一种测量位移的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量位移的方法，该测量方法是根据光电池输出光电流的大小与受光照面积成正比的性质，在空间位移与光电池输出光电流的大小之间建立一一对应的关系，使对空间位移的测量转化为对光电池输出光电流的测量。本发明专利技术方法将传统的栅式位移传感器中普遍采用的机械刻线对空间细分的方法转换为采用高分辨率Ａ／Ｄ转换器对光电池输出的电信号进行数字量化细分的方法，其中的角位移传感器将一些传统位移传感器中的圆分度测量角位移的方法转换为半圆分度测量角位移的方法。该方法简单，测量可靠，精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于几何量精密测量领域，具体涉及角位移和直线位移的 测量位移的方法。
技术介绍
近代科学和工业化的发展，使测量学科面临一个极其错综复杂的 需求。人们对测量提出的新要求是高精度、大量程、数字化和实时性。 特别是测量的数字化，它使位置测量达到新的水平参数的数字化(量 化)使得测量和计算技术得以结合，从这个意义上说，数字化是现代 化的标志，数字化预示着自动化的到来。几何量计量属于传统基础学科，50多年来，世界多国都在致力于发展位置数字测量技术，寻找最理想的测量元件和信息处理技术。 到目前为止，在位移测量中，为了兼顾分辨率和量程，广泛采用的是光栅、感应同步器、磁栅和容栅等栅式传感器。虽然这些传感器各有特点，但基本都是依靠其运动过程中某些物理量有规律的周期性变化而形成沿空间均匀分布的"栅线"对空间进行细分，其测量的精度依赖于栅线数的多少。由于受加工工艺的限制，它们的栅线数难以进一步增加。国内最新出现的时栅，通过时空坐标转换，在时间与空间之间 建立一一对应的关系，尝试采用时间脉冲细分空间，取得了一定效果。 既然能在时间与空间之间建立一一对应的关系，从而通过测量时间达 到测量空间的目的，能不能找到其他的可以精密细分的物理量，再在 这个物理量与空间位移之间建立一一对应的关系，从而达到对空间位 移的测量，是当前位移传感器研究的一个重要方向。传统的精密位移传感器都是外国人专利技术的。随着科学研究和工 业技术的发展，高速高精度是本世纪数控机床发展的主题，这不但 需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此需在现有技术基础上，进一步开发O.l um以上精度60 m/min以上的高 速线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我 国是封锁的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法使对空间位移的测量转化为高分辨率A/D转换器对光电池输出的电信号数字量化细分的测量，测量方法简单，测量精度高。本专利技术的技术解决方案如下该测量方法根据光电池输出光电流 的大小与受光照面积成正比的性质，在空间位移与光电池输出光电流 的大小之间建立一一对应关系，使对空间位移的测量转化为对通过高精度高分辨率A/D转换器对输出的电信号进行数字量化细分的测量，得到位移测量值。本专利技术的详细内容参照图1、图2所示(1)角位移测量的工作原理如图1所示，有一块半径为r的规则的半圆形平板光电池，其面积为S-^r一，将其完全置于一均匀的2平行光光照区域内接受垂直照射时，其输出光电流大小为 / = M = x|;zt2 (《为常数)(1) 现有一平面区域，左侧为光照区域，右侧无光照，光照为均匀的 平行光，光照区域与非光照区域之间的分界线是一界限分明的直线； 将上述规则的半圆形平板光电池放置在此平面区域内，其圆心轴在光 照区域与无光照区域的分界线上，并使光照区域的面积大小至少能完 全覆盖它；当此半圆形光电池的直径边缘与光照区域分界线重合，而 没有接受光照时，光电池不输出的光电流；当此半圆形平板光电池绕 自己的圆心轴逆时针旋转一个角度^时，其受光照的面积可表示为S-^^2，则此时输出光电流大小为/=^5'=《_^_;^2 (2)360。由式(1)、 (2)知，下式成立/ =XS = 360° = ^ ① /M —180。由(3)式可以看出M-180'W仏只要测出光电流/、 /'的大小， 就可以计算出0的大小；假如半圆形平板光电池形状足够规则精细， 那么^测量精度就完全依赖于输出光电流/、 /'的细分程度，也就是 取决于我们使用多高分辨率的A/D转换器，只要有高分辨率的A/D 转换器，就能得到^足够高的测量精度；当此平板半圆形光电池继续 移动A0时，与AP对应的光电流的变化量A/的值可以测量出来，由 A3 = 1S0'A///，可以将光电流的变化量A/所对应的角位移M精确的测量出来。(2)直线位移测量的原理如图2所示，一块矩形光电池，长"宽 它的长宽精确可知，那么其面积S-"6;当其完全放置在光照区 域内接受垂直光照时，其输出光电流大小可以表示为/ =《5 =《。6 (f 为常数)；现将其水平放置在光照区域内，其长度方向长为x的一部 分处于左侧光照区域，则受光照面积S'-W，那么此时输出光电流大 小为/' = W = ,当其沿水平方向往矩形光照区域缓慢移动一个位 移Ax后，其受光照射的面积为S、0c + Ax)6，输出光电流的大小变为 /=XS'=X(;c + Ax)6，则此时下列关系式成立<formula>formula see original document page 6</formula>由式(6)可知，Ax=aA/〃，这里将直线位移之差与一标准已知 量(标尺)的比转化为光电流之差与一标定光电流的比；由于平板光 电池的长度"精确可知，所以它的位移Ax的精度取决于光电流/和移 动前后光电流大小之差A/的测量精度即细分程度，只要选择分辨率足 够高的A/D转换器量化细分光电池输出的模拟电信号，就可以得到足 够精度的直线位移测量值。-本专利技术在空间位移与光电池输出光电流的大小之间建立一一对 应关系，将传统栅式位移传感器中采用机械刻线对空间进行细分的方 法转换为采用高分辨率A/D转换器对光电池输出的电信号进行数字 量化细分的方法，其中的角位移测量方法是将一些传统位移传感器中的利用圆分度测量角位移的方法转换为半圆分度测量角位移的方法，测量方法简单，测量精度高。附图说明图l为角位移测量原理图。图2为直线位移测量原理图。图中l平板半圆形光电池，2圆心轴，3光照区域，4矩形平板 光电池，5光照区域。 具体实施例方式如图1所示，有一平面区域，左侧为光照区域，右侧无光照，光 照区域与非光照区域之间的分界线是一界限分明的直线；将一块规则 的平板半圆形光电池1放置在此平面区域，其圆心轴2在光照区域3 与非光照区域的分界线上，且界限分明；光照区域3的面积足够大， 可以完全覆盖半圆形光电池1;当半圆形光电池1绕其圆心轴2平稳 的旋转时，其受光照的面积是一个圆心角不断变化的扇形，转动角位 移的大小与扇形的面积成正比；根据光电池的输出光电流的大小与受 光照面积成正比的性质，光电池上输出的光电流A/与角位移^成正 比；半圆形光电池1的圆心角精确可知为180'，其输出的最大光电流 为/， /和A/转换为相应的电压，经高分辨率的A/D转换器测量后，通 过计算^=180'^///，可以把光电池转过的位移精确测量出来。如图2所示，在与上述相同的平面区域内，有一规则的矩形平板 光电池4，其长"宽6均精确可知，当矩形平板光电池4平稳的在光 照区域5中进出时，矩形平板光电式4上就会输出与其直线位移变化量成正比的光电流W，将其大小与矩形平板光电池4上输出的最大光 电流/比较，再引入矩形平板光电池4的精确可知的长度"，/和A/转 换为相应的电压，经高分辨率的A/D转换器测量后，再由Ax-aA/〃， 就可以测得直线位移的大小。权利要求1.，其特征在于该测量方法根据光电池输出光电流的大小与受光照面积成正比的性质，在空间位移与光电池输出光电流的大小之间建立一一对应的关系，使对空间位移的测量转化为高分辨率A/D转换器对光电池输出的光电流进行数字量化细分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量位移的方法，其特征在于：该测量方法根据光电池输出光电流的大小与受光照面积成正比的性质，在空间位移与光电池输出光电流的大小之间建立一一对应的关系，使对空间位移的测量转化为高分辨率Ａ／Ｄ转换器对光电池输出的光电流进行数字量化细分的测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐君，
申请(专利权)人：徐君，
类型：发明
国别省市：32[]