一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，包括一個(gè)半導(dǎo)體激光器，三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，被測(cè)面，一個(gè)反射鏡，一個(gè)分光鏡，兩個(gè)光電探測(cè)器和電路部分，所述的光電探測(cè)器a與光學(xué)系統(tǒng)c連接并位于中部，半導(dǎo)體激光器與光學(xué)系統(tǒng)a連接，位于光電探測(cè)器a與光學(xué)系統(tǒng)c的一側(cè)，光電探測(cè)器b與光學(xué)系統(tǒng)b連接，位于光電探測(cè)器a與光學(xué)系統(tǒng)c的另一側(cè)，所述被測(cè)面位于反射鏡下方。其能同時(shí)測(cè)試被測(cè)物的位移和傾角變化，便于分析位移和傾角的相關(guān)性，結(jié)構(gòu)緊湊，減少一次取放，提高了測(cè)試效率。
【專利說(shuō)明】一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，廣泛應(yīng)用于測(cè)量VCM馬達(dá)運(yùn)動(dòng)和其他鏡面反射面的位移變化和傾角變化的位移測(cè)試功能和傾角測(cè)試功能是分離的，分別由兩臺(tái)儀器實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需提供兩套儀器安裝機(jī)構(gòu)和被測(cè)物裝卡結(jié)構(gòu)，做兩次取放才能完成同一個(gè)物體的位移和角度測(cè)量。兩次測(cè)試的不同步性和裝卡環(huán)境的改變均會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，進(jìn)而影響分析同一運(yùn)動(dòng)過(guò)程中位移和傾角的相關(guān)性，最終影響被測(cè)物的性能分析和評(píng)價(jià)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能同時(shí)測(cè)試被測(cè)物的位移和傾角變化，便于分析位移和傾角的相關(guān)性的位移和傾角一體化測(cè)試儀器。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，它包括光路部分和電路部分。光路部分包括激光器，3個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，被測(cè)面，反射鏡，分光鏡，2個(gè)光電探測(cè)器；所述的光電探測(cè)器a與光學(xué)系統(tǒng)c連接并位于中部，半導(dǎo)體激光器與光學(xué)系統(tǒng)a連接，位于光電探測(cè)器a與光學(xué)系統(tǒng)c的一側(cè)，光電探測(cè)器b與光學(xué)系統(tǒng)b連接，位于光電探測(cè)器a與光學(xué)系統(tǒng)c的另一側(cè)，所述反射平面位于反射鏡下方。所述的一個(gè)激光器、三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)、被測(cè)面、一個(gè)反射鏡、一個(gè)分光鏡、兩個(gè)光電探測(cè)器分別固定有底座。所述的底座安裝于同一塊光學(xué)平面底板上。
[0005]電路部分包括:與光電探測(cè)器連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊、除法模塊和濾波單元，最后輸出與光斑位置成線性關(guān)系的電信號(hào)，以便做進(jìn)一步的監(jiān)控和處理。
[0006]本發(fā)明的激光器采用650nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器，所述的光電探測(cè)器使用位置傳感器件PSD (Position Sensitive Detector),所述的光學(xué)系統(tǒng)a是把激光束聚焦于被測(cè)面的一點(diǎn)的透鏡，所述的光學(xué)系統(tǒng)b是把會(huì)聚于被測(cè)面上的激光點(diǎn)成像到光電探測(cè)器b的感光表面的消像差透鏡，所述的光學(xué)系統(tǒng)c是把激光束聚焦到焦平面即光電探測(cè)器a的感光面的透鏡。光源激光器發(fā)出的光通過(guò)透鏡進(jìn)行聚光，并照射到物體上。物體發(fā)出的反射光通過(guò)受光透鏡集中到位置檢測(cè)元件即光電探測(cè)器上。如果物體的位置距離和傾角發(fā)生變化，則光束在兩個(gè)光電探測(cè)器件上的成像位置也不同，兩個(gè)光電探測(cè)器的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化。利用這一特性將該相對(duì)距離的相對(duì)變化檢測(cè)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于傾角和位移的測(cè)量。光電探測(cè)器PSD具有高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)速度快和配置電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理是基于橫向光電效應(yīng)，是一種光能與位置的轉(zhuǎn)換器件，由于位置量為模擬量輸出，系統(tǒng)響應(yīng)快，分辨率高，成本低，可以顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而實(shí)現(xiàn)高速、高精度、抗干擾能力強(qiáng)的位置和角度檢測(cè)。
[0007]本發(fā)明能同時(shí)測(cè)試被測(cè)物的位移和傾角變化，便于分析位移和傾角的相關(guān)性，結(jié)構(gòu)緊湊，減少一次取放，提高了測(cè)試效率。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、不受電磁場(chǎng)影響、可以實(shí)時(shí)的測(cè)量和調(diào)整精度，穩(wěn)定性好，不受溫度變化的影響，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例描述本發(fā)明【具體實(shí)施方式】。如圖1所示，本發(fā)明包括一個(gè)激光器1，三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)4、5、7，被測(cè)面10，一個(gè)反射鏡8，一個(gè)分光鏡6，兩個(gè)光電探測(cè)器2、3，和電路部分，所述的光電探測(cè)器2與光學(xué)系統(tǒng)7連接并位于中部，半導(dǎo)體激光器I與光學(xué)系統(tǒng)4連接，位于光電探測(cè)器2與光學(xué)系統(tǒng)7的一側(cè)，光電探測(cè)器3與光學(xué)系統(tǒng)5連接，位于光電探測(cè)器2與光學(xué)系統(tǒng)7的另一側(cè)，所述被測(cè)面10位于反射鏡8下方。所述的一個(gè)激光器1，三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)4、5、7，被測(cè)面10，一個(gè)反射鏡8，一個(gè)分光鏡6，兩個(gè)光電探測(cè)器2、3分別固定有底座。所述的底座安裝于同一塊光學(xué)平面底板上。所述的光學(xué)系統(tǒng)4是把激光束聚焦于被測(cè)面的一點(diǎn)的透鏡，所述的光學(xué)系統(tǒng)5是把會(huì)聚于被測(cè)面上的激光點(diǎn)成像到光電探測(cè)器3的感光表面的消像差透鏡，所述的光學(xué)系統(tǒng)7是把激光束聚焦到焦平面即光電探測(cè)器2的感光面的透鏡。
[0010]所述的激光器為650nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。從激光器I出射的激光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)4在被測(cè)物的表面10上會(huì)聚為一個(gè)極小的光斑。入射光束在被測(cè)表面10上發(fā)生鏡面反射，反射光束經(jīng)分光鏡被分為兩束:一束在反射鏡上發(fā)生反射，并通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)7在光電探測(cè)器2上形成光斑，進(jìn)而反饋光斑的位置信息；另一束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)5在光電探測(cè)器3上形成光斑，進(jìn)而反饋光斑的位置信息。當(dāng)被測(cè)表面10發(fā)生法線9方向的位移時(shí)，光電探測(cè)器3上的光斑相應(yīng)地也會(huì)發(fā)生位移；當(dāng)被測(cè)面10發(fā)生傾斜時(shí)，光電探測(cè)器2上的光斑也會(huì)發(fā)生位移。當(dāng)光斑在設(shè)計(jì)的兩個(gè)極限位置之間發(fā)生位移時(shí)，光電探測(cè)器3輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大和濾波后得到的兩次電壓的差值與光斑發(fā)生的位移值是一次函數(shù)的關(guān)系，光斑在初始位置時(shí)，光電探測(cè)器3的輸出電壓為Ul，當(dāng)光斑位置發(fā)生位移Λ X時(shí)，電壓值變?yōu)閁2，則U2-Ul=kX Λ X，其中k為常數(shù)，即位移前后光電探測(cè)器3輸出電壓差值除以常數(shù)k即可得出光斑發(fā)生的位移距離；當(dāng)被測(cè)面10在設(shè)計(jì)的兩個(gè)極限角度之間傾斜時(shí)，反射光束會(huì)以兩倍于反射面傾斜角的角度發(fā)生擺動(dòng)，光電探測(cè)器2上的光斑也會(huì)發(fā)生位移，光電探測(cè)器2輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大和濾波后得到的電壓差值做線性運(yùn)算，再除以光學(xué)系統(tǒng)7的焦距，然后做反正切變換，就能得到傾斜角。
[0011]本發(fā)明電路部分包括:與光電探測(cè)器連接的電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊、除法模塊和濾波單元，最后輸出與光斑位置成線性關(guān)系的電信號(hào)，以便做進(jìn)一步的監(jiān)控和處理。
[0012]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
[0013]不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于特定的實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，包括一個(gè)激光器(I )，三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)a、b、c (4、5、7),被測(cè)面(10), —個(gè)反射鏡(8), —個(gè)分光鏡(6),兩個(gè)光電探測(cè)器a、b (2、3)，和電路部分，所述的光電探測(cè)器a (2)與光學(xué)系統(tǒng)c (3)連接并位于中部，半導(dǎo)體激光器(I)與光學(xué)系統(tǒng)a (4)連接，位于光電探測(cè)器a (2)與光學(xué)系統(tǒng)c (7)的一側(cè)，光電探測(cè)器b (3)與光學(xué)系統(tǒng)b (5)連接，位于光電探測(cè)器a (2)與光學(xué)系統(tǒng)c (7)的另一側(cè)，所述被測(cè)面(10)位于反射鏡(8)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，所述的一個(gè)激光器、三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)、被測(cè)面、一個(gè)反射鏡、一個(gè)分光鏡、兩個(gè)光電探測(cè)器分別固定有底座。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，所述的底座安裝于同一塊光學(xué)平面底板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，所述的激光器為650nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，所述的光學(xué)系統(tǒng)a是把激光束聚焦于被測(cè)面的一點(diǎn)的透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，所述的光學(xué)系統(tǒng)b是把會(huì)聚于被測(cè)面上的激光點(diǎn)成像到光電探測(cè)器b的感光表面的消像差透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種位移和傾角一體化測(cè)試儀器，其特征在于，所述的光學(xué)系統(tǒng)c是把激光束聚焦到焦平面即光電探測(cè)器a的感光面的透鏡。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103940341SQ201310024186
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月23日
【發(fā)明者】朱軍平, 陳士釗, 水建忠 申請(qǐng)人:蘇州舜新儀器有限公司