光纤内窥镜结构图、工作原理以及选型

光纤内窥镜结构图、工作原理以及选型

2019-05-07 11:07:45

光纤内窥镜(也称光纤镜)是一种目视检测仪器,在内窥镜前冠以“光纤”二字,表明其核心是光导纤维束,不仅担负着传输照明光和传输光像的双重任务,而且光纤束具有纤细和柔软的特性,不需拆卸被检测对象就可以方便地将探头送入设备内部,检测者则可以通过目镜看到设备内部的状况,是缺陷检测的一种高效工具。本文介绍光纤内窥镜结构图、工作原理以及选型。

光纤内窥镜

光纤内窥镜结构图

参见下图,从零部件的角度看,光纤内窥镜的结构包括:末端物镜、弯曲部、由不锈钢编制外皮保护的探头、目镜、调焦旋钮、导向旋钮、以及供手持的镜身等几个部分;从功能划分的角度,光纤内窥镜包括:照明系统、成像系统、导向系统、以及探头等几大部分;从工作原理的角度,可以理解为:两组光纤束,以及物镜、目镜和控制部,共同组成了光纤内窥镜。

其中,探头是光纤镜主要的工作部件,集耐用与柔韧性为一体。它的柔韧性可以使其穿过弯曲的被测物体到达直杆镜或其它设备不能到达的区域。它的耐用性既可保护光纤束免受破坏,也可保护导向钢丝。光纤镜在中心处往往有不锈钢单绞钢丝,预防意外事件下被压变形,一层钢制外皮起到保护作用。下图所示是光纤内窥镜的结构图。

光纤内窥镜结构图

光纤内窥镜工作原理

光纤内窥镜通常由两组相对独立的、具有不同作用的光纤束组成。这两组光纤束贯穿于保护套管内部的光纤束末端及目镜端所有的光学元件。一束光纤用于实现从光源到观察探头的导光作用称为照明光纤。另一束光纤用于实现从观察探头到目镜的成像作用称为成像光纤。在探头末梢有两个光纤束末端,其中一个作用是照明,另一个作用是成像。然而另外一个末端却是分离的,成像光纤在目镜上,照明光纤在光导连接器上。光纤束的工作原理,涉及两个核心:

1. 全反射。通常每一根光纤外覆一层低折射率的膜、以保证光纤内部的全反射,即:入射光经过多次全反射形成导波,直到从光纤的目镜端射出。

2. 导向光纤束的排列位置。成像光纤束中的每根光纤负责独立传输一个光点,到了目镜端所有成像光纤束传输的光点再组合成完整的画面,要实现这一效果,在物镜侧和目镜侧的光纤排列位置是严格一一对应的,不能有错位。也正是因为“各光纤独立传输光点至目镜”这样的工作原理,因此光纤内窥镜的成像有一定的网纹感,但通常不影响观察。如下图所示是光纤内窥镜的工作原理图。

光纤内窥镜工作原理

光纤内窥镜的种类及选型

以韦林光纤内窥镜为例,主要分为:可导向光纤镜和迷你光纤镜这样两类。其中可导向光纤镜的导向弯曲半径可以达到32mm,而迷你光纤镜的直径可小至0.4mm。所以如果希望灵活导向,可以选择前者,如果检测口径很小,可以选择后者。

通过前面的介绍不难看出,图像质量的好坏主要取决于光纤束和光学组件的质量。韦林光纤内窥镜采用非常细直径的高光传导率的成像光纤,能够获得高质量的高分辨率图像,而且在照明方面也有独到的设计:没有采用由内部光纤先到镜体再连接外部光纤束的分段光纤束设计,而是采用一束光纤束直接从探头末稍穿过探头直接到光源的连续光纤束设计,提供更高效的导光率。

光纤内窥镜检测现场图



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