一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法，该传感器包括激光束、固定反射镜、移动反射镜、探测反射镜、光电探测器一、光电探测器二和处理系统。运用该传感器，通过激光束在平行设置的固定反射镜与移动反射镜之中不断反射到探测反射镜，最终照射到两组光电探测器上，改变固定反射镜与移动反射镜的间距，即会改变激光束的反射路径，每组光电探测器上的三个探测部件多次感应激光束，处理系统根据每组探测部件感应到激光束的次数和感光顺序以及探测部件间的间距处理得到一个探测距离值，处理系统能够通过这个探测距离值来计算出固定反射镜与移动反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密测量技术及仪器领域，特别涉及一种新型交替增量式测量微位移传感器及测量方法。
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尺或金属尺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：针对现有技术存在的现有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上述不足，提供一种新型交替增量式测量微位移传感器及测量方法，该传感器结构简单，适用于被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种新型交替增量式测量微位移传感器，包括激光束、固定反射镜、移动反射镜、探测反射镜、光电探测器一、光电探测器二和处理系统，所述光电探测器一设有固定间距的探测部件一、探测部件二和探测部件三，所述探测部件三设于所述探测部件一和探测部件二的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二设有固定间距的探测部件四、探测部件五和探测部件六，所述探测部件六设于所述探测部件四和探测部件五的直线连线之间的任意位置，所述固定反射镜与移动反射镜平行设置并且能够相对移动，所述固定反射镜与移动反射镜的一端设置所述探测反射镜、光电探测器一和光电探测器二，另一端设置所述激光束，所述光电探测器一和光电探测器二设于所述探测反射镜两侧，所述激光束入射到所述固定反射镜上，经过所述固定反射镜与移动反射镜交替反射后入射到所述探测反射镜，所述探测反射镜将所述激光束反射到所述光电探测器一或光电探测器二，并被所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五或探测部件六感应，所述处理系统通信连接所述光电探测器一和光电探测器二，并用于统计所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束的次数和感光顺序。由于所述探测部件一、探测部件二和探测部件三有固定的间距，所述探测部件四、探测部件五和探测部件六有固定的间距，通过所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束的次数，并根据探测部件感光顺序判断所述移动反射镜相对于所述固定反射镜的运动方向，根据运动方向对所计次数进行加减处理。作为一种增量式位移传感器，所述光电探测器一(或者光电探测器二)上的所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)首先感应到所述激光束，那么所述激光束下一次被所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)对应感应到记为一个增量数，所述处理系统根据所述增量数与所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)的感应次数计算获得所述固定反射镜与移动反射镜相对位移的探测值主部，同时所述处理系统将所述光电探测器一(或者光电探测器二)作为主计算探测器，所述光电探测器二(或者光电探测器一)作为辅计算探测器，所述激光束最后被探测部件感应，该探测部件与所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)的距离作为探测值辅部，所述探测值主部和探测值辅部构成所述固定反射镜与移动反射镜相对位移的探测值，所述处理系统根据所述探测值对应所述固定反射镜与移动反射镜的真实相对位移量。采用本专利技术所述的一种新型交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束在一组平行设置的所述固定反射镜与移动反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变所述固定反射镜与移动反射镜的间距，即会改变所述激光束的反射路径，每组光电探测器上的三个探测部件多次感应所述激光束，所述处理系统根据每组探测部件感应到所述激光束的次数和感光顺序以及探测部件间的间距处理得到一个探测距离值，这个探测距离值远远大于所述固定反射镜与移动反射镜间距的真实改变值，所述处理系统能够通过这个探测距离值来计算出所述固定反射镜与移动反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将所述移动反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使所述固定反射镜与移动反射镜的间距产生变化，通过测量所述固定反射镜与移动反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。优选地，所述探测部件三设于所述探测部件一和探测部件二的直线连线的中点，所述探测部件六设于所述探测部件四和探测部件五的直线连线的中点。优选地，所述移动反射镜设有用于连接被测物体的刚性连接件，移动所述被测物体，带动所述移动反射镜，改变了所述激光束的反射路径，所述处理系统根据所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束的次数与感光顺序，以及所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六的相关间距得出一个探测值，并计算对应所述被测物体的位移。采用这种结构设置，在所述被测物体移动时，带动与其连接的所述移动反射镜同时产生移动，改变了所述移动反射镜与固定反射镜的间距，所述移动反射镜发生位移前后的所述激光束第一次照射到所述固定反射镜上的反射路径不会改变，最终所述被测物体的位移值即所述移动反射镜的位移值被反映到光电探测器上，这种只改变所述移动反射镜位移的结构方式能够使所述处理系统的处理算法简单化，同时简化传感器结构，易于制造与使用。优选地，所述激光束经所述固定反射镜反射到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型交替增量式测量微位移传感器，其特征在于，包括激光束(11)、固定反射镜(2)、移动反射镜(3)、探测反射镜(4)、光电探测器一(5)、光电探测器二(6)和处理系统，所述光电探测器一(5)设有固定间距的探测部件一(51)、探测部件二(52)和探测部件三(53)，所述探测部件三(53)设于所述探测部件一(51)和探测部件二(52)的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二(6)设有固定间距的探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)，所述探测部件六(63)设于所述探测部件四(61)和探测部件五(62)的直线连线之间的任意位置，所述固定反射镜(2)与移动反射镜(3)平行设置并且能够相对移动，所述固定反射镜(2)与移动反射镜(3)的一端设置所述探测反射镜(4)、光电探测器一(5)和光电探测器二(6)，另一端设置所述激光束(11)，所述光电探测器一(5)和光电探测器二(6)设于所述探测反射镜(4)两侧，所述激光束(11)入射到所述固定反射镜(2)上，经过所述固定反射镜(2)与移动反射镜(3)交替反射后入射到所述探测反射镜(4)，所述探测反射镜(4)将所述激光束(11)反射到所述光电探测器一(5)或光电探测器二(6)，并被所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)或探测部件六(63)感应，所述处理系统通信连接所述光电探测器一(5)和光电探测器二(6)，并用于统计所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)感应所述激光束(11)的次数和感光顺序。...

【技术特征摘要】
1.一种新型交替增量式测量微位移传感器，其特征在于，包括
激光束(11)、固定反射镜(2)、移动反射镜(3)、探测反射镜(4)、光电探
测器一(5)、光电探测器二(6)和处理系统，所述光电探测器一(5)设有
固定间距的探测部件一(51)、探测部件二(52)和探测部件三(53)，所述
探测部件三(53)设于所述探测部件一(51)和探测部件二(52)的直线连
线之间的任意位置，所述光电探测器二(6)设有固定间距的探测部件
四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)，所述探测部件六(63)设于
所述探测部件四(61)和探测部件五(62)的直线连线之间的任意位置，
所述固定反射镜(2)与移动反射镜(3)平行设置并且能够相对移动，所
述固定反射镜(2)与移动反射镜(3)的一端设置所述探测反射镜(4)、光
电探测器一(5)和光电探测器二(6)，另一端设置所述激光束(11)，所述
光电探测器一(5)和光电探测器二(6)设于所述探测反射镜(4)两侧，所
述激光束(11)入射到所述固定反射镜(2)上，经过所述固定反射镜(2)
与移动反射镜(3)交替反射后入射到所述探测反射镜(4)，所述探测反
射镜(4)将所述激光束(11)反射到所述光电探测器一(5)或光电探测器
二(6)，并被所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、
探测部件四(61)、探测部件五(62)或探测部件六(63)感应，所述处理系
统通信连接所述光电探测器一(5)和光电探测器二(6)，并用于统计所
述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、
探测部件五(62)和探测部件六(63)感应所述激光束(11)的次数和感光
顺序。
2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述移动
反射镜(3)设有用于连接被测物体(8)的刚性连接件，移动所述被测物
体(8)，带动所述移动反射镜(3)，改变了所述激光束(11)的反射路径，
所述处理系统根据所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件

\t三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)感应所述
激光束(11)的次数与感光顺序，以及所述探测部件一(51)、探测部件
二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部
件六(63)的相关间距得出一个探测值，并计算对应所述被测物体(8)
的位移。
3.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，所述激光
束(11)经所述固定反射镜(2)反射到所述探测反射镜(4)上，所述探测反
射镜(4)将所述激光束(11)反射到所述光电探测器一(5)上，所述激光束
(11)经所述移动反射镜(3)反射到所述探测反射镜(4)上，所述探测反射
镜(4)将所述激光束(11)反射到所述光电探测器二(6)上。
4.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，还包括用
于发射所述激光束(11)的激光源(1)。
5.根据权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，还包括壳
体，所述激光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：张白，康学亮，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64