基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其包括：半導(dǎo)體激光器、光柵尺、光同向?yàn)V波器、光電二極管接收器、信號(hào)處理器、單片機(jī)和車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸；所述光柵尺包括標(biāo)尺光柵和指示光柵，所述標(biāo)尺光柵安裝在車(chē)輛的活動(dòng)部件上，而指示光柵安裝在車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸上；標(biāo)尺光柵和指示光柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生明暗相間的莫爾條紋；經(jīng)過(guò)濾波和光電轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出；信號(hào)處理器將接收的電信號(hào)經(jīng)過(guò)電流放大器放大、并經(jīng)過(guò)整形電路整形為占空比為1∶1的方波，再經(jīng)過(guò)FPGA芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行四細(xì)分、辨向和計(jì)數(shù)處理；最后利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理器傳送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制和數(shù)字處理。本發(fā)明所述的基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器具有精度高、使用方便以及靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器設(shè)備的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，用于測(cè)量車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微處理技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展，汽車(chē)的電子化和智能化越來(lái)越普及。由于汽車(chē)電子傳感器在汽車(chē)電子控制中的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)外對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)都非常重視?？偟膩?lái)說(shuō)，未來(lái)的汽車(chē)用傳感器技術(shù)是向微型化、集成化、智能化、多功能化方向發(fā)展。
[0003]車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器用于測(cè)量車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，主要應(yīng)用于汽車(chē)中的以下系統(tǒng)，自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)，導(dǎo)航及輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)，智能泊車(chē)系統(tǒng)(PLA)。目前車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器主要采用霍爾方式、電阻方式；由于二者的精度都較低，約為0.1度，在一些要求嚴(yán)格的應(yīng)用中，如算法標(biāo)定，就不能很好滿(mǎn)足需要，因此為了適應(yīng)車(chē)輛自動(dòng)和智能化發(fā)展的趨勢(shì)，急需一種高精度的轉(zhuǎn)角傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器。
[0005]本發(fā)明所述的基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其包括:半導(dǎo)體激光器、車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸、光柵尺、光同向?yàn)V波器、光電二極管接收器、信號(hào)處理器和單片機(jī)；其特征在于:所述光柵尺包括標(biāo)尺光柵和指示光柵，所述標(biāo)尺光柵安裝在車(chē)輛的活動(dòng)部件上，而指示光柵安裝在車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸上；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射所述光柵尺時(shí)，由于標(biāo)尺光柵和指示光柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生明暗相間的莫爾條紋；并通過(guò)光同相濾波器進(jìn)行濾波產(chǎn)生濾波轉(zhuǎn)角的光信號(hào)；光電二極管接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出；所述信號(hào)處理器將接收的電信號(hào)經(jīng)過(guò)電流放大器放大、并經(jīng)過(guò)整形電路整形為占空比為1:1的方波，再經(jīng)過(guò)FPGA芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行四細(xì)分、辨向和計(jì)數(shù)處理；最后利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理器傳送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制和數(shù)字處理。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的塑料焊接機(jī)具有以下有益效果:
[0007]本發(fā)明所述的基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器具有精度高、使用方便以及靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于AFS、EPS、ADAS以及PLA系統(tǒng)。此外，本發(fā)明所述的傳感器在光路部分不使用額外的反光鏡即實(shí)現(xiàn)了衍射光的疊加和干涉，簡(jiǎn)化了安裝調(diào)整，從而減少了冗余反射光束，改善了信號(hào)品質(zhì)，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度。另外，本發(fā)明所述的傳感器基于FPGA信號(hào)處理，并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行四細(xì)分，可以提高信號(hào)處理的處理速度以及測(cè)量精度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為實(shí)施例1所述基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0009]圖2為實(shí)施例1所述基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]將下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器的結(jié)構(gòu)、材料和功能等做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0011]本實(shí)施例提供了一種高精度的汽車(chē)用轉(zhuǎn)角傳感器，如附圖1所示，其主要由半導(dǎo)體激光器10、車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸20、光柵尺30、光同相濾波器40、光電二極管接收器50、信號(hào)處理電路60和單片機(jī)70組成。光柵尺用作角位移的檢測(cè)，其測(cè)量輸出的信號(hào)是數(shù)字脈沖，具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。光柵尺在工作的過(guò)程中，標(biāo)尺光柵安裝在活動(dòng)部件上，指示光柵安裝在車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸上，標(biāo)尺光柵和指示光柵由于發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生明暗相間的莫爾條紋，通過(guò) 光同相濾波器進(jìn)行濾波后產(chǎn)生濾波轉(zhuǎn)角的光信息。光電二極管接收器將這種明暗相間的莫爾條紋轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電二極管是用于探測(cè)光并生成電流的半導(dǎo)體，它基于單晶硅片構(gòu)造而成，與用于生產(chǎn)集成電路的晶體硅片類(lèi)似。經(jīng)過(guò)光電二極管接收器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)比較微弱，要通過(guò)電流放大器放大，并經(jīng)過(guò)整形電路整形為占空比為I: I的方波，再經(jīng)過(guò)FPGA模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行四細(xì)分、辨向和計(jì)數(shù)處理。單片機(jī)的作用是對(duì)FPGA模塊送來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。所謂的四細(xì)分是指如果直接對(duì)光柵信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，其分辨率就等于一個(gè)信號(hào)周期所對(duì)應(yīng)的位移量，為了提高系統(tǒng)的分辨率，要對(duì)光柵信號(hào)進(jìn)行細(xì)分。對(duì)于方波信號(hào)，常采用四倍頻來(lái)提高分辨精度。所述轉(zhuǎn)角傳感器的工作流程如附圖2所示。
[0012]在本實(shí)施例中所述半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光耦合進(jìn)入光纖后，通過(guò)光纖照射光柵尺；為此所述的光纖需要具有優(yōu)異的耐彎折性能，基于成本以及耐彎折性能的考慮，本實(shí)施例采用塑料光纖。本實(shí)施例所述的光纖的芯為8.5~10.2wt%的苯甲酸改性醇酸樹(shù)脂、
1.8~2.4wt%的聚烷氧基化萜烯和余量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的共聚物；并且所述聚烷氧基化萜烯的分子式為:二環(huán)[2，2，1]庚烯-OCH2CH2O-[PO]n-[E0]p_[PO] q_CH3 ;在所述分子式中，η為2-4，P為12-15，q為15-20。
[0013]其中，所述苯甲酸改性醇酸樹(shù)脂的制造工藝如下:將豆油脂肪酸、多元醇、苯二甲酸酐、苯甲酸全部加入反應(yīng)釜中，通入CO2，升溫至152°C保持0.5h ;升溫到185°C保持2h，升溫到235°C以溶劑法(加入二甲苯)酯化，保持到酸值小于10mgK0H/g，即可。
[0014]本發(fā)明的塑料光纖中涂層為2層；第I和第2涂層厚度分別優(yōu)選為2~8 μ m。
[0015]其中，所述第一涂層的組合物含有32~35wt%的四氟乙烯、10~12?1:%的乙氧基化王基酹丙烯酸酯、10~12wt%的月桂基丙烯酸酯、5~8?1:%的異冰片基丙烯酸酯、2~3wt %的乙烯基己內(nèi)酰胺、1.2~1.8wt %的N-三甲基硅咪唑和余量的聚氧乙烯王基苯基醚丙烯酸酯。
[0016]其中，所述第二涂層的組合物含有32~35wt %的四氟乙烯、12~15wt %的聚酰胺固化環(huán)氧樹(shù)脂、12~15?1:%的多異氰酸酯固化環(huán)氧樹(shù)脂、5~8?1:%的異冰片基丙烯酸酯、3~5wt%的異氟爾酮二胺、1.2~1.Swt%的環(huán)氧酚醛胺和余量的三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯。
[0017]上述第一涂層的斷裂仲長(zhǎng)率為280~350% ;第二涂層的斷裂伸長(zhǎng)率為120~150%。[0018]上述塑料光纖具有伸縮在±0.5mm以?xún)?nèi)的尺寸穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的抗彎折性。
[0019]所述的半導(dǎo)體激光器是一種較新型的激光器，其具有功率大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)化效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以用它制成測(cè)距儀和瞄準(zhǔn)器，但其定向性較差、受環(huán)境溫度影響較大。在本實(shí)施例中所述半導(dǎo)體激光器為市購(gòu)的綠光InAs/GaAs量子阱激光器，其激光波長(zhǎng)隨溫度升高而線性增加，在20°C以及80°C時(shí)的激光波長(zhǎng)分別為522nm以及538nm。為了解決激光波長(zhǎng)隨溫度波動(dòng)較大的問(wèn)題，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)角傳感器的測(cè)量精度，在所述綠光InAs/GaAs量子阱激光器芯片表面利用磁控濺射方法依次沉積MgO薄膜層和LiTaO3薄膜層，并且MgO薄膜層和LiTaO3薄膜層的厚度分別為132nm和135nm。經(jīng)過(guò)沉積處理后，所述激光器在20?80°C的工作溫度范圍內(nèi)，激光波長(zhǎng)穩(wěn)定在525-530nm的范圍內(nèi)。
[0020]本實(shí)施例所述的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器具有精度高、使用方便以及靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，在光路部分不使用額外的反光鏡即實(shí)現(xiàn)了衍射光的疊加和干涉，簡(jiǎn)化了安裝調(diào)整，從而減少了冗余反射光束，改善了信號(hào)品質(zhì)，提高了測(cè)量精度。另外，所述的傳感器采用上述綠光激光器以及與其耦合的塑料光纖，并對(duì)所述激光器芯片進(jìn)行鍍膜處理，進(jìn)一步提高了工作穩(wěn)定性和測(cè)量精度。
[0021]對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，具體實(shí)施例只是結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光光源的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其包括:半導(dǎo)體激光器、光柵尺、光同向?yàn)V波器、光電二極管接收器、信號(hào)處理器、單片機(jī)和車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸；其特征在于:所述光柵尺包括標(biāo)尺光柵和指示光柵，所述標(biāo)尺光柵安裝在車(chē)輛的活動(dòng)部件上，而指示光柵安裝在車(chē)輛轉(zhuǎn)向軸上；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射所述光柵尺時(shí)，由于標(biāo)尺光柵和指不光柵發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生明暗相間的莫爾條紋；并通過(guò)光同相濾波器進(jìn)行濾波產(chǎn)生濾波轉(zhuǎn)角的光信號(hào)；光電二極管接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出；所述信號(hào)處理器將接收的電信號(hào)經(jīng)過(guò)電流放大器放大、并經(jīng)過(guò)整形電路整形為占空比為1:1的方波，再經(jīng)過(guò)FPGA芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行四細(xì)分、辨向和計(jì)數(shù)處理；最后利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理器傳送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制和數(shù)字處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光耦合進(jìn)入光纖后，并通過(guò)光纖照射所述光柵尺，并且所述光纖為塑料光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于所述塑料光纖包括芯和包覆在所述芯外圍的2層涂層；并且所述芯為8.5?10.2wt%的苯甲酸改性醇酸樹(shù)脂、1.8?2.4wt%的聚烷氧基化萜烯和余量的聚甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器為綠光InAs/GaAs量子阱激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于所述綠光InAs/GaAs量子阱激光器芯片表面利用磁控濺射方法依次沉積MgO薄膜層和LiTaO3薄膜層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車(chē)輛轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于MgO薄膜層和LiTaO3薄膜層的厚度分別為132nm和135nm。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103528544SQ201310465071
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】姚紀(jì)榮 申請(qǐng)人:江蘇彤明高科汽車(chē)電器有限公司