微位移传感器及位移测量方法技术

本申请涉及一种微位移传感器及位移测量方法。所述微位移传感器包括用于发射探测光束的发射部、用于接收所述发射部发射的探测光束并对所述探测光束准直、色散的探测部、用于接收所述探测部反射的反射光束并分析处理的接收部、对光谱仪信号进行滤波放大处理的信号处理模块、用于判断信号并发出命令的控制器和位移测量结果的显示设备。本申请利用可见光色散反射原理，对待测位移尤其是高温工作环境下的待测位移进行无创实时检测。本申请具有使用方便、便于集成和小型化、灵敏度高的特点。灵敏度高的特点。灵敏度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
微位移传感器及位移测量方法


[0001]本专利技术涉及传感器领域，特别是涉及一种微位移传感器及位移测量方法。

技术介绍

[0002]随着精密和超精密制造业的飞速发展，各行各业对微位移传感器的要求也越来越高。超精密加工技术要求微位移传感器的精度达到亚微米级甚至纳米级。当被测样品表面质量较高或者为镀膜表面时，使用接触式的微位移传感器可能会划伤被测表面。当被测样品为弱刚性、轻软质材料时如尼龙、橡胶，宏观测量力会使接触点弹性变形，对测量结果造成定影响。高速加工技术的机床主轴转速高达万转量级，要求传感器的响应频率较高。测量领域热点问题之一的微小内尺度测量，测量对象的尺寸约为几百微米至几毫米量级，因此传感器必须做小型化，才能完成相应的测量任务。从适应制造业发展需求的角度看，接触式的微位移传感器由于低频响等缺点，无法完成相应的测量任务。同时目前很难实现在高温环境下对位移进行测量，因此高温度环境下的微位移测量方式的研究迫在眉睫。
[0003]现有技术中测量位移的方法很多，基于传统的测量位移的方法有电磁式测量位移，测量工具直接测量等方法，其都为接触式测量，测量工具测量的方法易受主观因素的影响，其次，电磁式测量位移的方法，电磁信号易受干扰，因此我们需要一种非接触测量方法，能够避免人为的主观因素，且测量精度高。
[0004]高温环境下微微位移传感器是测量精度应达到亚微米级别，由于其测量精度需要达到亚微米、甚至纳米级别，且需要满足对物体倾斜、表面纹理等不敏感的条件，同时要求传感器具有抗高温的能力。因此其迅速成为当前研究的热点。为了满足目前高温环境下微位移传感器高精度、非接触、高频率和广泛的适应性的重要发展方向，发展高精度的非接触测量方法是解决测量领域许多现存问题的必然途径。
[0005]因此，本申请提出的一种微位移传感器及位移测量方法旨在解决现有技术中存在的诸多问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种微位移传感器，所述微位移传感器包括用于发射探测光束的发射部、用于接收所述发射部发射的探测光束并对所述探测光束准直、色散的并产生反射的探测部和用于接收所述探测部反射的反射光束并分析处理、显示的接收部。该微位移传感器具有非直接接触、灵敏度高、实时性好、功能易于扩充等特点。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种微位移传感器，所述微位移传感器测量精度达到亚微米级别。由于其测量精度达到亚微米、甚至纳米级别，且该微位移传感器对物体倾斜、表面纹理等较为敏感，还具有较强的抗杂散光能力，同时具有抗高温的能力，能够广泛应用于高温环境下薄膜厚度测量、精密定位、精密仪器制造等领域。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种位移测量方法，所述位移测量方法采用如前所述的微位移传感器。其方法基于色散物镜的轴向色差的原理，实现通过接收部的光谱仪对
接收到的光信号进行谱分析并确定中心波长，以此反推被测表面与色散物镜之间的距离，从而实现位移的测量。本方法能够在保持原待测位移及空间环境不变的情况下进行位移检测分析，对环境的要求低。且本方法可在高温环境下使用，弥补了现有技术中的缺点。具有动态监测、结构简单、成本低、灵敏度高、准确度高、实时性好、稳定性好等特点。
[0009]根据本申请的一个方面，提出一种能够实现前述目的和其他目的和优势的微位移传感器，所述微位移传感器包括：
[0010]发射部，所述发射部用于发射探测光束；
[0011]探测部，所述探测部用于接收所述发射部发射的探测光束并对所述探测光束准直、色散，所述经过准直、色散后的探测光束照射在待测位置处并产生反射；
[0012]接收部，所述接收部用于接收所述探测部反射的反射光束并分析处理和结果显示。
[0013]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述发射部包括用于发射探测光束的光源和用于传导探测光束的光纤发射端。
[0014]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述光源采用SMA插口，与Y型光纤直接连接。
[0015]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述发射部的光源构造成发射450nm
‑
650nm的复色光的光源。
[0016]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述探测部包括用于对探测光束进行准直的光纤准直器、用于对探测光束进行色散的色散物镜和用于传导探测光束并进行探测的光纤探测端。
[0017]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述色散物镜用于对所述探测光束线性色散。
[0018]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述色散物镜的物镜玻璃材料采用H
‑
K51、H
‑
ZF2、H
‑
ZF4中的一种或多种的组合。
[0019]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述色散物镜的所述物镜的入瞳孔径为6mm，主波长为550nm，设定波长为450
‑
650nm。
[0020]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述接收部包括用于分析处理所述反射光束的光谱仪和用于接收所述反射光束的光纤接收端。
[0021]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述光谱仪的分辨率为0.01nm。
[0022]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述微位移传感器的精度为1.5％。
[0023]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述光纤发射端、所述光纤探测端和所述光纤接收端构造成Y型光纤。
[0024]根据本申请的第一方面的一些实施方式，所述Y型光纤采用不锈钢材质，所述Y型光纤的光纤发射端、光纤探测端以及光纤接收端的端口处涂敷聚酰亚胺。
[0025]根据本申请的另一个方面，提出一种位移测量方法，所述位移测量方法使用如前所述的微位移传感器进行位移测量，所述位移测量方法包括如下步骤：
[0026]S1：所述微位移传感器的发射部发射出探测光束；
[0027]S2：所述微位移传感器的探测部接收探测光束并对其进行准直、色散,所述经过准直、色散后的探测光束照射在待测位置处并产生反射光束；
[0028]S3：所述微位移传感器的接收部接收所述反射光束并进行分析处理；
[0029]S4：所述微位移传感器的接收部分析处理后的数据传输至外接设备显示测量结果。
附图说明
[0030]以下将结合附图和实施例来对本申请的技术方案作进一步的详细描述。在附图中，除非另有说明，相同的附图标记用于表示相同的部件。其中：
[0031]图1是本申请的微位移传感器的结构示意图；
[0032]图2是本申请的微位移传感器的位移测量原理图。
[0033]附图标记列表：
[0034]1.光源
[0035]2.光纤发射端
[0036]3.光纤探测端
[0037]4.光纤准直器
[0038]5.色散物镜
[0039]6.光纤接收端
[0040]7.光谱仪
[0041]8.信号处理模块
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微位移传感器，其特征在于，所述微位移传感器包括：发射部，所述发射部用于发射探测光束；探测部，所述探测部用于接收所述发射部发射的探测光束并对所述探测光束准直、色散，所述经过准直、色散后的探测光束照射在待测位置处并产生反射；接收部，所述接收部用于接收所述探测部反射的反射光束并分析处理和结果显示。2.根据权利要求1所述的微位移传感器，其特征在于，所述发射部包括用于发射探测光束的光源和用于传导探测光束的光纤发射端。3.根据权利要求2所述的微位移传感器，其特征在于，所述光源采用SMA插口，与Y型光纤发射端直接连接。4.根据权利要求2所述的微位移传感器，其特征在于，所述探测部包括用于对探测光束进行准直的光纤准直器、用于对探测光束进行色散的色散物镜和用于传导探测光束并进行探测的光纤探测端。5.根据权利要求4所述的微位移传感器，其特征在于，所述色散物镜用于对所述探测光束线性色散。6.根据权利要求5所述的微位移传感器，其特征在于，所述色散物镜的物镜玻璃材料采用H
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K51、H
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ZF2、H
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ZF4中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊毅，王徐坚，陈柯雨，赵斌，高秀敏，
申请(专利权)人：浙江洛丁森智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：