基于光电探测器阵列的位移传感器及其测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于光电探测器阵列的位移传感器及其测量方法，该位移传感器包括：反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使其沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；光偏转器一，用于使接收到的激光束的入射角度在设定角度区间内偏转；光电探测器一阵列，包括多个光电探测器一，多个光电探测器一之间间隔设置，光电探测器一用于接收经光偏转器一偏转后的激光束；处理系统，用于根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。本发明专利技术可以提高位移传感器的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于光电探测器阵列的位移传感器及其测量方法
本专利技术涉及测量
，特别涉及一种基于光电探测器阵列的位移传感器及其测量方法。
技术介绍
基于光学三角放大法的位移测量新原理，是在光学三角放大法的基础上，结合三角波光学器件与高精度光电三极管(PositionSeitiveDevice，位置灵敏探测器，也称光电探测器)实现的。如图4所示的一种位移传感器，利用光偏转器使反射激光束发生偏转，且在一个偏转周期内两次被接收产生时间差，随着移动的进行，一个光电探测器接收到反射激光束的时间差变大，而另一个电探测器接收到反射激光束的时间差变小，根据时间差及偏转角度即可测算出位移量。该结构通过两个光电探测器的时间测量结果实现了差分放大测量，但是该方案中存在非线性误差，且对时间的均匀性要求也较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以提高测量精度的基于光电探测器阵列的位移传感器，以降低非线性误差的影响，进一步提高测量精度。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种基于光电探测器阵列的位移传感器，包括：三角波反射镜，包括第一反射面和第二反射面；激光束一，入射至三角波反射镜的第一反射面；反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；光偏转器一，用于使三角波反射镜的第二反射面反射的激光束的入射角度在设定角度区间内偏转；光电探测器一阵列，包括多个光电探测器一，多个光电探测器一之间间隔设置，光电探测器一用于接收经光偏转器一偏转后的激光束；处理系统，用于根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。更优化的方案中，每相邻两个光电探测器一之间的间距相等。通过设置光电探测器一等间距分布，可以避免测算每两个光电探测器之间的间距，简化计算过程，同时也降低运算量。作为一种可实施方式，所述三角波反射镜的第一反射面和第二反射面分别与水平面的夹角为150度，激光束一入射至第一反射面的入射角为30度，反射镜一平行于第一反射面。优选的，上述一种基于光电探测器阵列的位移传感器还包括：激光束二，入射至三角波反射镜的第一反射面，且激光束一与激光束二分别在第一反射面的初始入射点位置不同；反射镜二，用于接收激光束二被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束二入射至同一个第一反射面的测量过程中沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；光偏转器二，用于使三角波反射镜的第二反射面反射的激光束的入射角度在设定角度区间内偏转；光电探测器二阵列，包括多个光电探测器二，多个光电探测器二之间间隔设置，光电探测器二用于接收经光偏转器二偏转后的激光束；所述处理系统具体用于，根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值；或者，根据光电探测器二接收到激光束的时间、光电探测器二与光偏转器二的垂直距离、光电探测器二之间的间距、及光偏转器二的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。更优化的方案中，每相邻两个光电探测器二之间的间距相等。利用上述基于光电探测器阵列的位移传感器进行位移测量的方法，包括以下步骤：步骤一，将被测物体固定在三角波反射镜或测头上；步骤二，调整激光束一、三角波反射镜、反射镜一、光偏转器一、光电探测器一、光电探测器二的位置关系，使得反射镜一接收到激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面，且多个光电探测器一在光偏转器一的偏转区间内；步骤三，启动光偏转器一旋转，发射激光束一，所述激光束一先后经过所述三角波反射镜的第一反射面、反射镜一、三角波反射镜的第二反射面后,被光电探测器一探测到激光束，并记录探测到激光束的时间；步骤四，被测物体位移，在位移过程中，分别记录各个光电探测器一探测到激光束的时间；步骤五，处理系统根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于光电探测器阵列的位移传感器，光偏转器由电压信号控制角度调整，当前T0时刻入射至其中一个光电探测器，此时角度偏转的角度大小a可以确定，下一时刻T1入射至下一个光电探测器，其角度偏转的角度大小b也可以确定。根据角度a和角度b可以确定出两个光电探测器的测量距离，而两个光电探测器理论距离(位置间隔)是已知的，理论距离减去测量距离就是被测物体在T1-T0时间段的实际位移量。本专利技术通过两个光电探测器现后接收到激光束的时间差实现位移测量，通过高精度的时间计量可以实现高精度的位移测量，将位移测量转变为时间测量，更容易实现比传统位移测量传感器更高精度的位移测量，而且通过光电探测器阵列的方式可以减小非线性误差的影响，继而进一步提高测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。图1所示为实施例1提供的一种结构的基于光电探测器阵列的位移传感器的测量原理示意图。图2所示为测量原理示意图。图3所示为实施例2提供的另一种结构的基于光电探测器阵列的位移传感器的测量原理示意图。图4为本专利技术所针对的现有技术中的一种位移传感器的测量原理示意图。图中标号说明：激光源一1，激光源二2，激光束一3，激光束二4，三角波反射镜5，壳体6，光电探测器一7，反射镜一9，光偏转器一10，反射镜二11，光偏转器二12，光电探测器二13；第一反射面51，第二反射面52。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例1请参阅图1，本实施例中提供了一种基于光电探测器阵列的位移传感器，包括激光源一1、三角波反射镜5、反射镜一9、光电探测器一阵列，其中，三角波反射镜5包括多个反射面，为了便于理解，本文中将用于接收激光源一(或二)发射的激光束的反射面定义为第一反射面，将用于接收反射镜一(或二)反射的激光束的反射面定义为第二反射面。其中，光电探测器一阵列由多个光电探测器一7组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，包括：/n三角波反射镜，包括第一反射面和第二反射面；/n激光束一，入射至三角波反射镜的第一反射面；/n反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；/n光偏转器一，用于使三角波反射镜的第二反射面反射的激光束的入射角度在设定角度区间内偏转；/n光电探测器一阵列，包括多个光电探测器一，多个光电探测器一之间间隔设置，光电探测器一用于接收经光偏转器一偏转后的激光束；/n处理系统，用于根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，包括：
三角波反射镜，包括第一反射面和第二反射面；
激光束一，入射至三角波反射镜的第一反射面；
反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；
光偏转器一，用于使三角波反射镜的第二反射面反射的激光束的入射角度在设定角度区间内偏转；
光电探测器一阵列，包括多个光电探测器一，多个光电探测器一之间间隔设置，光电探测器一用于接收经光偏转器一偏转后的激光束；
处理系统，用于根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。


2.根据权利要求1所述的一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，每相邻两个光电探测器一之间的间距相等。


3.根据权利要求1所述的一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，反射镜一平行于第一反射面，同时平行于第二反射面，激光束一与第一反射面的锐角夹角等于两倍第一反射面与水平面的夹角。


4.根据权利要求1所述的一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，还包括壳体，激光束一由激光源一发射得到，激光源一、反射镜一、光电探测器一均固定设置于壳体内，组成测头。


5.根据权利要求1-4任一所述的基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，还包括：
激光束二，入射至三角波反射镜的第一反射面，且激光束一与激光束二分别在第一反射面的初始入射点位置不同；
反射镜二，用于接收激光束二被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束二入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；
光偏转器二，用于使三角波反射镜的第二反射面反射的激光束的入射角度在设定角度区间内偏转；
光电探测器二阵列，包括多个光电探测器二，多个光电探测器二之间间隔设置，光电探测器二用于接收经光偏转器二偏转后的激光束；
所述处理系统具体用于，根据光电探测器一接收到激光束的时间、光电探测器一与光偏转器一的垂直距离、光电探测器一之间的间距、及光偏转器一的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值；或者，根据光电探测器二接收到激光束的时间、光电探测器二与光偏转器二的垂直距离、光电探测器二之间的间距、及光偏转器二的偏转速度，计算出被测物体的位移变化值。


6.根据权利要求5所述的一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，每相邻两个光电探测器二之间的间距相等。


7.根据权利要求5所述的一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，激光束一和激光束二分别入射至三角波反射镜的两个不同的第一反射面。


8.根据权利要求5所述的一种基于光电探测器阵列的位移传感器，其特征在于，还包括两个壳体，所述激光束一和激光束二分别通过激光源一、激光源二发射得到，激光源一、反射镜一、光偏转器一、光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张白，高峰，高洋，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64