專(zhuān)利名稱(chēng)：一種定位用光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種定位用的光學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信號(hào)的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)的裝置。光學(xué)傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的電量信號(hào)，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可以用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)成光量變化的其他電量信號(hào)，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度等。光學(xué)傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此常用于工業(yè)自動(dòng)化裝置的定位系統(tǒng)中?，F(xiàn)有的定位用光學(xué)傳感器主要包括入射窗口、光敏元件和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，當(dāng)光源發(fā)出的光束照射光學(xué)傳感器時(shí)，光束進(jìn)入入射窗口，光敏元件吸收并感應(yīng)整個(gè)入射窗口接收到的光束，并將其轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路再將電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率等可測(cè)的電量信號(hào)，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制。然而，在某些特殊的情況下，例如掘進(jìn)設(shè)備在隧道或巷道內(nèi)掘進(jìn)時(shí)，激光指示儀發(fā)出一束激光，該激光為掘進(jìn)設(shè)備的前進(jìn)提供指示方向；在掘進(jìn)設(shè)備的定位系統(tǒng)中，通過(guò)檢測(cè)激光指示儀發(fā)出的光束照射在定位后的傳感器入射窗口的具體位置，來(lái)確定掘進(jìn)設(shè)備的位姿參數(shù)。然而，由于現(xiàn)有的傳感器定位時(shí)吸收整個(gè)照射到其入射窗口的光束，導(dǎo)致激光指示儀不能參與定位的同時(shí)還為掘進(jìn)機(jī)提供指示方向，因此定位系統(tǒng)就需要另外一個(gè)單獨(dú)的激光發(fā)射器來(lái)發(fā)射用于定位的光束，從而導(dǎo)致掘進(jìn)設(shè)備的定位系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。因此，如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)現(xiàn)有光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)，使得傳感器能夠只吸收一部分進(jìn)入入射窗口的光束進(jìn)行檢測(cè)，而其余部分還可以從傳感器中射出，用以完成其他功能，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員目前急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種定位用光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器在檢測(cè)時(shí)能夠只吸收一部分進(jìn)入入射窗口的光束進(jìn)行檢測(cè)，并將其余部分光束射出傳感器，使其完成其他功能。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種定位用光學(xué)傳感器，包括入射窗口、光敏元件和連接于所述光敏元件輸出端的數(shù)據(jù)處理部件；還包括出射窗口和分光部件，所述分光部件設(shè)于所述入射窗口和所述出射窗口之間，且三者位于一條直線，所述光敏元件設(shè)于所述分光部件的輸出端。優(yōu)選地，所述分光部件為棱鏡。優(yōu)選地，所述分光部件為搭接呈棱鏡形式的兩個(gè)平面鏡。優(yōu)選地，所述分光部件分光后、進(jìn)入所述光敏元件的光束與分光前的光束相互平行，且方向相反。優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)為坐標(biāo)信號(hào)。優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)為視頻信號(hào)。本發(fā)明所提供的定位用光學(xué)傳感器，其包括入射窗口、出射窗口和分光部件，分光部件設(shè)于入射窗口和出射窗口之間，且三者位于一條直線，光敏元件設(shè)于分光部件的輸出端。采用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)光源發(fā)出的光束照射于光學(xué)傳感器的入射窗口時(shí)，光束進(jìn)入光學(xué)傳感器內(nèi)部，分光部件將光束分為兩部分，一部分照射到光學(xué)傳感器的光敏元件，其余部分仍然沿著直線方向照射，并從出射窗口射出；光敏元件感知吸收的光束，并將光束照射在入射窗口的具體位置信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏啃盘?hào)，并將其輸出給數(shù)據(jù)處理部件；數(shù)據(jù)處理部件經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路再將電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為其他可測(cè)量的信號(hào)輸出。由此可見(jiàn)，采用分光部件的光學(xué)傳感器，能夠?qū)⒁徊糠止馐帐蛊鋮⑴c檢測(cè)，其余部分仍然能夠直線射出，以完成其他功能。這滿足了在某些特殊情況下，例如掘進(jìn)設(shè)備掘進(jìn)隧道時(shí)，激光指示儀能實(shí)現(xiàn)發(fā)出的激光既參與定位測(cè)量，同時(shí)還可以為掘進(jìn)設(shè)備提供指示方向的功能。因此，在相應(yīng)的定位系統(tǒng)中，就可以采用無(wú)源設(shè)計(jì)，即不需要單獨(dú)的光源為定位系統(tǒng)提供光束，只需俘獲激光指示儀發(fā)出的光束即可完成定位測(cè)量，同時(shí)又不會(huì)影響到掘進(jìn)設(shè)備的方向指示。


圖1為本發(fā)明所提供光學(xué)傳感器的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的光學(xué)傳感器的坐標(biāo)信號(hào)輸出后的顯示圖。其中，圖1至圖2中的附圖標(biāo)記與部件名稱(chēng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為1入射窗口 ；2分光部件；3出射窗口 ；4光敏元件；5數(shù)據(jù)處理部件；6支撐組件；51輸出接頭。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心為提供一種定位用光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器只吸收一部分進(jìn)入入射窗口的光束進(jìn)行檢測(cè)，而其余部分光束可以從光學(xué)傳感器中射出。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面以掘進(jìn)設(shè)備隧道掘進(jìn)時(shí)的定位系統(tǒng)使用的傳感器為例，結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供光學(xué)傳感器的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。在一種具體的實(shí)施方式中，如圖1所示，本發(fā)明所提供的定位用光學(xué)傳感器，包括入射窗口 1、出射窗口 3、分光部件2、光敏元件4和數(shù)據(jù)處理部件5;入射窗口 1是光束進(jìn)入光學(xué)傳感器的入口 ；出射窗口 3是光束射出光學(xué)傳感器射出的出口 ；分光部件2設(shè)于入射窗口 1和出射窗口 3之間，且三者位于一條直線，分光部件2是傳感器中將吸收的光束進(jìn)行分光的部件；光敏元件4設(shè)于分光部件2的輸出端，它是傳感器中感知光束照射的位置，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)的部件；數(shù)據(jù)處理部件5使將光敏元件4輸出的電量信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為其他可測(cè)量的信號(hào)的部件。采用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)光源發(fā)出的光束照射于光學(xué)傳感器的入射窗口 1時(shí)，光束進(jìn)入光學(xué)傳感器內(nèi)部，分光部件2將光束分為兩部分，一部分照射到光學(xué)傳感器的光敏元件4， 其余部分仍然沿著直線方向照射，并從出射窗口 3射出；光敏元件4感知吸收的光束，并將光束照射在入射窗口 1的具體位置信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏啃盘?hào)，并將其輸出給數(shù)據(jù)處理部件5 ；數(shù)據(jù)處理部件5經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路再將電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為其他可測(cè)量的信號(hào)輸出。由此可見(jiàn)，采用分光部件2的光學(xué)傳感器，能夠?qū)⒁徊糠止馐帐蛊鋮⑴c檢測(cè)， 其余部分仍然能夠直線射出，以完成其他功能。這滿足了在某些特殊情況下，例如掘進(jìn)設(shè)備掘進(jìn)隧道時(shí)，激光指示儀能實(shí)現(xiàn)發(fā)出的激光既參與定位測(cè)量，同時(shí)還可以為掘進(jìn)設(shè)備提供指示方向的功能。因此，在相應(yīng)的定位系統(tǒng)中，就可以采用無(wú)源設(shè)計(jì)，即不需要單獨(dú)的光源為定位系統(tǒng)提供光束，只需俘獲激光指示儀發(fā)出的光束即可完成定位測(cè)量，同時(shí)又不會(huì)影響到掘進(jìn)設(shè)備的方向指示。需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例中并未限定分光部件2具體為何種結(jié)構(gòu)，也并未限定上述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)為何種信號(hào)，事實(shí)上，凡是包括分光部件2、出射窗口 3的光學(xué)傳感器均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。還可以進(jìn)一步設(shè)置上述分光部件2的具體結(jié)構(gòu)形式。在另一種具體的實(shí)施方式中，上述分光部件2可以為棱鏡。棱鏡是由透明材料(如玻璃、水晶等)做成的多面體，在光學(xué)儀器中應(yīng)用廣泛。采用棱鏡的分光部件2，能夠?qū)崿F(xiàn)分光的功能，使得光束的一部分進(jìn)入傳感器內(nèi)部參與測(cè)量，其余部分從出射窗口 3射出。當(dāng)然，上述實(shí)施例中的分光部件2還可以采用其他的結(jié)構(gòu)形式，例如可以將分光部件2設(shè)置為搭接呈棱鏡形式的兩個(gè)平面鏡，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)分光的功能。還可以進(jìn)一步設(shè)置上述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)的具體形式。請(qǐng)參考圖2，圖2為圖1中的光學(xué)傳感器的坐標(biāo)信號(hào)輸出后的顯示圖。在另一種具體的實(shí)施方式中，上述光敏元件4感知光束照射在入射窗口 1的具體位置，并將該信息轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)輸出給數(shù)據(jù)處理部件5后，數(shù)據(jù)處理部件5可以將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信號(hào)，如圖2所示，圖中χ軸表示橫軸，y軸表示縱軸，十字光標(biāo)代表光束照射在光學(xué)傳感器的具體位置。這樣，操作人員可以準(zhǔn)確地看出光束位置距離原點(diǎn)的水平偏移距離和豎直偏移距離，從而更加準(zhǔn)確地得出掘進(jìn)設(shè)備當(dāng)前位姿參數(shù)。當(dāng)然，上述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)并不限于坐標(biāo)信號(hào)，還可以為多種其他形式的信號(hào)，例如還可以為視頻信號(hào)，即用光纖或者電纜將激光束照射在光學(xué)傳感器入射窗口 1 的位置直接傳輸給終端顯示設(shè)備，這樣，操作人員可以更加直觀地看出激光束照射在入射窗口的原始位置，從而方便后續(xù)掘進(jìn)設(shè)備位姿參數(shù)的計(jì)算。除此之外，上述傳感器的輸出信號(hào)還可以為電流、電壓、頻率等電信號(hào)。還可以進(jìn)一步設(shè)置上述光學(xué)傳感器的其他結(jié)構(gòu)。在另一種具體的實(shí)施方式中，如圖1所示，上述分光部件2分光后、進(jìn)入光敏元件4 的光束與分光前的光束相互平行，且方向相反。采用這樣的結(jié)構(gòu)，在設(shè)置光學(xué)傳感器的總體布局時(shí)，可以將光敏元件4設(shè)置于分光部件2的下方的右側(cè)，而將數(shù)據(jù)處理部件5設(shè)置于光敏元件4的上方、分光前的光束和分光后的光束之間，這樣，光學(xué)傳感器的整體布局緊湊， 位置合理，能夠進(jìn)一步減小光學(xué)傳感器的支撐組件6的尺寸，達(dá)到節(jié)省空間、節(jié)約成本的效果。當(dāng)然，經(jīng)上述分光部件2的分光前、后的光束的方向可以為其他方向，光學(xué)傳感器的布局也并不限于上述設(shè)置，還可以為多種其他方式的設(shè)置。
需要說(shuō)明的是，上述具體實(shí)施方式
中“相互平行”和“方向相反”指的是大致平行、 大致相反，事實(shí)上有一定角度的折射角度。還可以進(jìn)一步設(shè)置上述光學(xué)傳感器的數(shù)據(jù)處理部件5的具體結(jié)構(gòu)形式。在另一種具體的實(shí)施方式中，上述數(shù)據(jù)處理部件5的輸出接頭51還可以負(fù)責(zé)給光學(xué)傳感器的內(nèi)部電氣元件供電，即同時(shí)為光學(xué)傳感器的電源接頭。采用將輸出接頭51和電源接頭集成的結(jié)構(gòu)，能夠在實(shí)現(xiàn)同樣功能的情況下，精簡(jiǎn)光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減少光學(xué)傳感器的成本。需要說(shuō)明的是，本文僅以掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行隧道挖掘時(shí)的定位系統(tǒng)使用的傳感器為例，說(shuō)明了本發(fā)明所提供定位用光學(xué)傳感器的技術(shù)效果，事實(shí)上，本發(fā)明所提供的光學(xué)傳感器并不限于掘進(jìn)設(shè)備的定位，而適用于任何一種需要無(wú)源設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)中。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種定位用光學(xué)傳感器進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種定位用光學(xué)傳感器，包括入射窗口(1)、光敏元件(4)和連接于所述光敏元件 (4)輸出端的數(shù)據(jù)處理部件(5)；其特征在于，還包括出射窗口( 和分光部件0)，所述分光部件(2)設(shè)于所述入射窗口(1)和所述出射窗口(3)之間，且三者位于一條直線，所述光敏元件(4)設(shè)于所述分光部件O)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述分光部件( 為棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述分光部件( 為搭接呈棱鏡形式的兩個(gè)平面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述分光部件( 分光后、進(jìn)入所述光敏元件(4)的光束與分光前的光束相互平行，且方向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)為坐標(biāo)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器，其特征在于，所述光學(xué)傳感器的輸出信號(hào)為視頻信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種定位用光學(xué)傳感器，包括入射窗口(1)、光敏元件(4)和連接于所述光敏元件(4)輸出端的數(shù)據(jù)處理部件(5)；還包括出射窗口(3)和分光部件(2)，所述分光部件(2)設(shè)于所述入射窗口(1)和所述出射窗口(3)之間，且三者位于一條直線，所述光敏元件(4)設(shè)于所述分光部件(2)的輸出端。采用這種結(jié)構(gòu)的光學(xué)傳感器，具有分光的功能，能夠?qū)⒁徊糠止馐帐蛊鋮⑴c檢測(cè)，其余部分仍然能夠直線射出，以完成其他功能。
文檔編號(hào)G01D5/32GK102261925SQ201110101339
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者劉長(zhǎng)濤, 巴茵, 龍日升 申請(qǐng)人:三一重型裝備有限公司