一種新型交替增量式測量微位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型交替增量式測量微位移傳感器，包括激光束、兩塊反射鏡間、光電探測器一、光電探測器二和處理系統(tǒng)。運(yùn)用該傳感器，通過激光束在一組平行設(shè)置的兩塊反射鏡之中不斷反射，最終照射到兩組光電探測器上，改變兩塊反射鏡的間距，即會改變激光束的反射路徑，每組光電探測器上的三個探測部件多次感應(yīng)激光束，處理系統(tǒng)根據(jù)每組探測部件感應(yīng)到激光束的次數(shù)和感光順序以及探測部件間的間距處理得到一個探測距離值，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩塊反射鏡間距的真實(shí)改變值，處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出兩塊反射鏡間距的真實(shí)改變值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量可靠，精度較高，易于實(shí)現(xiàn)批量制造。
【專利說明】
一種新型交替増量式測量微位移傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及精密測量技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種新型交替增量式測量微位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]位移傳感器是一種常用的幾何量傳感器，在航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械制造以及軍事科學(xué)等很多領(lǐng)域中都有廣泛的使用。位移的測量方式有很多種，較小位移(如小于Icm)通常用應(yīng)變式、電感式、差動變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來檢測，較大的位移(如大于Icm)常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來測量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高(目前分辨率最高的可達(dá)到納米級)、抗干擾能力強(qiáng)、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工、檢測儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
[0003]光柵式傳感器指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃尺或金屬尺上密集等間距平行的刻線，刻線密度為10?100線/毫米。由光柵形成的疊柵條紋具有光學(xué)放大作用和誤差平均效應(yīng)，因而能提高測量精度。
[0004]光柵傳感器由于光刻工藝的物理結(jié)構(gòu)限制，造成其測量精度很難再有提升，無法滿足越來越高的測量精度的需求，迫切需要開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單，精度更高的傳感器。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有光柵傳感器由于光刻工藝的物理結(jié)構(gòu)限制，造成其測量精度很難再有提升，無法滿足越來越高的測量精度的需求上述不足，提供一種新型交替增量式測量微位移傳感器及測量方法，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實(shí)現(xiàn)批量制造。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種新型交替增量式測量微位移傳感器，包括激光束、固定反射鏡、移動反射鏡、探測反射鏡、光電探測器一、光電探測器二和處理系統(tǒng)，所述光電探測器一設(shè)有固定間距的探測部件一、探測部件二和探測部件三，所述探測部件三設(shè)于所述探測部件一和探測部件二的直線連線之間的任意位置，所述光電探測器二設(shè)有固定間距的探測部件四、探測部件五和探測部件六，所述探測部件六設(shè)于所述探測部件四和探測部件五的直線連線之間的任意位置，所述固定反射鏡與移動反射鏡平行設(shè)置并且能夠相對移動，所述固定反射鏡與移動反射鏡的一端設(shè)置所述探測反射鏡、光電探測器一和光電探測器二，另一端設(shè)置所述激光束，所述光電探測器一和光電探測器二設(shè)于所述探測反射鏡兩側(cè)，所述激光束入射到所述固定反射鏡上，經(jīng)過所述固定反射鏡與移動反射鏡交替反射后入射到所述探測反射鏡，所述探測反射鏡將所述激光束反射到所述光電探測器一或光電探測器二，并被所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五或探測部件六感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)通信連接所述光電探測器一和光電探測器二，并用于統(tǒng)計(jì)所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)所述激光束的次數(shù)和感光順序。
[0008]由于所述探測部件一、探測部件二和探測部件三有固定的間距，所述探測部件四、探測部件五和探測部件六有固定的間距，通過所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)所述激光束的次數(shù)，并根據(jù)探測部件感光順序判斷所述移動反射鏡相對于所述固定反射鏡的運(yùn)動方向，根據(jù)運(yùn)動方向?qū)λ?jì)次數(shù)進(jìn)行加減處理。
[0009]作為一種增量式位移傳感器，所述光電探測器一(或者光電探測器二)上的所述探測部件一(或者探測部件二或者探測部件三或者探測部件四或者探測部件五或者探測部件六)首先感應(yīng)到所述激光束，那么所述激光束下一次被所述探測部件一(或者探測部件二或者探測部件三或者探測部件四或者探測部件五或者探測部件六)對應(yīng)感應(yīng)到記為一個增量數(shù)，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述增量數(shù)與所述探測部件一(或者探測部件二或者探測部件三或者探測部件四或者探測部件五或者探測部件六)的感應(yīng)次數(shù)計(jì)算獲得所述固定反射鏡與移動反射鏡相對位移的探測值主部，同時所述處理系統(tǒng)將所述光電探測器一(或者光電探測器二)作為主計(jì)算探測器，所述光電探測器二 (或者光電探測器一)作為輔計(jì)算探測器，所述激光束最后被探測部件感應(yīng)，該探測部件與所述探測部件一(或者探測部件二或者探測部件三或者探測部件四或者探測部件五或者探測部件六)的距離作為探測值輔部，所述探測值主部和探測值輔部構(gòu)成所述固定反射鏡與移動反射鏡相對位移的探測值，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測值對應(yīng)所述固定反射鏡與移動反射鏡的真實(shí)相對位移量。
[0010]采用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，通過所述激光束在一組平行設(shè)置的所述固定反射鏡與移動反射鏡之中不斷反射，最終照射到兩組光電探測器上，改變所述固定反射鏡與移動反射鏡的間距，即會改變所述激光束的反射路徑，每組光電探測器上的三個探測部件多次感應(yīng)所述激光束，所述處理系統(tǒng)根據(jù)每組探測部件感應(yīng)到所述激光束的次數(shù)和感光順序以及探測部件間的間距處理得到一個探測距離值，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量時，將所述移動反射鏡與被測物體固定連接后，所述被測物體發(fā)生位移變化時，相應(yīng)的會使所述固定反射鏡與移動反射鏡的間距產(chǎn)生變化，通過測量所述固定反射鏡與移動反射鏡的間距變化值，可以反推得到所述被測物體的位移值，其適用于所述被測物體位移變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實(shí)現(xiàn)批量制造。
[0011]優(yōu)選地，所述探測部件三設(shè)于所述探測部件一和探測部件二的直線連線的中點(diǎn)，所述探測部件六設(shè)于所述探測部件四和探測部件五的直線連線的中點(diǎn)。
[0012]優(yōu)選地，所述移動反射鏡設(shè)有用于連接被測物體的剛性連接件，移動所述被測物體，帶動所述移動反射鏡，改變了所述激光束的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)所述激光束的次數(shù)與感光順序，以及所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六的相關(guān)間距得出一個探測值，并計(jì)算對應(yīng)所述被測物體的位移。
[0013]采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，在所述被測物體移動時，帶動與其連接的所述移動反射鏡同時產(chǎn)生移動，改變了所述移動反射鏡與固定反射鏡的間距，所述移動反射鏡發(fā)生位移前后的所述激光束第一次照射到所述固定反射鏡上的反射路徑不會改變，最終所述被測物體的位移值即所述移動反射鏡的位移值被反映到光電探測器上，這種只改變所述移動反射鏡位移的結(jié)構(gòu)方式能夠使所述處理系統(tǒng)的處理算法簡單化，同時簡化傳感器結(jié)構(gòu)，易于制造與使用。
[0014]優(yōu)選地，所述激光束經(jīng)所述固定反射鏡反射到所述探測反射鏡上，所述探測反射鏡將所述激光束反射到所述光電探測器一上，所述激光束經(jīng)所述移動反射鏡反射到所述探測反射鏡上，所述探測反射鏡將所述激光束反射到所述光電探測器二上。
[0015]采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使所述移動反射鏡在發(fā)生位移過程中，所述光電探測器一僅測量所述固定反射鏡反射的所述激光束，所述光電探測器二僅測量所述移動反射鏡反射的所述激光束，避免所述激光束在邊緣發(fā)生反射與直射同時存在造成的測量干擾。
[0016]優(yōu)選地，還包括用于發(fā)射所述激光束的激光源。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，還包括殼體，所述激光源、固定反射鏡、移動反射鏡、探測反射鏡、光電探測器一和光電探測器二均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭，所述讀數(shù)頭設(shè)有安裝孔或粘貼件。
[0018]采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述讀數(shù)頭便于與所述被測物體或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝。
[0019]優(yōu)選地，所述移動反射鏡剛性連接至少一個連接件，所述連接件為剛性件，所述連接件伸出所述讀數(shù)頭外部。
[0020]優(yōu)選地，所述光電探測器一還包括至少一個探測部件七，所述探測部件七設(shè)于所述探測部件一和探測部件二的直線連線之間的任意位置，所述電探測器二還包括至少一個探測部件八，所述探測部件八設(shè)于所述探測部件四和探測部件五的直線連線之間的任意位置。
[0021]采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，因?yàn)樾枰袛嗨霰粶y物體的位移方向，光電探測器至少需三個探測部件才能在測量過程中辨別所述被測物體的位移方向，同時所述激光束最終停留在所述探測部件一和探測部件二這個閉區(qū)間或者所述探測部件四和探測部件五這個閉區(qū)間內(nèi)，所述探測部件一或探測部件二或探測部件三或探測部件四或探測部件五或探測部件六最后一次感應(yīng)到所述激光束后，所述激光束再移動的微小量檢測不出需要忽略，在所述探測部件一和探測部件二的直線連線之間設(shè)置至少一個輔助性的所述探測部件七，在所述探測部件四和探測部件五的直線連線之間設(shè)置至少一個輔助性的所述探測部件八，能夠細(xì)化所述探測部件一和探測部件二的測量區(qū)間以及所述探測部件四和探測部件五的測量區(qū)間，所述激光束最終的忽略量將更小，可以進(jìn)一步提高所述位移傳感器的測量精度。
[0022]優(yōu)選地，所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五、探測部件六、探測部件七和探測部件八為一種對光敏感的光電器件，可以測出是否存在光。
[0023]優(yōu)選地，所述激光源、固定反射鏡、移動反射鏡、探測反射鏡、光電探測器一和光電探測器二的位置均可調(diào)。
[0024]優(yōu)選地，所述位移傳感器的量程為0-1_。
[0025]本實(shí)用新型還提供了一種新型交替增量式測量微位移傳感器的測量方法，包括如以上任一所述的位移傳感器，其測量方法包括以下步驟:
[0026]a、將被測物體固定連接于所述移動反射鏡；
[0027]b、發(fā)射一束激光束，所述激光束以一定角度入射在所述固定反射鏡上，假設(shè)所述入射角為Θ，所述激光束經(jīng)過所述固定反射鏡和移動反射鏡的連續(xù)反射后照射到所述探測反射鏡上，并被反射到所述光電探測器一或光電探測器二上；
[0028]c、移動所述被測物體，帶動所述移動反射鏡同時移動，同時所述激光束的反射路徑變化，所述激光束被所述光電探測器一上的所述探測部件一、探測部件二和探測部件三感應(yīng)或者被所述光電探測器二上的所述探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)，所述被測物體停止移動時，所述處理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)到所述激光束的次數(shù)和感光順序以及各探測部件間的間距，得出所述被測物體的位移值以及位移方向。
[0029]采用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器的測量方法，所述移動反射鏡固定連接所述被測物體，其余部件的位置關(guān)系保持不變，所述激光束以入射角Θ入射在所述固定反射鏡上，然后通過多次反射最終照射到所述光電探測器一或光電探測器二上，移動所述被測物體，所述激光束的反射路徑變化，所述被測物體停止移動時，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)到所述激光束的次數(shù)和感光順序以及各探測部件間的間距得出一個探測距離值以及所述被測物體的位移方向，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，該測量方法簡單、可靠，操作方便，并且能夠提高位移測量精度，可用于對所述被測物體的增量式位移變化進(jìn)行測量。
[0030]優(yōu)選地，根據(jù)所述探測部件一、探測部件二和探測部件三的計(jì)數(shù)順序進(jìn)行所測位移方向的判斷，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件一、探測部件三和探測部件二，則所測位移方向?yàn)榻咏龉潭ǚ瓷溏R的方向，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件二、探測部件三和探測部件一，則所測位移方向?yàn)檫h(yuǎn)離所述固定反射鏡的方向。
[0031]優(yōu)選地，根據(jù)所述探測部件四、探測部件五和探測部件六的計(jì)數(shù)順序進(jìn)行所測位移方向的判斷，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件四、探測部件六和探測部件五，則所測位移方向?yàn)榻咏龉潭ǚ瓷溏R的方向，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件五、探測部件六和探測部件四，則所測位移方向?yàn)檫h(yuǎn)離所述固定反射鏡的方向。
[0032]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0033]1、運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，通過所述激光束在一組平行設(shè)置的所述固定反射鏡與移動反射鏡之中不斷反射，最終照射到兩組光電探測器上，改變所述固定反射鏡與移動反射鏡的間距，即會改變所述激光束的反射路徑，每組光電探測器上的三個探測部件多次感應(yīng)所述激光束，所述處理系統(tǒng)根據(jù)每組探測部件感應(yīng)到所述激光束的次數(shù)和感光順序以及探測部件間的間距處理得到一個探測距離值，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量時，將所述移動反射鏡與被測物體固定連接后，所述被測物體發(fā)生位移變化時，相應(yīng)的會使所述固定反射鏡與移動反射鏡的間距產(chǎn)生變化，通過測量所述固定反射鏡與移動反射鏡的間距變化值，可以反推得到所述被測物體的位移值，其適用于所述被測物體位移變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實(shí)現(xiàn)批量制造；
[0034]2、運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，所述移動反射鏡設(shè)有用于連接被測物體的剛性連接件，其余部件的位置關(guān)系不變的情況下，使所述被測物體發(fā)生位移，帶動所述移動反射鏡發(fā)生位移，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，在所述被測物體移動時，帶動與其連接的所述移動反射鏡同時產(chǎn)生移動，改變了所述移動反射鏡與固定反射鏡的間距，所述移動反射鏡發(fā)生位移前后的所述激光束第一次照射到所述固定反射鏡上的反射路徑不會改變，最終所述被測物體的位移值即所述移動反射鏡的位移值被反映到光電探測器上，這種只改變所述移動反射鏡位移的結(jié)構(gòu)方式能夠使所述處理系統(tǒng)的處理算法簡單化，同時簡化傳感器結(jié)構(gòu)，易于制造與使用；
[0035]3、運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，還包括殼體，所述激光源、固定反射鏡、移動反射鏡、探測反射鏡、光電探測器一和光電探測器二均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭，所述讀數(shù)頭設(shè)有安裝孔或粘貼件，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述讀數(shù)頭便于與所述被測物體或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝；
[0036]4、運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，所述光電探測器一還包括至少一個探測部件七，所述探測部件七設(shè)于所述探測部件一和探測部件二的直線連線之間的任意位置，所述電探測器二還包括至少一個探測部件八，所述探測部件八設(shè)于所述探測部件四和探測部件五的直線連線之間的任意位置，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，因?yàn)樾枰袛嗨霰粶y物體的位移方向，光電探測器至少需三個探測部件才能在測量過程中辨別所述被測物體的位移方向，同時所述激光束最終停留在所述探測部件一和探測部件二這個閉區(qū)間或者所述探測部件四和探測部件五這個閉區(qū)間內(nèi)，所述探測部件一或探測部件二或探測部件三或探測部件四或探測部件五或探測部件六最后一次感應(yīng)到所述激光束后，所述激光束再移動的微小量檢測不出需要忽略，在所述探測部件一和探測部件二的直線連線之間設(shè)置至少一個輔助性的所述探測部件七，在所述探測部件四和探測部件五的直線連線之間設(shè)置至少一個輔助性的所述探測部件八，能夠細(xì)化所述探測部件一和探測部件二的測量區(qū)間以及所述探測部件四和探測部件五的測量區(qū)間，所述激光束最終的忽略量將更小，可以進(jìn)一步提尚所述位移傳感器的測量精度；
[0037]5、運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器的測量方法，所述移動反射鏡固定連接所述被測物體，其余部件的位置關(guān)系保持不變，所述激光束以入射角Θ入射在所述固定反射鏡上，然后通過多次反射最終照射到所述光電探測器一或光電探測器二上，移動所述被測物體，所述激光束的反射路徑變化，所述被測物體停止移動時，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一、探測部件二、探測部件三、探測部件四、探測部件五和探測部件六感應(yīng)到所述激光束的次數(shù)和感光順序以及各探測部件間的間距得出一個探測距離值以及所述被測物體的位移方向，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出所述固定反射鏡與移動反射鏡間距的真實(shí)改變值，該測量方法簡單、可靠，操作方便，并且能夠提高位移測量精度，可用于對所述被測物體的增量式位移變化進(jìn)行測量。
【附圖說明】
[0038]圖1為本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器的原理側(cè)視圖；
[0039]圖2為本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0040]圖3為本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器測量時的側(cè)視圖。[0041 ]圖中標(biāo)記:1-激光源，11-激光束，2-固定反射鏡，3-移動反射鏡，31-連接件，4_探測反射鏡，5-光電探測器一，51-探測部件一，52-探測部件二，53-探測部件三，6-光電探測器二，61-探測部件四，62-探測部件五，63-探測部件六，7-讀數(shù)頭，8-被測物體。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。
[0043]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0044]實(shí)施例1
[0045]如圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，包括激光束U、固定反射鏡2、移動反射鏡3、探測反射鏡4、光電探測器一 5、光電探測器二 6和處理系統(tǒng)。
[0046]所述光電探測器一 5設(shè)有固定間距的探測部件一 51、探測部件二 52和探測部件三53，所述探測部件三53設(shè)于所述探測部件一 51和探測部件二 52的直線連線之間的任意位置，所述光電探測器二 6設(shè)有固定間距的探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63，所述探測部件六63設(shè)于所述探測部件四61和探測部件五62的直線連線之間的任意位置，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3平行設(shè)置并且能夠相對移動，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的一端設(shè)置所述探測反射鏡4、光電探測器一5和光電探測器二6，另一端設(shè)置所述激光束U，所述光電探測器一 5和光電探測器二 6設(shè)于所述探測反射鏡4兩側(cè)，所述激光束11入射到所述固定反射鏡2上，經(jīng)過所述固定反射鏡2與移動反射鏡3交替反射后入射到所述探測反射鏡4，所述探測反射鏡4將所述激光束11反射到所述光電探測器一 5或光電探測器二 6，并被所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62或探測部件六63感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)通信連接所述光電探測器一 5和光電探測器二 6，并用于統(tǒng)計(jì)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)和感光順序。
[0047]由于所述探測部件一51、探測部件二 52和探測部件三53有固定的間距，所述探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63有固定的間距，通過所述探測部件一 51、探測部件二 52和探測部件三53感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)，或者所述探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)，并根據(jù)探測部件感光順序判斷所述移動反射鏡3相對所述固定反射鏡2的運(yùn)動方向，根據(jù)運(yùn)動方向?qū)λ?jì)次數(shù)進(jìn)行加減處理。
[0048]作為一種增量式位移傳感器，所述光電探測器一 5(或者光電探測器二 6)上的所述探測部件一 51(或者探測部件二 52或者探測部件三53或者探測部件四61或者探測部件五62或者探測部件六63)首先感應(yīng)到所述激光束11，那么所述激光束11下一次被所述探測部件一 51(或者探測部件二 52或者探測部件三53或者探測部件四61或者探測部件五62或者探測部件六63)對應(yīng)感應(yīng)到記為一個增量數(shù)，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述增量數(shù)與所述探測部件一51 (或者探測部件二 52或者探測部件三53或者探測部件四61或者探測部件五62或者探測部件六63)的感應(yīng)次數(shù)計(jì)算獲得所述固定反射鏡2與移動反射鏡3相對位移的探測值主部，同時所述處理系統(tǒng)將所述光電探測器一 5(或者光電探測器二 6)作為主計(jì)算探測器，所述光電探測器二 6(或者光電探測器一 5)作為輔計(jì)算探測器，所述激光束11最后被探測部件感應(yīng)，該探測部件與所述探測部件一 51(或者探測部件二 52或者探測部件三53或者探測部件四61或者探測部件五62或者探測部件六63)的距離作為探測值輔部，所述探測值主部和探測值輔部構(gòu)成所述固定反射鏡2與移動反射鏡3相對位移的探測值，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測值對應(yīng)所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的真實(shí)相對位移量。
[0049]運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，通過所述激光束11在一組平行設(shè)置的所述固定反射鏡2與移動反射鏡3之中不斷反射，最終照射到兩組光電探測器上，改變所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的間距，即會改變所述激光束11的反射路徑，每組光電探測器上的三個探測部件多次感應(yīng)所述激光束11，所述處理系統(tǒng)根據(jù)每組探測部件感應(yīng)到所述激光束11的次數(shù)和感光順序以及探測部件間的間距處理得到一個探測距離值，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡2與移動反射鏡3間距的真實(shí)改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出所述固定反射鏡2與移動反射鏡3間距的真實(shí)改變值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量時，將所述移動反射鏡3與被測物體固定連接后，所述被測物體發(fā)生位移變化時，相應(yīng)的會使所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的間距產(chǎn)生變化，通過測量所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的間距變化值，可以反推得到所述被測物體的位移值，其適用于所述被測物體位移變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實(shí)現(xiàn)批量制造。
[0050]實(shí)施例2
[0051]如圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器以及被測物體8，所述傳感器包括激光束11、固定反射鏡2、移動反射鏡3、探測反射鏡4、光電探測器一5、光電探測器二 6和處理系統(tǒng)。
[0052]所述被測物體8固定連接所述移動反射鏡3，所述光電探測器一5設(shè)有固定間距的探測部件一 51、探測部件二 52和探測部件三53，所述探測部件三53設(shè)于所述探測部件一 51和探測部件二 52的直線連線之間的任意位置，所述光電探測器二 6設(shè)有固定間距的探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63，所述探測部件六63設(shè)于所述探測部件四61和探測部件五62的直線連線之間的任意位置，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3平行設(shè)置并且能夠相對移動，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的一端設(shè)置所述探測反射鏡4、光電探測器一 5和光電探測器二 6，另一端設(shè)置所述激光束11，所述光電探測器一 5和光電探測器二 6設(shè)于所述探測反射鏡4兩側(cè)，所述激光束11入射到所述固定反射鏡2上，經(jīng)過所述固定反射鏡2與移動反射鏡3交替反射后入射到所述探測反射鏡4，所述探測反射鏡4將所述激光束11反射到所述光電探測器一 5或光電探測器二 6，并被所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62或探測部件六63感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)通信連接所述光電探測器一 5和光電探測器二 6，并用于統(tǒng)計(jì)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)和感光順序，移動所述被測物體8，帶動所述移動反射鏡3，改變了所述激光束11的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)以及所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63的相關(guān)間距得出一個探測值，并計(jì)算對應(yīng)所述被測物體8的位移。
[0053]運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，所述移動反射鏡3固定連接所述被測物體8，其余部件的位置關(guān)系不變的情況下，使所述被測物體8發(fā)生位移，帶動所述移動反射鏡3發(fā)生位移，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，在所述被測物體8移動時，帶動與其連接的所述移動反射鏡3同時產(chǎn)生移動，改變了所述移動反射鏡3與固定反射鏡2的間距，所述移動反射鏡3發(fā)生位移前后的所述激光束11第一次照射到所述固定反射鏡2上的反射路徑不會改變，最終所述被測物體8的位移值即所述移動反射鏡3的位移值被反映到光電探測器上，這種只改變所述移動反射鏡3位移的結(jié)構(gòu)方式能夠使所述處理系統(tǒng)的處理算法簡單化，同時簡化傳感器結(jié)構(gòu)，易于制造與使用。
[0054]實(shí)施例3
[0055]如圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器以及被測物體8，所述傳感器包括激光源1、激光束11、固定反射鏡2、移動反射鏡3、探測反射鏡4、光電探測器一 5、光電探測器二 6和處理系統(tǒng)，還包括殼體和連接件31。
[0056]所述激光束11通過激光源I發(fā)射得到，所述激光源1、固定反射鏡2、移動反射鏡3、探測反射鏡4、光電探測器一5和光電探測器二6均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭7，所述讀數(shù)頭7設(shè)有安裝孔或粘貼件，所述移動反射鏡3連接所述連接件31，所述連接件31為剛性件，所述連接件31伸出所述讀數(shù)頭7外部連接所述被測物體8，所述光電探測器一 5設(shè)有固定間距的探測部件一 51、探測部件二 52和探測部件三53，所述探測部件三53設(shè)于所述探測部件一51和探測部件二 52的直線連線之間的任意位置，所述光電探測器二 6設(shè)有固定間距的探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63，所述探測部件六63設(shè)于所述探測部件四61和探測部件五62的直線連線之間的任意位置，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3平行設(shè)置并且能夠相對移動，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的一端設(shè)置所述探測反射鏡4、光電探測器一5和光電探測器二 6，另一端設(shè)置所述激光束11，所述光電探測器一 5和光電探測器二 6設(shè)于所述探測反射鏡4兩側(cè)，所述激光束11入射到所述固定反射鏡2上，經(jīng)過所述固定反射鏡2與移動反射鏡3交替反射后入射到所述探測反射鏡4，所述探測反射鏡4將所述激光束11反射到所述光電探測器一 5或光電探測器二 6，并被所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62或探測部件六63感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)通信連接所述光電探測器一 5和光電探測器二 6，并用于統(tǒng)計(jì)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)和感光順序，移動所述被測物體8，帶動所述移動反射鏡3，改變了所述激光束11的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)所述激光束11的次數(shù)以及所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63的相關(guān)間距得出一個探測值，并計(jì)算對應(yīng)所述被測物體8的位移。
[0057]運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，還包括殼體，所述激光源1、固定反射鏡2、移動反射鏡3、探測反射鏡4、光電探測器一 5和光電探測器二 6均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭7，所述讀數(shù)頭7設(shè)有安裝孔或粘貼件，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述讀數(shù)頭7便于與所述被測物體8或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝；同時設(shè)置所述探測反射鏡4，能夠使所述移動反射鏡3在發(fā)生位移過程中，所述光電探測器一5僅測量所述固定反射鏡2反射的所述激光束11，所述光電探測器二 6僅測量所述移動反射鏡3反射的所述激光束11，避免所述激光束11在邊緣發(fā)生反射與直射同時存在造成的測量干擾。
[0058]實(shí)施例4
[0059]如圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器以及被測物體8，所述傳感器包括激光源1、激光束11、固定反射鏡2、移動反射鏡3、探測反射鏡4、光電探測器一 5、光電探測器二 6和處理系統(tǒng)，還包括殼體和連接件31。
[0060]與實(shí)施例3不同之處在于，所述光電探測器一5還包括至少一個探測部件七，所述探測部件七設(shè)于所述探測部件一 51和探測部件二 52的直線連線之間的任意位置，所述電探測器二 6還包括至少一個探測部件八，所述探測部件八設(shè)于所述探測部件四61和探測部件五62的直線連線之間的任意位置。
[0061 ]作為本實(shí)施例的一種優(yōu)選方案，所述探測部件三53和探測部件一 51之間設(shè)有一個所述探測部件七，所述探測部件三53和探測部件二 52之間設(shè)有另一個所述探測部件七;所述探測部件六63和探測部件四61之間設(shè)有一個所述探測部件八，所述探測部件六63和探測部件五62之間設(shè)有另一個所述探測部件八。
[0062]運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器，所述光電探測器一 5還包括至少一個探測部件七，所述探測部件七設(shè)于所述探測部件一 51和探測部件二 52的直線連線之間的任意位置，所述電探測器二 6還包括至少一個探測部件八，所述探測部件八設(shè)于所述探測部件四61和探測部件五62的直線連線之間的任意位置，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，因?yàn)樾枰袛嗨霰粶y物體8的位移方向，光電探測器至少需三個探測部件才能在測量過程中辨別所述被測物體8的位移方向，同時所述激光束11最終停留在所述探測部件一51和探測部件二52這個閉區(qū)間或者所述探測部件四61和探測部件五62這個閉區(qū)間內(nèi)，所述探測部件一 51或探測部件二 52或探測部件三53或探測部件四61或探測部件五62或探測部件六63最后一次感應(yīng)到所述激光束11后，所述激光束11再移動的微小量檢測不出需要忽略，在所述探測部件一 51和探測部件二 52的直線連線之間設(shè)置至少一個輔助性的所述探測部件七，在所述探測部件四61和探測部件五62的直線連線之間設(shè)置至少一個輔助性的所述探測部件八，能夠細(xì)化所述探測部件一 51和探測部件二 52的測量區(qū)間以及所述探測部件四61和探測部件五62的測量區(qū)間，所述激光束11最終的忽略量將更小，可以進(jìn)一步提高所述位移傳感器的測量精度。
[0063]實(shí)施例5
[0064]如圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器的測量方法，包括如實(shí)施例4中的位移傳感器，其測量方法包括以下步驟:
[0065]a、將被測物體8固定連接于所述移動反射鏡3;
[0066]b、發(fā)射一束激光束11，所述激光束11以一定角度入射在所述固定反射鏡2上，假設(shè)所述入射角為Θ，所述激光束11經(jīng)過所述固定反射鏡2和移動反射鏡3的連續(xù)反射后照射到所述光電探測器一 5或光電探測器二6上；
[0067]c、移動所述被測物體8，帶動所述移動反射鏡3同時移動，同時所述激光束11的反射路徑變化，所述激光束11被所述光電探測器一 5上的所述探測部件一 51、探測部件二 52和探測部件三53感應(yīng)或者被所述光電探測器二 6上的所述探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)，所述被測物體8停止移動時，所述處理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)到所述激光束11的次數(shù)和感光順序以及各探測部件間的間距，得出所述被測物體8的位移值以及位移方向。
[0068]運(yùn)用本實(shí)用新型所述的一種新型交替增量式測量微位移傳感器的測量方法，所述移動反射鏡3固定連接所述被測物體8，其余部件的位置關(guān)系保持不變，所述激光束11以入射角Θ入射在所述固定反射鏡2上，然后通過多次反射最終照射到所述光電探測器一 5或光電探測器二6上，移動所述被測物體8，所述激光束11的反射路徑變化，所述被測物體8停止移動時，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一 51、探測部件二 52、探測部件三53、探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63感應(yīng)到所述激光束11的次數(shù)和感光順序以及各探測部件間的間距得出一個探測距離值以及所述被測物體8的位移方向，這個探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡2與移動反射鏡3間距的真實(shí)改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這個探測距離值來計(jì)算出所述固定反射鏡2與移動反射鏡3間距的真實(shí)改變值，該測量方法簡單、可靠，操作方便，并且能夠提高位移測量精度，可用于對所述被測物體8的增量式位移變化進(jìn)行測量。
[0069]作為本實(shí)施例的一種優(yōu)選方案，根據(jù)所述探測部件一51、探測部件二 52和探測部件三53的計(jì)數(shù)順序進(jìn)行所測位移方向的判斷，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件一51、探測部件三53和探測部件二52，則所測位移方向?yàn)榻咏龉潭ǚ瓷溏R2的方向，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件二 52、探測部件三53和探測部件一 51，則所測位移方向?yàn)檫h(yuǎn)離所述固定反射鏡2的方向。
[0070]作為本實(shí)施例的一種優(yōu)選方案，根據(jù)所述探測部件四61、探測部件五62和探測部件六63的計(jì)數(shù)順序進(jìn)行所測位移方向的判斷，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件四61、探測部件六63和探測部件五62，則所測位移方向?yàn)榻咏龉潭ǚ瓷溏R2的方向，如果計(jì)數(shù)順序依次為所述探測部件五62、探測部件六63和探測部件四61，則所測位移方向?yàn)檫h(yuǎn)離所述固定反射鏡2的方向。
[0071]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型交替增量式測量微位移傳感器，其特征在于，包括激光束(11)、固定反射鏡(2)、移動反射鏡(3)、探測反射鏡(4)、光電探測器一 (5)、光電探測器二 (6)和處理系統(tǒng)，所述光電探測器一 (5)設(shè)有固定間距的探測部件一 (51)、探測部件二 (52)和探測部件三(53)，所述探測部件三(53)設(shè)于所述探測部件一(51)和探測部件二 (52)的直線連線之間的任意位置，所述光電探測器二 (6)設(shè)有固定間距的探測部件四(61)、探測部件五(62)和探測部件六(63)，所述探測部件六(63)設(shè)于所述探測部件四(61)和探測部件五(62)的直線連線之間的任意位置，所述固定反射鏡(2)與移動反射鏡(3)平行設(shè)置并且能夠相對移動，所述固定反射鏡(2)與移動反射鏡(3)的一端設(shè)置所述探測反射鏡(4)、光電探測器一 (5)和光電探測器二 (6)，另一端設(shè)置所述激光束(11)，所述光電探測器一 (5)和光電探測器二 (6)設(shè)于所述探測反射鏡(4)兩側(cè)，所述激光束(11)入射到所述固定反射鏡(2)上，經(jīng)過所述固定反射鏡(2)與移動反射鏡(3)交替反射后入射到所述探測反射鏡(4)，所述探測反射鏡(4)將所述激光束(11)反射到所述光電探測器一 (5)或光電探測器二 (6)，并被所述探測部件一 (51)、探測部件二(52)、探測部件三(53)、探測部件四(61)、探測部件五(62)或探測部件六(63)感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)通信連接所述光電探測器一(5)和光電探測器二 (6)，并用于統(tǒng)計(jì)所述探測部件一(51)、探測部件二(52)、探測部件三(53)、探測部件四(61)、探測部件五(62)和探測部件六(63)感應(yīng)所述激光束(11)的次數(shù)和感光順序。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，所述移動反射鏡(3)設(shè)有用于連接被測物體(8)的剛性連接件，移動所述被測物體(8)，帶動所述移動反射鏡(3)，改變了所述激光束(11)的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述探測部件一 (51)、探測部件二 (52)、探測部件三(53)、探測部件四(61)、探測部件五(62)和探測部件六(63)感應(yīng)所述激光束(11)的次數(shù)與感光順序，以及所述探測部件一 (51)、探測部件二 (52)、探測部件三(53)、探測部件四(61)、探測部件五(62)和探測部件六(63)的相關(guān)間距得出一個探測值，并計(jì)算對應(yīng)所述被測物體(8)的位移。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位移傳感器，其特征在于，所述激光束(11)經(jīng)所述固定反射鏡(2)反射到所述探測反射鏡(4)上，所述探測反射鏡(4)將所述激光束(11)反射到所述光電探測器一 (5)上，所述激光束(11)經(jīng)所述移動反射鏡(3)反射到所述探測反射鏡(4)上，所述探測反射鏡(4)將所述激光束(11)反射到所述光電探測器二 (6)上。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位移傳感器，其特征在于，還包括用于發(fā)射所述激光束(11)的激光源(I)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的位移傳感器，其特征在于，還包括殼體，所述激光源(I)、固定反射鏡(2)、移動反射鏡(3)、探測反射鏡(4)、光電探測器一 (5)和光電探測器二 (6)均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭(7)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的位移傳感器，其特征在于，所述移動反射鏡(3)剛性連接至少一個連接件(31)，所述連接件(31)為剛性件，所述連接件(31)伸出所述讀數(shù)頭(7)外部。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，所述光電探測器一(5)還包括至少一個探測部件七，所述探測部件七設(shè)于所述探測部件一 (51)和探測部件二 (52)的直線連線之間的任意位置，所述電探測器二 (6)還包括至少一個探測部件八，所述探測部件八設(shè)于所述探測部件四(61)和探測部件五(62)的直線連線之間的任意位置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位移傳感器，其特征在于，所述探測部件一(51)、探測部件二(52)、探測部件三(53)、探測部件四(61)、探測部件五(62)、探測部件六(63)、探測部件七和探測部件八為一種對光敏感的光電器件，可以測出是否存在光。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的位移傳感器，其特征在于，所述激光源(1)、固定反射鏡(2)、移動反射鏡(3)、探測反射鏡(4)、光電探測器一 (5)和光電探測器二 (6)的位置均可調(diào)。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的位移傳感器，其特征在于，所述位移傳感器的量程為O-1mm0
【文檔編號】G01B11/02GK205619889SQ201620460632
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】張白, 康學(xué)亮
【申請人】北方民族大學(xué)