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光纖內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)圖、工作原理以及選型

2019-05-07 11:07:45

光纖內(nèi)窺鏡(也稱光纖鏡)是一種目視檢測(cè)儀器,在內(nèi)窺鏡前冠以“光纖”二字,表明其核心是光導(dǎo)纖維束,不僅擔(dān)負(fù)著傳輸照明光和傳輸光像的雙重任務(wù),而且光纖束具有纖細(xì)和柔軟的特性,不需拆卸被檢測(cè)對(duì)象就可以方便地將探頭送入設(shè)備內(nèi)部,檢測(cè)者則可以通過目鏡看到設(shè)備內(nèi)部的狀況,是缺陷檢測(cè)的一種高效工具。本文介紹光纖內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)圖、工作原理以及選型。

光纖內(nèi)窺鏡

光纖內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)圖

參見下圖,從零部件的角度看,光纖內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)包括:末端物鏡、彎曲部、由不銹鋼編制外皮保護(hù)的探頭、目鏡、調(diào)焦旋鈕、導(dǎo)向旋鈕、以及供手持的鏡身等幾個(gè)部分;從功能劃分的角度,光纖內(nèi)窺鏡包括:照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、以及探頭等幾大部分;從工作原理的角度,可以理解為:兩組光纖束,以及物鏡、目鏡和控制部,共同組成了光纖內(nèi)窺鏡。

其中,探頭是光纖鏡主要的工作部件,集耐用與柔韌性為一體。它的柔韌性可以使其穿過彎曲的被測(cè)物體到達(dá)直桿鏡或其它設(shè)備不能到達(dá)的區(qū)域。它的耐用性既可保護(hù)光纖束免受破壞,也可保護(hù)導(dǎo)向鋼絲。光纖鏡在中心處往往有不銹鋼單絞鋼絲,預(yù)防意外事件下被壓變形,一層鋼制外皮起到保護(hù)作用。下圖所示是光纖內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)圖。

光纖內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)圖

光纖內(nèi)窺鏡工作原理

光纖內(nèi)窺鏡通常由兩組相對(duì)獨(dú)立的、具有不同作用的光纖束組成。這兩組光纖束貫穿于保護(hù)套管內(nèi)部的光纖束末端及目鏡端所有的光學(xué)元件。一束光纖用于實(shí)現(xiàn)從光源到觀察探頭的導(dǎo)光作用稱為照明光纖。另一束光纖用于實(shí)現(xiàn)從觀察探頭到目鏡的成像作用稱為成像光纖。在探頭末梢有兩個(gè)光纖束末端,其中一個(gè)作用是照明,另一個(gè)作用是成像。然而另外一個(gè)末端卻是分離的,成像光纖在目鏡上,照明光纖在光導(dǎo)連接器上。光纖束的工作原理,涉及兩個(gè)核心:

1. 全反射。通常每一根光纖外覆一層低折射率的膜、以保證光纖內(nèi)部的全反射,即:入射光經(jīng)過多次全反射形成導(dǎo)波,直到從光纖的目鏡端射出。

2. 導(dǎo)向光纖束的排列位置。成像光纖束中的每根光纖負(fù)責(zé)獨(dú)立傳輸一個(gè)光點(diǎn),到了目鏡端所有成像光纖束傳輸?shù)墓恻c(diǎn)再組合成完整的畫面,要實(shí)現(xiàn)這一效果,在物鏡側(cè)和目鏡側(cè)的光纖排列位置是嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)的,不能有錯(cuò)位。也正是因?yàn)椤案鞴饫w獨(dú)立傳輸光點(diǎn)至目鏡”這樣的工作原理,因此光纖內(nèi)窺鏡的成像有一定的網(wǎng)紋感,但通常不影響觀察。如下圖所示是光纖內(nèi)窺鏡的工作原理圖。

光纖內(nèi)窺鏡工作原理

光纖內(nèi)窺鏡的種類及選型

以韋林光纖內(nèi)窺鏡為例,主要分為:可導(dǎo)向光纖鏡和迷你光纖鏡這樣兩類。其中可導(dǎo)向光纖鏡的導(dǎo)向彎曲半徑可以達(dá)到32mm,而迷你光纖鏡的直徑可小至0.4mm。所以如果希望靈活導(dǎo)向,可以選擇前者,如果檢測(cè)口徑很小,可以選擇后者。

通過前面的介紹不難看出,圖像質(zhì)量的好壞主要取決于光纖束和光學(xué)組件的質(zhì)量。韋林光纖內(nèi)窺鏡采用非常細(xì)直徑的高光傳導(dǎo)率的成像光纖,能夠獲得高質(zhì)量的高分辨率圖像,而且在照明方面也有獨(dú)到的設(shè)計(jì):沒有采用由內(nèi)部光纖先到鏡體再連接外部光纖束的分段光纖束設(shè)計(jì),而是采用一束光纖束直接從探頭末稍穿過探頭直接到光源的連續(xù)光纖束設(shè)計(jì),提供更高效的導(dǎo)光率。

光纖內(nèi)窺鏡檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖



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