 전송하는 것을 책임지며, 검측 수요에 따라 섬유심의 직경을 선택해야 하며, 상용 규격은 50μm-200μm이며, 섬유심이 너무 가늘면 광공률이 부족하고 너무 굵으면 반점 초점 정밀도에 영향을 줄 수 있다;수신 광섬유는 반사광을 수집하는 데 사용되며, 일반적으로 발사 광섬유와 같은 규격의 섬유심을 사용하고, 고리형 또는 동축 배열 방식을 사용하며, 고리형 배열은 수신 효율을 높이는 데 유리하고, 동축 배열은 검측 사각지대를 줄일 수 있다.
프로브 케이스는 기계 보호와 광학 적합 요구를 만족시켜야 하며, 알루미늄 합금 또는 엔지니어링 플라스틱 재질을 선택하여 표면에 양극 산화 또는 절연 처리를 진행하여 전자기 간섭을 방지해야 한다;케이스 전면부는 렌즈 장착 인터페이스를 미리 남겨 렌즈와 광섬유 단면의 동축도 오차가 0.1mm를 넘지 않도록 해야 한다. 광학 렌즈는 광신호 초점 및 수신의 핵심 부품으로 석영 소재를 우선적으로 선택하여 빛 손실을 줄이고, 초점 거리는 측정 거리에 따라 일치해야 하며, 단거리 측정(1-5mm)은 초점 거리 2-5mm의 볼록 렌즈를 선택하여 장거리 측정(5-50mm)은 그라데이션 굴절률 렌즈를 배합하여 반점을 줄일 수 있다.
2. 핵심 성능 최적화 전략
(1) 검측 정밀도 향상
검측 정밀도는 주로 반점 크기와 광신호 신호 소음비의 영향을 받는다.광섬유 배열 방식을 최적화하고,"중심 발사 + 환상 수신"의 조합 구조를 채택하여 반사광이 수신 광섬유 단면 중심에 초점을 맞추고 가장자리 잡광 간섭을 줄일 수 있다;렌즈 표면에 증투막을 도금하여 작업파장 (예를 들어 가시광 400-760nm, 근적외선 760-1100nm) 에 대해 필름계 파라미터를 최적화하여 광투과율을 95% 이상으로 높이고 광손실을 낮출 수 있다.또한 광섬유 단면 거친도 Ra ≤ 0.1 μm를 제어하여 단면 산란으로 인한 신호 감쇠를 방지합니다.
(2) 검측 범위 확장
다양한 검출 거리 요구에 맞게 광섬유 수치 구경(NA) 및 렌즈 매개변수를 최적화합니다.단거리 감지 시 NA = 0.2-0.3의 광섬유를 선택하고 작은 초점거리 렌즈를 조합하여 반점 직경을 0.1-0.5mm로 제어하여 근거리 해상도를 높인다;장거리 검사 시 NA = 0.4-0.5의 광섬유를 사용하여 빛 수신 각도를 늘리고, 장초점 렌즈와 결합하여 반점 확산을 줄이면 유효 검사 거리를 50mm 이상으로 확장할 수 있다.또한 송신과 수신 광섬유의 수량 배합 비율을 조정함으로써 검측 범위와 신호 강도의 균형을 맞출 수 있다.
(3) 환경 적응성 강화
열악한 환경 응용에서 프로브 밀봉과 방해 방지 설계를 강화해야 한다.IP67급 밀봉구조를 사용하여 O형 코일과 관봉접착제의 이중방호를 통해 분진, 액체의 침입을 방지한다;케이스는 전자기 차폐 재료를 사용하여 외부의 전자기 복사가 광신호에 대한 방해를 줄인다.이와 동시에 고온에 견디는 광섬유와 렌즈부품을 선택하여 프로브의 작업온도범위가 -40 ℃ -120 ℃ 를 망라하여 공업장면의 가혹한 요구를 만족시켜야 한다.