位移的光学测量制造技术

技术编号:22500664 阅读:13 留言:0更新日期:2019-11-09 01:58
本发明专利技术涉及位移的光学测量。用于光学测量元件位移的系统和方法,包括:用于发射光学信号的发射器;用于检测来自所述元件的光学信号的反射的第一检测器;用于检测来自凸起的盖子结构的光学信号的反射的第二检测器;处理器,用于接收来自所述第一和第二检测器的检测的反射,并使用来自所述第二检测器的检测的反射来除去来自所述第一检测器的检测的反射中的畸变。

Optical measurement of displacement

The invention relates to optical measurement of displacement. A system and method for measuring the displacement of an optical element include: a transmitter for transmitting an optical signal; a first detector for detecting a reflection of an optical signal from the element; a second detector for detecting a reflection of an optical signal from a raised cover structure; a processor for receiving a reflection of a detection from the first and second detectors, and using The detected reflection from the second detector removes distortion in the detected reflection from the first detector.

【技术实现步骤摘要】
位移的光学测量相关申请的交叉引用本申请要求2018年5月1日提交的美国专利申请序列号62/665,328的优先权,该申请通过引用合并到本申请的公开内容中。
本专利技术涉及用于位移的光学测量的系统和方法。
技术介绍
许多系统受到各种部件的小位移的影响,这通常是由振动引起的。一个例子是扬声器。扬声器是一种电声换能器,它将电信号转换为可听音频信号。在动态扬声器中,电信号被施加到音圈,然后振动,使得连接到音圈的隔板移动,从而产生声波。在扬声器系统中,畸变是大型超低音扬声器驱动器的主要限制,降低了驱动器延伸到深低音频率的能力。畸变被称为存在不需要的谐波频率,并且是由机电音圈系统和扬声器隔板中的非线性引起的。随着频率降低,畸变效应变得更糟,因此限制了扬声器实际上可以输出音频同时保持相当低的畸变的最低频率。如果扬声器被建模为动态系统,输入为音频电压输入,输出为扬声器锥的位移,前馈和/或反馈控制技术可用于校正畸变。控制扬声器用于减少畸变的传统方法依赖于速度和/或加速度测量的积分来确定位移,并且不直接测量位移。这导致位移测量中的误差累积,这对于控制扬声器的前馈方法是不可接受的。
技术实现思路
公开了用于光学测量位移的系统和方法。在一个实施方式中,一种用于测量元件位移的光学系统,包括:位于第一表面上用于发射光学信号的发射器;从所述第一表面位移的凸起的结构;用于检测来自所述元件的光学信号的反射的第一检测器;用于检测来自所述凸起的盖子结构的光学信号的反射的第二检测器;以及放大器,用于接收来自所述第一和第二检测器的检测的反射,并使用来自所述第二检测器的检测的反射来除去来自所述第一检测器的检测的反射中的畸变。在一些例子中,放大器除去由所述发射器发射的光学信号中的变化引起的畸变。在一些实施方式中,光学系统还包括带通滤波器,用于滤波来自第一和第二检测器的检测的反射。在一些例子中,光学系统用于扬声器中,并且元件是扬声器防尘罩并且第一表面是扬声器的轭。在其他例子中,光学系统用于泵,例如液压阀。在另外实施方式中,一种光学测量元件位移的方法,包括:从安装在第一表面上的发射器发射光学信号;检测从所述元件反射出的光学信号的反射;检测从所述第一表面位移的凸起的盖子结构反射出的光学信号的反射;将来自第一检测器的检测的反射和来自第二检测器的检测的反射输入到锁定放大器;以及在所述锁定放大器处,使用来自所述第二检测器的检测的反射除去来自所述第一检测器的检测的反射中的畸变。在一些例子中,锁定放大器除去由所述发射器发射的光学信号中的变化引起的畸变。在一些实施方式中,该方法还包括带通滤波来自第一和第二检测器的检测的反射,以除去所选频率范围之外的噪声。附图说明为了提供更完整地理解本专利技术及其特征和优点,结合附图参考以下说明,其中相同的附图标记表示相同的部分,其中:图1是根据本公开的一些实施方案描述光学位移测量系统的图;图2是根据本公开的一些实施方案描述锁定放大器的图;图3是根据本公开的一些实施方案描述扬声器锥的后视角的图;图4是根据本公开的一些实施方案描述用于光学测量位移的方法的图;图5A-5C是根据本公开的一些实施方案描述各种盖子结构的图;图6是根据本公开的一些实施方案描述具有两个观察区域的单个检测器的图;图7是根据本公开的一些实施方案描述双位置光学传感器的图;图8是根据本公开的一些实施方案描述双位置光学传感器的传感器布局的图;以及图9是根据本公开的一些实施方案描述包括光学测量系统的隔板泵的图。具体实施方式提供了使用反射光学传感器以高精度和高精度测量位移的系统和方法。在一个示例中,系统和方法可用于测量扬声器锥的位移。在各种实施方式中,该系统包括参考检测器,并且零差(锁定)方法用于减轻外部噪声的影响。外部噪声可能包括电源线引起的噪声、温度变化和寿命漂移。所提供的系统和方法还使固有电子噪声的影响最小化。用于测量位移的系统包括具有发射器的光学传感器,例如发光二极管(LED)、两个光学检测器(光电二极管)和电子采集系统。电子采集系统可用于控制光学传感器。在一些实施方式中,电子采集系统是锁定放大器和数字信号处理器(DSP),其感测光学传感器的输出以将其转换为线性位移。在其他实施方式中,微控制器(或其他专用专用硬件)用于感测光学传感器的输出并将其转换为线性位移。在一些实施方案中,模拟电路用于感测光学传感器的输出并将其转换为线性位移。图1是根据本公开的一些实施方案示出描述扬声器中的光学位移测量系统的图。发射器102和第一104a和第二104b光学检测器安装在扬声器的轭106上。从发射器102发射光学信号,使得它从扬声器的防尘帽108反射,当扬声器被致动时,防尘帽108相对于轭106移动。第一检测器104a定位成使得它直接测量从防尘盖108反射的光学信号。第二检测器104b位于凸起的不透明盖子结构110下面,该盖结构110阻挡从防尘帽108反射的信号,并且有效地将输入信号限制为直接从发射器102发射的光。因此,第二检测器104b接收来自发射器102的光学信号的反射,从凸起的不透明盖子结构110反射。这样,第二检测器104b用于测量来自发射器102的输出的变化。图1中所示的光学盖子结构110是平行于轭设置的平坦表面,并且定位成远离轭的距离rf。在各种示例中,距离rf为约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约10mm、小于约1mm、或大于约10mm。盖子结构从发射器102延伸经过第二检测器104b并且越过检测器,存在从轭延伸到盖子结构的外侧壁,并且大致垂直于轭定位。在一些实施方式中,如图1所示,盖子结构的内侧靠近发射器102,具有从盖子结构朝向发射器102延伸一部分的内半壁。盖子结构、外侧壁和内半壁是不透明的,并且有效地阻止来自盖子结构外部的信号进入结构。来自发射器102的信号通过邻近发射器102的结构中的小开口进入盖子结构。在各种实施方式中,盖子结构110是半圆形、楔形、正方形、矩形、圆形、椭圆形或任何其他合适的形状。在第一104a和第二104b检测器处接收的反射信号分别在第一112a和第二112b放大器处被放大。放大的反射信号被发送到处理单元114,处理单元114从第一反射信号中除去噪声。具体地,使用来自第二检测器104b的测量值,校正在第一检测器104a处接收的反射信号的测量值,以消除由于来自发射器102的输出的变化引起的偏差。消除由发射器102输出的信号中的偏差引起的在第一检测器104a处接收的反射信号中的偏差导致更精确的位移测量。在一些实施方式中,发射器102是发光二极管(LED)。从LED输出的光学信号强烈依赖于温度、寿命和其他因素。LED光输出的变化导致不准确的光学测量。可以使用包括参考检测器的光学位移测量系统100来消除来自LED的光输出的变化的影响。消除LED光学输出变化的影响导致更精确的测量。通过使用同步检测(锁定)方法降低了外部和固有噪声的影响,提高了精度。特别地,发射器102以参考频率被调制,并且探测器104a、104b处的探测器通道被“锁定”到参考频率,使得它们忽略其他频率的噪声。在一些实施方式中,参考频率高于音频频率范围。在一个示例中,参考频率是60kHz。在其他示例中,参考频率可以是任何选定的频率。根据各种实施方式,锁定放大器和锁定放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量元件位移的光学系统,包括:位于第一表面上用于发射光学信号的发射器;从所述第一表面位移的凸起的盖子结构;用于检测来自所述元件的光学信号的反射的第一检测器;用于检测来自所述凸起的盖子结构的光学信号的反射的第二检测器;和处理器,用于接收来自所述第一和第二检测器的检测的反射,并使用来自所述第二检测器的检测的反射来除去来自所述第一检测器的检测的反射中的畸变。

【技术特征摘要】
2018.05.01 US 62/665,328;2019.04.04 US 16/375,5511.一种用于测量元件位移的光学系统,包括:位于第一表面上用于发射光学信号的发射器;从所述第一表面位移的凸起的盖子结构;用于检测来自所述元件的光学信号的反射的第一检测器;用于检测来自所述凸起的盖子结构的光学信号的反射的第二检测器;和处理器,用于接收来自所述第一和第二检测器的检测的反射,并使用来自所述第二检测器的检测的反射来除去来自所述第一检测器的检测的反射中的畸变。2.权利要求1所述的光学系统,其中所述元件是扬声器防尘罩,并且所述第一表面是扬声器的轭。3.权利要求1所述的光学系统,其中所述处理器除去由所述发射器发射的光学信号中的变化引起的畸变。4.权利要求1所述的光学系统,还包括带通滤波器,用于对来自所述第一和第二检测器的检测的反射进行滤波。5.权利要求1所述的光学系统,其中所述凸起的盖子结构是平行于所述第一表面定位的平坦表面。6.权利要求1所述的光学系统,其中所述发射器是发光二极管(LED)。7.权利要求1所述的光学系统,其中所述处理器还被配置为校正来自所述第一检测器的检测的反射,以除去由所述光学信号中的变化引起的偏差。8.权利要求7所述的光学系统,其中所述处理器使用来自所述第二检测器的检测的反射来校正来自所述第一检测器的检测的反射。9.权利要求1所述的光学系统,其中所述元件是泵系统中的隔板。10.权利要求1所述的光学系统,还包括放大器,用于放大来自等等第一和第二检测器的检测的反射。11.一种光学测量元件位移的方法,包括:从安装在第一表面上的发射器发射光学信号...

【专利技术属性】
技术研发人员:T·雷N·J·杰克瑟N·T·科尔菲斯C·M·汉纳M·A·彻维兹
申请(专利权)人:美国亚德诺半导体公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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