一种低成本化的透射式激光检测仪

技术领域

本发明涉及一种低成本化的透射式激光检测仪，属于激光检测仪技术领域。

背景技术

利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史，利用光电检测技术进行无损检测成为了工业、医疗、农业、环境监测等领域的必要条件。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法(如外差、相关、取样平均、光子计数等)被引入，使测量灵敏度和测量精度得到了显著提高。实时、快速、无损、灵敏成为了激光检测技术的代名词。激光检测仪器是激光检测技术的表现形式，其性能及结构指标关乎整个自动控制体系的精准运转。目前的激光检测仪种类繁多、功能多样，应用领域广阔。

透射式激光检测仪是依据物体遮挡住的激光信号量原理进行测量的一种光学传感器，具有实时、快速、无损、灵敏等优点。随着工业、农业、医疗、通讯等领域的不断发展，不仅对激光检测仪的需求量越来越大，而且对测量精度的要求也越来越高。虽然它的测量精度已经能够达到纳米级甚至皮米级，但是它也付出了高精度光电探测器带来的高成本代价，导致其难以被广泛使用。针对上述问题，本发明设计利用价格低廉的双透镜组合将激光信号会聚在微米级尺度的单点光电探测器上，避免使用大面积高精度光电探测器带来的高成本问题，实现透射式激光检测仪的大幅低成本化。

发明内容

为了克服现有研究的不足，本发明提供了利用价格低廉的双透镜组合将激光信号会聚在微米级尺度的单点光电探测器上，避免使用大面积高精度光电探测器带来的高成本问题，实现透射式激光检测仪的大幅低成本化的低成本化的透射式激光检测仪。

一种低成本化的透射式激光检测仪，包括第一检测仪组件和第二检测仪组件，所述第一检测仪组件和第二检测仪组件之间可放置有待测物体；

所述第一检测仪组件从左至右依次包括激光光源，将准直后的激光束整形的第一结构，将激光光源发出的光扩束且准直的第一透镜组；

所述第二检测仪组件从左至右依次包括准直后的激光束整形的第二结构，将激光束会聚的第二透镜组和单点光电探测器，所述光电探测器通过航弯插头与微控制器相连。

所述第一透镜组和第二透镜组分别包括双凸透镜和弯月型透镜。

所述双凸透镜的曲率半径为23.660和-153.820，厚度为4.0mm。

所述弯月型透镜的曲率半径为-42.660和-115.450，厚度为2.7mm。

所述激光光源安装在第一组件上，所述单点光电探测器安装在第二组件上。

所述微控制器连接有OLED屏。

所述第一检测仪组件和第二检测仪组件之间没有待测物体时，激光束通过第二透镜组会聚到架于第二组件上的微米级大小的单点光电探测器上，并输出一个电压值V

所述第一检测仪组件和第二检测仪组件之间有待测物体时，造成部分的激光束被遮挡，未被待测物体遮挡住的激光束通过第二透镜组后被会聚到光电探测器上，光电探测器输出电压值V1，其中V0＝V1+ΔV，

ΔV即为被待测物体遮挡住的激光信号量；

通过航弯插头将信号输入给微控制器，通过式(1)和(2)计算出待测物体参数，

利用OLED屏进行测量结果的实时显示。

本发明具有以下特点和有益效果：

1.利用微米级大小的高精度光电探测器成本大幅降低。

2.可根据待测物体的大小调整透镜组等组件的大小，具有广泛的应用范围。

3.通过切换激光波长，可以实现各种透明或不透明物体的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明低成本化的透射式激光检测仪的实验流程图；

图2为本发明聚焦透镜组聚；

图3为本发明通过透镜组后聚焦的光斑点阵图。

图中：1-支撑架；2-激光光源；3-第一组件；4-第一遮光罩；5-第一透镜组；6-待测物体；7-第二遮光罩；8-第二透镜组；9-光电探测器；10-第二组件；11-航弯插头；12-微控制器；13-OLED屏。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种低成本化的透射式激光检测仪的具体步骤如下：

首先，激光光源输出的激光束通过透镜组后被扩束且准直，不进行检测时，激光光束全部被透镜组会聚到光电探测器上，光电探测器输出一个信号值V0。其中，会聚透镜组(会聚透镜组由准直透镜组翻转得到)由两个透镜组成如图1所示，参数如表1所示，通过会聚透镜组后聚焦光斑如图2所示，RMS半径为0.875微米，因此我们使用一个微米级大小的单点光电探测器接收激光信号；其次，当进行检测时，一部分激光束会被待测物体遮挡，其余透射过待测物体的激光束被光电探测器接收并输出信号值V

表1透镜参数

总体结构设计如图3所示。首先，置于第一组件3上的激光光源2通过第一透镜组5后被扩束且准直，利用第一遮光罩4将准直后的激光束整形为面积为a×b的方形激光束(经过第二透镜组8也将被整形为面积为a×b的方形激光束)；第一遮光罩4设置在第一组件3和第一透镜组5之间，第二遮光罩7设置在第二透镜组8和第二组件10之间，其次，当没有待测物体时，激光束通过第二透镜组8会聚到架于第二组件10上的微米级大小的单点光电探测器9上，并输出一个电压值V0；再次，当光束中心被置有待测物体6时，会造成一部分的激光束被遮挡，未被待测物体遮挡住的激光束通过第二透镜组8后同样被会聚到光电探测器9上，此时光电探测器输出电压值V1，其中V0＝V1+ΔV，ΔV即为被待测物体遮挡住的激光信号量；最后，通过航弯插头11将信号输入给微控制器12(STM32)，就可以通过公式(1)和(2)计算出所期望的待测物体参数(如直径、高度差等)h，并利用OLED屏13进行测量结果的实时显示。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。