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          光纖內窺鏡結構圖、工作原理以及選型

          2019-05-07 11:07:45

          光纖內窺鏡(也稱光纖鏡)是一種目視檢測儀器,在內窺鏡前冠以“光纖”二字,表明其核心是光導纖維束,不僅擔負著傳輸照明光和傳輸光像的雙重任務,而且光纖束具有纖細和柔軟的特性,不需拆卸被檢測對象就可以方便地將探頭送入設備內部,檢測者則可以通過目鏡看到設備內部的狀況,是缺陷檢測的一種高效工具。本文介紹光纖內窺鏡結構圖、工作原理以及選型。

          光纖內窺鏡

          光纖內窺鏡結構圖

          參見下圖,從零部件的角度看,光纖內窺鏡的結構包括:末端物鏡、彎曲部、由不銹鋼編制外皮保護的探頭、目鏡、調焦旋鈕、導向旋鈕、以及供手持的鏡身等幾個部分;從功能劃分的角度,光纖內窺鏡包括:照明系統、成像系統、導向系統、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物體到達直桿鏡或其它設備不能到達的區域。它的耐用性既可保護光纖束免受破壞,也可保護導向鋼絲。光纖鏡在中心處往往有不銹鋼單絞鋼絲,預防意外事件下被壓變形,一層鋼制外皮起到保護作用。下圖所示是光纖內窺鏡的結構圖。

          光纖內窺鏡結構圖

          光纖內窺鏡工作原理

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

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

          2. 導向光纖束的排列位置。成像光纖束中的每根光纖負責獨立傳輸一個光點,到了目鏡端所有成像光纖束傳輸的光點再組合成完整的畫面,要實現這一效果,在物鏡側和目鏡側的光纖排列位置是嚴格一一對應的,不能有錯位。也正是因為“各光纖獨立傳輸光點至目鏡”這樣的工作原理,因此光纖內窺鏡的成像有一定的網紋感,但通常不影響觀察。如下圖所示是光纖內窺鏡的工作原理圖。

          光纖內窺鏡工作原理

          光纖內窺鏡的種類及選型

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

          通過前面的介紹不難看出,圖像質量的好壞主要取決于光纖束和光學組件的質量。韋林光纖內窺鏡采用非常細直徑的高光傳導率的成像光纖,能夠獲得高質量的高分辨率圖像,而且在照明方面也有獨到的設計:沒有采用由內部光纖先到鏡體再連接外部光纖束的分段光纖束設計,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光纖束設計,提供更高效的導光率。

          光纖內窺鏡檢測現場圖



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