一种新型光臂放大式高精度长度传感器及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种新型光臂放大式高精度长度传感器及测量方法，该长度传感器包括：激光束一、激光束二；反射部件，反射部件上设有用于反射所述激光束一、激光束二的若干个反射面，每个反射面截面为凸起形状，所有反射面首尾相连构成反射面阵列；光电探测器一用于接收激光束一在反射部件上反射后的激光束并显示其反射位置；光电探测器二用于接收激光束二在反射部件上反射后的激光束并显示其反射位置；处理系统根据光电探测器一接收到的激光束一的位置变化值和光电探测器二所接收到的激光束二的位置变化值，处理得到被测物体位移量。该新型光臂放大式高精度长度传感器结构简单，适用于被测物体位移连续变化的测量，可靠性好，精度高，易于批量制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种新型光臂放大式高精度长度传感器及测量方法。
技术介绍
位移传感器是一种常用的几何量传感器，在航空航天、工业生产、机械制造以及军事科学等很多领域中都有广泛的使用。位移的测量方式有很多种，较小位移(如小于1cm)通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，较大的位移(如大于1cm)常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线密度为10～100线/毫米。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。光栅传感器由于光刻工艺的物理结构限制，造成其测量精度很难再有提升，无法满足越来越高的测量精度的需求，迫切需要开发一种结构简单，精度更高的传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有光栅式位移传感器由于其制造工艺、结构的限制导致的精度很难进一步提高的不足，提供一种新型光臂放大式高精度长度传感器，该长度传感器上设有反射部件，反射部件上具有连续的多个反射面，被测物体发生位移时，激光源发射的激光束通过反射面反射到光电探测器上，根据光电探测器检测到的反射激光位置的变化值，得到被测物体的位移大小，该长度传感器结构简单，提高了测量精度，易于实现批量制造。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种新型光臂放大式高精度长度传感器，包括：激光束一、激光束二；反射部件，所述反射部件上设有用于反射所述激光束一、激光束二的若干个反射面，每个所述反射面截面为凸起形状，所有所述反射面首尾相连；光电探测器一，用于接收所述激光束一在所述反射部件中的反射面反射后的激光束并显示其反射位置；光电探测器二,用于接收所述激光束二在所述反射部件中的反射面反射后的激光束并显示其反射位置；处理系统，根据所述光电探测器一上所接收到的激光束一反射位置变化值和所述光电探测器二上所接收到的激光束二反射位置变化值，计算得到被测物体的位移变化值。该新型光臂放大式高精度长度传感器，可以通过将反射部件安装在被测物体上，激光束一、激光束二入射到反射部件的不同反射面表面后分别反射到光电探测器一、光电探测器二上。当反射部件固定在被测物体上时，被测物体发生位移，反射部件随之一起位移，通过测量位移过程中激光束一、激光束二经反射部件的反射面反射后分别位于光电探测器一、光电探测器二上的反射位置点的变化，每个时刻激光束一、激光束二在反射面上反射后的两条激光束中至少有一条反射激光能够被对应的光电探测器一、光电探测器二所检测，即光电探测器一、光电探测器二的长度适配并能够感应到激光束一、激光束二的反射激光束在对应光电探测器上变化的反射位置点。由于反射部件每个反射面的截面形状为凸起形状，首尾相连的所有反射面构成反射部件的反射面阵列，反射部件相对激光束一、激光束二相对移动过程中，激光束一、激光束二入射到不同反射面上的反射点发生变化，由于反射面是凸起形状，激光束一、激光束二的反射点在反射面上的微小位移变化，其反射到光电探测器一、光电探测器二上的位置变化会发生更大的变化，即激光束一、激光束二反射到光电探测器一、光电探测器二上激光束位置长度变化值远大于反射部件与激光束一、激光束二发生的相对位移值。处理系统能够根据两个光电探测器上激光束一、激光束二反射位置的变化值来计算被测物体位移的变化值，能够得到更高的精度，该传感器结构简单，适用于被测物体连续位移变化的测量，其测量可靠，易于实现批量制造。该反射部件的反射面截面为凸起形状，可以为对称也可以是非对称结构，若凸起结构为非对称形状，激光束一、激光束二入射到的不同反射面上的结构若彼此不相互对称，处理系统根据反射到光电探测器上反射激光束位置长度变化规律采用不同的反射计算公式进行计算。该光电探测器一、光电探测器二采用的是一种对光点位置敏感的光电器件，可以测出光点的一维坐标的长方形器件。比如，光电探测器可选择一维线性光电探测器(简称一维PSD)，也可选择成二维平面光电探测器(简称二维PSD)。优选地，每个所述反射面的凸起形状截面均为对称的等腰三角形状或圆弧形状。该反射面的凸起形状截面属于轴对称形状，即沿轴对称的两面均能够实现反射，优选该对称的凸起形状为等腰三角形状，其中三角形反射面的底面连接在反射部件上或与反射部件一体成型，另外两腰所对应的两面分别为反射单元面，所有反射面在反射部件上形成一个连续的三角反射面阵列。另外，该反射面凸起形状的截面还可以为圆弧形状，其每个反射面形成弧形面，所有反射面在反射部件上形成一个连续的波浪弧形反射面阵列。反射部件上设有便于安装在被测物体上的安装孔或粘贴件，便于与被测物体或者在测量时的其他相对静止的部件适配、卡接或粘贴，方便拆装。优选地，所述激光束一、激光束二分别通过激光源一和激光源二发射得到该激光束。进一步优选地，该传感器还包括壳体，所述激光源一、激光源二、光电探测器一、光电探测器二均位于壳体内，形成读数头，所述读数头的收发端面可穿过激光束一、激光束二以及所述激光束一、激光束二的反射激光束。所述读数头设有安装孔或粘贴件，便于与被测物体或者相对静止的部件适配、卡接或粘贴，方便拆装。将激光源一、激光源二、光电探测器一、光电探测器二集成在壳体内，形成读数头，在调试和测量时，只需要将读数头对准反射部件并调整二者相对位置，便能快速的将激光源一、激光源二、光电探测器一、光电探测器二与反射部件的光路位置关系调试至符合测量条件。优选地，所述光电探测器一与所述光电探测器二相互平行设置，且均垂直或平行于所述读数头的收发端面。该光电探测器一、光电探测器二相互平行设置，并且与收发端面相互平行或垂直，便于调节读数头与反射部件的光路，当然在实际需要中也可以调整光电探测器一、光电探测器二的位置与读数头的收发端面成一定角度。优选地，所述激光源一和激光源二的间距可调，所述光电探测器一与所述光电探测器二的间距可调，所述激光源一发射的激光束一、所述激光源二发射的激光束二相对读数头收发端面的出射角度均可调。该光电探测器一、光电探测器二的间距可调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在于，包括：激光束一(3)、激光束二(4)；反射部件(8)，所述反射部件(8)上设有用于反射所述激光束一(3)、激光束二(4)的若干个反射面(9)，每个所述反射面(9)截面为凸起形状，所有所述反射面(9)首尾相连；光电探测器一(6)，用于接收所述激光束一(3)在所述反射部件(8)中的反射面(9)反射后的激光束并显示其反射位置；光电探测器二(7),用于接收所述激光束二(4)在所述反射部件(8)中的反射面(9)反射后的激光束并显示其反射位置；处理系统，根据所述光电探测器一(6)上所接收到的激光束一(3)反射位置变化值和所述光电探测器二(7)上所接收到的激光束二(4)反射位置变化值，处理得到被测物体的位移变化值。

【技术特征摘要】
1.一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在于，包括：
激光束一(3)、激光束二(4)；
反射部件(8)，所述反射部件(8)上设有用于反射所述激光束一(3)、激光束
二(4)的若干个反射面(9)，每个所述反射面(9)截面为凸起形状，所有所述
反射面(9)首尾相连；
光电探测器一(6)，用于接收所述激光束一(3)在所述反射部件(8)中的反射
面(9)反射后的激光束并显示其反射位置；
光电探测器二(7),用于接收所述激光束二(4)在所述反射部件(8)中的反射
面(9)反射后的激光束并显示其反射位置；
处理系统，根据所述光电探测器一(6)上所接收到的激光束一(3)反射位置变
化值和所述光电探测器二(7)上所接收到的激光束二(4)反射位置变化值，处
理得到被测物体的位移变化值。
2.根据权利要求1所述的一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在
于，每个所述反射面(9)的凸起形状截面均为对称的等腰三角形状或圆弧形
状。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特
征在于，所述激光束一(3)、激光束二(4)分别通过激光源一(1)和激光源二(2)
发射得到该激光束。
4.根据权利要求3所述的一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在
于，包括壳体，所述激光源一(1)、激光源二(2)、光电探测器一(6)、光电
探测器二(7)均位于壳体内，形成读数头(5)，所述读数头(5)的收发端面(51)
可穿过激光束一(3)、激光束二(4)以及所述激光束一(3)、激光束二(4)的反

\t射激光束。
5.根据权利要求4所述的一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在
于，所述光电探测器一(6)与所述光电探测器二(7)相互平行设置，且均垂直
或平行于所述读数头(5)的收发端面(51)。
6.根据权利要求4所述的一种新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在
于，所述激光源一(1)和激光源二(2)的间距可调，所述光电探测器一(6)与
所述光电探测器二(7)的间距可调，所述激光源一(1)发射的激光束一(3)、
所述激光源二(2)发射的激光束二(4)相对读数头收发端面(51)的出射角度
均可调。
7.一种新型光臂放大式高精度长度传感器的测量方法，包括如权利要求4-6
任一所述的新型光臂放大式高精度长度传感器，其特征在于，其测量方法
包括以下步骤：
步骤一、将被测物体固定在所述反射部件(8)或读数头(5)上，其中将所述反
射面(9)调整为与被测物体的移动方向一致；
步骤二、调整激光束一(3)、激光束二(4)、反射部件(8)、光电探测器一(6)、
光电探测器二(7)的位置关系，使其相互适配，使激光束一(3)、激光束二(4)
在所述反射部件(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：张白，丁子兮，
申请(专利权)人：张白，
类型：发明
国别省市：北京;11