專利名稱：測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，特別是測定檢流計式掃描器
(中文的專業(yè)名詞為"振鏡"，一種用于激光束掃描的元件)轉(zhuǎn)軸角度位置的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，探測有限旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)元件的角度位置主要有兩種類型的傳感 器， 一類是電容式位置探測器，電容式位置傳感器雖然探測精度高，線性度好，但是它的體 積大，制作難度大，抗電磁干擾的能力差。另一類是光電式位置傳感器，目前的光電式位置 傳感器都是用發(fā)光元件如紅外發(fā)射管發(fā)出的光束直接照射到光檢測器如硅光電池等(俗 稱為直射式)，通過固定在轉(zhuǎn)軸上的特殊形狀的光遮擋器遮擋一部分光照射在光檢測器上， 當轉(zhuǎn)軸在不同的角度時，分布在不同的位置的光檢測器由于光遮擋器的遮擋受光面積不 同，光檢測器根據(jù)不同受光面積，分別產(chǎn)生不同的線性輸出，依據(jù)這些線性輸出來計算轉(zhuǎn)軸 的角度位置。這種直接照射式的光電位置傳感器存在以下缺陷任何紅外發(fā)射管都有一定 的發(fā)光角度范圍，并且隨著角度的增大和投射距離的增加光強度下降，因而很難做到均勻 廣角光場，這樣在不同的位置上的光檢測器接收到的光強度不同，光檢測器的輸出線性下 降，從而使轉(zhuǎn)軸角度位置的線性度變差。 中國專利公開號CN1297526A，
公開日2001年5月30日。該專利公開了一種確 定可回轉(zhuǎn)元件角度位置的軸向發(fā)光二極管檢測器，文中光電式位置傳感器為直射式光電位 置傳感器，在四個陣列排布光檢測器的上方有一個光源，光源和光檢測器之間有一個蝶形 的遮擋元件，該遮擋元件固定在轉(zhuǎn)軸的一端，當?shù)蔚恼趽踉S著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)或擺動時，使 得兩個光檢測器的受光面加大，另兩個受光面減小，光檢測器對角交叉連接，因此一對光檢 測器的求和輸出增大而另一對光檢測器的求和輸出減小，將這兩對輸出信號進行計算即可 得出轉(zhuǎn)軸所轉(zhuǎn)動的角度。該專利存在的缺點是任何光源都有一定的發(fā)光角度范圍，并且隨 著角度的增大和投射距離的增加光強度下降，因而很難做到均勻廣角光場，這樣在不同的 位置上的光檢測器接收到的光強度不同，光檢測器的輸出線性下降，從而使轉(zhuǎn)軸角度位置 的線性度變差。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測定旋轉(zhuǎn)元件
角度位置的裝置(光電式位置檢測器)，本實用新型利用漫發(fā)射原理能夠精確測定旋轉(zhuǎn)元
件的角度位置，解決了現(xiàn)有位置檢測器中角度位置線性度差的問題，還解決了現(xiàn)有位置檢
測器體積大、制作難度大的問題。
本實用新型采用的技術(shù)方案是 本實用新型提供的測定旋轉(zhuǎn)元件 度位置的裝置(即用于測定旋轉(zhuǎn)元件角度位 置的光電式位置檢測器)，包括 旋轉(zhuǎn)元件；[0008] 光源用于發(fā)射光束； 隨旋轉(zhuǎn)元件同步擺動的漫反射元件用于接收光源發(fā)射的光束，并把接收的光束 漫反射到光檢測器； 光檢測器用于接收漫反射元件漫反射出的光束，并根據(jù)光束的面積大小進行光 電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；以及 輸出裝置對光檢測器送來的電信號進行處理，輸出旋轉(zhuǎn)元件的角度位置信號； 光源、光檢測器和漫反射元件之間的位置關(guān)系滿足使旋轉(zhuǎn)元件在擺動角度范圍 內(nèi)擺動時，漫反射元件漫反射出的光束能夠到達分布在光源兩側(cè)的光檢測器上，且漫反射 元件漫反射到光檢測器的光束面積隨著擺動角度的不同而不同。 所述漫反射元件是由能夠?qū)庠此l(fā)出的光進行漫反射的材料制成的元件，或是 在該元件的反射面上涂上能夠?qū)庠此l(fā)出的光進行漫發(fā)射的物質(zhì)，或是在該元件的反射 面上鍍上能夠?qū)庠此l(fā)出的光進行漫發(fā)射的物質(zhì)。 光源、漫反射元件和光檢測器三者之間的距離在保證角度不變的條件下越近越 好。 進一步地，所述光電位置檢測器還包括支架，所述支架用于固定所述光源和所述 光檢領(lǐng)lj器。 所述漫反射元件通過轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)元件連接。 所述光檢測器所在的平面與所述光源軸線的夾角為5。 200°中的任一值，優(yōu) 選范圍是30。 60° ，最優(yōu)地，該夾角為45。。 進一步地，所述光檢測器為硅光電池，所述漫反射元件是由陶瓷制成的元件。 本實用新型的工作原理是本實用新型的關(guān)鍵是漫反射元件與光源和光檢測器之 間的關(guān)系，必須保證轉(zhuǎn)軸在設(shè)計的擺動角度內(nèi)(±40°的擺動角度范圍，以光檢測器輸出信 號大小相等時漫反射元件所在的角度位置為基準零度)擺動時漫反射元件漫反射出的光 束能夠同時到達分布在光源兩側(cè)的光檢測器上。當漫反射元件隨轉(zhuǎn)軸擺動時，使一個光檢 測器接收的反射光面積大一些，而使另一個光檢測器接收的反射光面積小一些，這樣一個 光檢測器的輸出信號增加，另一個光檢測器的輸出信號減小，這些輸出隨后連接至差動放 大器的相反兩端，最終生成雙向的線性輸出。在本實用新型裝置工作時，光檢測器產(chǎn)生一正 比于總輻射能的電流，此輻射能是指漫反射元件漫反射到光檢測器上的光能，光檢測器的 輸出正比于其接收到的漫反射光的面積，隨漫反射元件的擺動角度不同，光檢測器的受光 面積也不同，光檢測器的最終輸出即可代表轉(zhuǎn)軸的擺動角度。 本實用新型與已有技術(shù)相比具有以下積極效果 (1)本實用新型采用漫發(fā)射原理，調(diào)整光源、光檢測器和漫反射元件三者之間的位 置關(guān)系滿足使旋轉(zhuǎn)元件在設(shè)計的擺動角度內(nèi)(±40°的擺動角度范圍)擺動時，漫反射元 件漫反射出的光束能夠同時到達分布在光源兩側(cè)的光檢測器，且漫反射元件漫反射到光檢 測器的光束面積隨著擺動角度的不同而不同。光源發(fā)出的光束經(jīng)漫反射后光束的光場變得 均勻，因而克服了現(xiàn)有光電位置檢測器中角度位置線性度差的缺點。 (2)本實用新型由于采用漫發(fā)射原理，經(jīng)漫反射后的光對轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向運動 不敏感，所以轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向的跳動并不產(chǎn)生對應(yīng)于轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的等效輸出信號，這樣第 一降低了對裝配精度的要求，第二增強了對徑向和軸向的跳動的抗干擾能力，提高了位置輸出信號的穩(wěn)定性。
(3)本實用新型的裝置主要由光源、漫反射元件和光檢測器組成，結(jié)構(gòu)簡單，制造 成本低，克服了現(xiàn)有位置檢測器組成元件數(shù)多、裝配復雜致使體積大、制作難度大的問題。
(4)本實用新型中光源、漫反射元件和光檢測器這三者之間的距離在保證角度不 變的條件下越近越好，因為越近光的損失越小，所以光檢測器接收的光越強。

圖1為本實用新型實施例一設(shè)有測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置傳感器的掃描器沿轉(zhuǎn)軸 方向的結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖2為圖1沿A-A向的截面圖； 圖3為本實用新型實施例一的支架正視圖； 圖4為本實用新型實施例一的支架后視圖； 圖5為本實用新型實施例一和實施例二的漫發(fā)射元件立體圖； 圖6為本實用新型實施例二設(shè)有測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置傳感器的掃描器沿轉(zhuǎn)軸 方向的結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖7為圖6沿B-B向的截面圖； 圖8為本實用新型實施例二的支架正視圖； 圖9為本實用新型實施例二的支架后視圖。 圖號說明l-光檢測器；2-支架；3_漫反射元件；4_光源；5_轉(zhuǎn)軸；6_軸承；7-殼 體；8-旋轉(zhuǎn)元件；9-光電位置傳感器(又稱光電式位置檢測器)；10-傳感器電路板；ll-角
度限制器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置(即光電式位置檢測 器或光電位置傳感器)作進一步詳細描述。
實施例一 一個光源，兩個光檢測器。
圖1為設(shè)有測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置傳感器的掃描器沿轉(zhuǎn)軸方向的結(jié)構(gòu)剖視圖，其 中沿A-A向的截面圖即是光電式位置檢測器(光電位置傳感器)的截面圖。 如圖2所示，測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置包括旋轉(zhuǎn)元件8、光源4、漫反射元件3、 光檢測器1、支架2(由熱膨脹系數(shù)小的工程塑料制成)和數(shù)據(jù)處理單元(數(shù)據(jù)處理單元是 輸出裝置)。本例中采用一個紅外二極管作為光源；光檢測器采用硅光電池，共有兩個；所 述漫反射元件3由陶瓷材料制成。 各組成部分的連接結(jié)構(gòu)為 光源4:用于發(fā)射光束； 漫反射元件3 :用于接收光源4發(fā)射的光束，并把接收的光束漫反射到光檢測器1， 本例中的漫反射元件為長方形(如圖5所示)，所述漫反射元件3直接固定在轉(zhuǎn)軸5的一 端，所述轉(zhuǎn)軸5的另一端連著旋轉(zhuǎn)元件8 ; 光檢測器l :用于接收漫反射元件3漫反射出的光束，并將光信號轉(zhuǎn)化成電信號； 數(shù)據(jù)處理單元對光檢測器1送來的電信號進行處理，輸出旋轉(zhuǎn)元件的角度位置[0044] 支架2(如圖3、4所示)用于固定所述光源4和所述光檢測器1。光源4和兩個 光檢測器1嵌在該支架的內(nèi)壁上，兩個光檢測器1分布在光源4的兩側(cè)，光檢測器所在的平 面與光源軸線的夾角為45。(經(jīng)試驗，5° 200°中的任一值均可，但取30。 60°中的 任一值時漫反射元件反射到光檢測器的光束強度強，且光場均勻性好，45。時效果最佳)； 所述轉(zhuǎn)軸5位于該支架的中央，所述漫反射元件3能夠在該支架內(nèi)轉(zhuǎn)動(能在±40°的擺 動角度范圍內(nèi)擺動)。 光源4、光檢測器1和漫反射元件3之間的位置關(guān)系滿足使旋轉(zhuǎn)元件8在擺動角
度范圍內(nèi)擺動時，漫反射元件3漫反射出的光束能夠同時到達分布在光源4兩側(cè)的光檢測
器l，且在不同的擺動角度下，漫反射元件漫反射到光檢測器的光束面積不同。 光源4與漫反射元件3之間不加入任何元件，光源4、光檢測器1、漫反射元件3這
三者之間的距離在保證角度不變的條件下越近越好，因為越近光的損失越小，光檢測器接
收的光越強。 實施例二 兩個光源，四個光檢測器。 如圖6、7所示，與實施例一不同的是，本實施例的硅光電池有四個，紅外二極管有 兩個。兩個紅外二極管的軸線在一條直線上，每個光源兩側(cè)的光檢測器所在的平面與該光 源軸線的夾角為60。(經(jīng)試驗，5。 200°中的任一值均可，但取30。 60°中的任一 值時漫反射元件反射到光檢測器的光束強度強，且光場均勻性好，45。時效果最佳，圖中以 60°示出)。光源與漫反射元件之間不加入任何元件，光源發(fā)出的光直射到漫反射元件上再 經(jīng)漫反射元件反射到光檢測器上。光源、光檢測器、漫反射元件這三者之間的距離在保證角 度不變的條件下越近越好，越近光的損失越小，光檢測器接收的光越強。 本說明書未公開的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何形式上的限 制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾， 均仍屬本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)元件(8)；光源(4)用于發(fā)射光束；隨旋轉(zhuǎn)元件(8)同步擺動的漫反射元件(3)用于接收光源(4)發(fā)射的光束，并把接收的光束漫反射到光檢測器(1)；光檢測器(1)用于接收漫反射元件(3)漫反射出的光束，并根據(jù)光束的面積大小進行光電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；以及輸出裝置對光檢測器(1)送來的電信號進行處理，輸出旋轉(zhuǎn)元件的角度位置信號；光源(4)、光檢測器(1)和漫反射元件(3)之間的位置關(guān)系滿足使旋轉(zhuǎn)元件(8)在擺動角度范圍內(nèi)擺動時，漫反射元件(3)漫反射出的光束能夠到達分布在光源(4)兩側(cè)的光檢測器(1)上，且漫反射元件(3)漫反射到光檢測器(1)的光束面積隨著擺動角度的不同而不同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述光電位置 檢測器還包括支架(2)，所述支架(2)用于固定所述光源(4)和所述光檢測器(1)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述漫反射元 件(3)通過轉(zhuǎn)軸(5)與所述旋轉(zhuǎn)元件(8)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述光檢 測器(1)所在的平面與所述光源(4)軸線的夾角為5。 200°中的任一值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述光檢測器 (1)所在的平面與所述光源(4)軸線的夾角為30° 60°中的任一值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述光檢測器 (1)所在的平面與所述光源(4)軸線的夾角為45。。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于 所述光檢測器(1)為硅光電池。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于 所述漫反射元件是由能夠?qū)庠此l(fā)出的光進行漫反射的材料制成的元件，或是在該元件 的反射面上涂上能夠?qū)庠此l(fā)出的光進行漫發(fā)射的物質(zhì)，或是在該元件的反射面上鍍上 能夠?qū)庠此l(fā)出的光進行漫發(fā)射的物質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述漫反射元件(3)是由陶瓷制成的元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 3所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述光源(4)的數(shù)目為一個，所述光檢測器(1)的數(shù)目為兩個。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 3所述的測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，其特征在于所述光源(4)的數(shù)目為兩個，所述光檢測器(1)的數(shù)目為四個，兩個光源(4)的軸線在一條直線上。
專利摘要本實用新型涉及測定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的裝置，包括光源、光檢測器、旋轉(zhuǎn)元件和隨旋轉(zhuǎn)元件同步擺動的漫反射元件，光源、光檢測器和漫反射元件之間的位置關(guān)系滿足使旋轉(zhuǎn)元件在擺動角度范圍內(nèi)擺動時，漫反射元件漫反射出的光束能夠到達分布在光源兩側(cè)的光檢測器上，且漫反射元件漫反射到光檢測器的光束面積隨著擺動角度的不同而不同。光源發(fā)出的光直射到漫反射元件，經(jīng)漫反射元件反射到光檢測器，光檢測器根據(jù)光束的面積大小進行光電轉(zhuǎn)換，最后輸出旋轉(zhuǎn)元件的角度位置信號。本實用新型利用漫反射原理能夠精確測定旋轉(zhuǎn)元件的角度位置，解決了現(xiàn)有位置檢測器中角度位置線性度差的問題，還解決了現(xiàn)有位置檢測器體積大、制作難度大的問題。
文檔編號G01B11/26GK201476771SQ200920167678
公開日2010年5月19日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者鄭明春 申請人:北京世紀桑尼科技有限公司