专利名称：用于测量光散射的探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量光散射的探头，其通过用光照射样品，并对从散射体积内部所散射的光进行探测，而实现光散射的测量。
背景技术：
用于测量光散射的仪器指的是一种对流体中粒子的运动(布朗运动)所引起的散射光强度随时间的波动或变化进行测量，从而确定粒子的扩散系数和流体动力学尺寸的仪器。
在传统的测量光散射用的仪器中，通过用激光束经由一透镜对充满样品流体的形状为圆柱或长方体的小池进行照射，使样品发出的散射光通过一光接收系统，其中由针孔等对观察体积进行限制，并利用诸如光电倍增管之类光电探头对散射光进行测量，而实现光散射测量。
在上述用于测量光散射的仪器中，样品流体池中的光程长度很长。因而，随着溶液中粒子浓度的增加，在小池中发生散射光的散射，或多重散射，使得不可能获得散射光的准确信息。
为了克服这个麻烦，已经提出了一种用于测量光散射的探头的结构(R.R.Khan，H.S.Dhadwal和K.Suh，Applied Optics 33(25)，1994)，其中光输入光纤的一端和光接收光纤的一端以预定的角度彼此非常靠近地设置在池中。该用于测量光散射的探头使观察体积很小，从而消除了多重散射的问题。
在上述的用于测量光散射的探头中，在光输入光纤和光接收光纤中每一个的端面处设置一微透镜或一梯度折射率光纤，用以使各个光纤的焦点处于预定位置。从而，需要高精度地将每个光纤定位在各个透镜处，使得难以将制造质量保持在实用水平。
光纤的基本结构包括一传输光的芯，和一围绕该芯的具有较小折射率的包层，进一步用树脂涂层覆盖该包层，用于保护。
PCT国际公开号No.WO00/31514披露了一种与之相关的发明，其中通过去除围绕光纤的树脂涂层而使包层露出，或者通过再去除包层而使芯露出，使芯端面之间的距离尽可能小，以便不受多重散射的影响。
不过，在这种包层或芯暴露在外的结构中，产生下面的问题不可能保持光纤的强度，难以调节芯的位置，并且光从包层泄漏出去。
因而，本发明的目的在于提供一种用于测量光散射的探头，它易于制造，并且能高度精确和高度可靠地测量散射光的强度。
发明概述一种根据本发明的用于测量光散射的探头，包括一用于传输用来照射样品的光的光输入光纤，和一用于收集和传输散射光的散射光测量光纤。每个光纤的端部用套圈覆盖，该套圈的一端被切削成截头圆锥形，以便保留光纤的一部分或整个端面。用于测量光散射的探头以这样一种方式固定套圈，使得光纤的端面以预定的角度彼此相邻设置，并且其间具有预定的距离(权利要求1)。
如上所述进行设置，即使它们具有很差的强度，也可以通过套圈增强和保护光纤的端部。此外，通过夹持套圈，可以很容易地保持光纤端面之间的距离和角度。该套圈还可防止光从包层泄漏。
另外，由于将套圈的端部切削成截头圆锥形的结果，样品流体中的气泡不可能附着于光纤的端部。并且，与不使套圈成锥形的情形相比，在这种设置中，可减小光纤端面之间的距离。
优选可通过调节元件经过套圈来调节光纤端面之间的角度和距离(权利要求2)。通过这种设置，有可能将散射体积控制成所需的体积。
通过使用螺钉，可以精确并且很容易地进行这种调节(权利要求5-8)。
该光纤优选为单模光纤(权利要求3)。使得可以在改善相干性的条件下进行测量。
该套圈最好使光纤的包层部分插入其中，除外光纤的涂层部分(权利要求4)。这使得有可能使套圈的端部成锥形，以便倾斜地切削其内部的包层部分或者包层部分与芯部分。从而，可以很容易地减小光纤端面之间的距离。
附图的简要说明

图1表示包括一用于测量光散射的探头3的测量系统的整体结构。
图2表示用于测量光散射的探头3的正视图(a)和剖面正视图(b)。
图3表示套圈66，67的剖面图，表示其细节。在(a)中表示出切削之前的套圈，(b)中表示切削之后的套圈。
图4为透视图，表示设置在端部62的凹进部分63中的支撑体70等。
图5为沿图4中的走线A-A所取的剖面图。
本发明最佳实施方式图1表示包括一用于测量光散射的探头3的测量系统的整体结构。从激光设备1发射的光被透镜2聚焦，进入一光输入光纤4。光输入光纤4的一端与用于测量光散射的探头3相连。用于测量光散射的探头3插入一充满样品流体h的池5中，以使该样品流体h被由测量光散射的探头3发出的激光束照射。
从样品h散射的光被用于测量光散射的探头3接收，并通过该用于测量光散射的探头3和散射光测量光纤6，然后进入诸如光电倍增管之类光电探头7，并在此处按时间顺序测量数据。此后，在图中未示出的处理电路处，计算数据的自相关系数，从而得到粒子尺寸等。
考虑到保持光的相干性，光输入光纤4和散射光测量光纤6最好为单模光纤。
图2表示一正视图(a)和沿用于测量光散射的探头3的中心线所取的截面的正视图(b)。分别由y、z和x表示竖直向上方向，正面方向和右面方向。
用于测量光散射的探头3具有一圆柱形主体部分61和一与该主体部分61相连的端部62。插入光输入光纤4和散射光测量光纤6，使它们穿过主体部分61和端部62。主体部分61和端部62可以由金属或树脂制成。
在端部62的平面中形成一凹进部分63。光输入光纤4从凹进部分63中形成的竖直孔64中伸出，散射光测量光纤6则延伸到凹进部分63中所形成的水平孔65。
用圆柱形套圈66覆盖光输入光纤4伸出的端部，并用套圈67覆盖散射光测量光纤6的端部。图2以局部剖面表示套圈66，并以剖面完整地表示套圈67。
套圈66穿过盒形支撑体70中所形成的孔。套圈66、67成90°角相互靠近设置(还可参见图5)。用图5中的符号V表示被测量的散射体积。
如后面将要详细描述的，在支撑体70的前表面和侧面，以及端部62的底面中，设置作为“调节元件”的调节螺钉71-74，用于调节用来发光的光纤4的位置，以及用来接收光的光纤6的位置。
图3表示套圈66、67的剖面图，说明其细节。套圈66、67由诸如氧化锆的陶瓷材料制成，并形成为圆柱形。
光输入光纤4和散射光测量光纤6分别具有暴露在外的包层部分4a和6a。分别沿套圈66、67的中心线形成用于插入该暴露部分的窄孔66a、67a。另外，分别在套圈66、67的上端形成用于将光输入光纤4和散射光测量光纤6的涂层部分放置在其中的宽孔66b、67b。
以保留光纤4、6一部分或全部端面的方式，将套圈66、67的下端抛光成截头圆锥形(参见图3(b))。抛光可以达到或者没有达到包层部分4a，6a。或者，可以超过包层部分4a，6a的范围进行抛光，达到其内部的芯部分。
剩下的端面4b，6b必须包括光通过光纤4、6传播的芯部分。
通过这种倾斜抛光，可以彼此充分靠近地设置光纤4、6的端面4b，6b。而且，由于样品中的气泡不可能附着在端面4b、6b上，故可以增强测量的可靠性。
现在将参照图4、5描述用于调节光纤4、6的端面4b，6b的位置的机制。
图4为透视图，表示设置在端部62的凹进部分63中的支撑体70等，图5为沿图4中走线A-A所取的剖面图。
用于将支撑体70固定到端部62中凹进部分63上的固定螺钉72，被插入支撑体70中。并且，还设置有调节螺钉71，在松开之后被上紧，以便通过沿y轴方向移动套圈66和光输入光纤4而进行调节。
设置调节螺钉73，用于通过沿x轴方向移动支撑体70而进行调节。同时，在沿x轴方向通过移动支撑体70由调节螺钉73进行调节时，首先松开固定螺钉72，然后用调节螺钉73进行调节，之后上紧固定螺钉72。由于这个原因，固定螺钉72的螺纹孔具有一些余量。
另外，如图5中所示，在端部62的底面中设置有调节螺钉74。其在松开之后再上紧，以便沿z方向调节套圈67和散射光测量光纤6的位置。
通过旋转上述螺钉71、73、74，能精确地调节光输入光纤4的端面4b与散射光测量光纤6的端面6b之间的角度和距离。
将以上述方式配置的用于测量光散射的探头3浸入样品流体h中，当激光束进入光输入光纤4时，散射光通过散射光测量光纤6发出。可以用光电探头7探测该散射光。通过将具有锥形端的套圈66、67彼此靠近，有可能测量非常小的散射体积v。从而有可能防止多重散射导致的测量精度降低。
虽然描述了本发明的一最佳实施例，应该理解本发明不限于这种特定方式，但在不偏离本发明精神和范围的条件下，可进行多种变型。
权利要求
1.一种用于测量光散射的探头，其通过用光照射样品，并探测从散射体积内部散射的光而进行光散射测量，该探头包括一用于传输用来照射样品的光的光输入光纤；以及一用于收集和传输散射光的散射光测量光纤，两者均被插在该探头中，其中每个光纤的端部均被一套圈覆盖，该套圈的一端被切削成截头圆锥形，以便保留包含芯在内的光纤一部分或整个端面，并由该用于测量光散射的探头以这样一种方式固定套圈，使得光纤的端面设置，以预定的角度彼此相邻且其间具有预定的距离。
2.根据权利要求1所述的用于测量光散射的探头，其中可利用调节元件通过套圈调节光纤端面之间的角度和距离。
3.根据权利要求1所述的用于测量光散射的探头，其中该光纤为单模光纤。
4.根据权利要求1所述的用于测量光散射的探头，其中每个套圈包括插入其中的每个光纤的包层部分。
5.根据权利要求2所述的用于测量光散射的探头，其中该调节元件包括一设置在用于测量光散射的探头主体中的支撑体，该支撑体具有一沿一个方向将其中一个套圈插入其中的孔，和一设置在该支撑体中用于对插入孔中的套圈进行固定的螺钉(71)。
6.根据权利要求5所述的用于测量光散射的探头，其中该支撑体可以在与插入套圈的方向垂直的方向移动，并且在移动之后，可由螺钉(72)固定到用于测量光散射的探头的主体上。
7.根据权利要求6所述的用于测量光散射的探头，还包括一螺钉(73)，用于沿与插入套圈的方向垂直的方向移动支撑体。
8.根据权利要求2所述的用于测量光散射的探头，其中该调节元件包括一设置在该用于测量光散射的探头主体中的孔，用于沿一个方向将其中一个套圈插入其中，以及一设置在该探头主体中的用于对插入在该孔中的套圈进行固定的螺钉(74)。
全文摘要
根据本发明的用于测量散射光的探头其结构如下一光输入光纤4和一用于收集并传输散射光的散射光测量光纤6被插入探头3的主体中；该光纤4通过设置在该用于测量光散射的探头3中的孔向外延伸；每个光纤4、6的端部用套圈66或67覆盖；套圈66、67的一端被切削成截头圆锥形，以保留光纤4或6的一部分或整个端面；并由支撑体70等以这样一种方式对套圈66、67进行固定，使得光纤4、6的端面以预定的角度、其间以预定的距离被彼此靠近设置。因而，即使它们具有很差的强度，光纤的端部也可以由套圈加强和保护。此外，将套圈的端部切削成截头圆锥形，可以减小光纤端面之间的距离。
文档编号G01B11/08GK1457427SQ02800492
公开日2003年11月19日 申请日期2002年2月28日 优先权日2001年3月1日
发明者筒井和典, 水口勉 申请人:大塚电子株式会社