一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器，包括底座、測量軸、螺旋參考器、CCD傳感器、控制器、顯示模塊和手控模塊，所述測量軸豎直設(shè)置在底座中心處，所述螺旋參考器套設(shè)在測量軸上，所述CCD傳感器設(shè)在測量軸內(nèi)，并與控制器連接，所述顯示模塊和手控模塊均設(shè)置在底座上，分別與控制器連接，所述控制器設(shè)在底座內(nèi)；通過手控模塊啟動位移傳感器，螺旋參考器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生位移，CCD傳感器根據(jù)螺旋參考器的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)外界光信號的變化，將光信號的變化轉(zhuǎn)化為電信號后傳遞給控制器，控制器根據(jù)接收到的電信號獲得螺旋參考器的位移變化量，并通過顯示模塊顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有高分辨率，不受現(xiàn)場溫度、電磁場的干擾，安全可靠等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種位移傳感器，尤其是涉及一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前工業(yè)中常用的位移傳感器主要有電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等，其中，機械式、電阻式傳感器只能用于接觸式測量；電容式傳感器可用于無接觸式測量，但量程比較小，精度比較低，無法滿足高精度領(lǐng)域的要求；而電感式傳感器(如LVDT位移傳感器)雖然具有較好的線性度和較大的量程，但測量頻率很低。上述現(xiàn)有傳感器在實際應(yīng)用中均受不同程度的溫度、電磁、機械振動干擾，測量精度低，且大多數(shù)傳感器測量量程有限，存在一定的信號漂移，需要定期重標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中比較好的精確位移測量方法是用光柵尺技術(shù)進(jìn)行測量，光柵尺類位移傳感器具有便于位移信號數(shù)字化、高分辨率、大量程、測量效率高、可靠性好等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用。如中國專利CN203758459U公開一種基于線陣CCD的光柵位移傳感器，它包括殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有發(fā)出光線的光源，在光源的后方設(shè)有固用于將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成平行光的透鏡，在透鏡的后方固設(shè)有光柵縫寬度可變的光柵機構(gòu)，光柵機構(gòu)固后方設(shè)有用于檢測光柵機構(gòu)衍射圖像的線陣CCD模塊，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量精度較高，但沒有對抗干擾方面的考慮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測量精度高、安全可靠性高的基于光學(xué)的高精度位移傳感器。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器，包括底座、測量軸、螺旋參考器、CCD傳感器、控制器、顯示模塊和手控模塊，所述測量軸豎直設(shè)置在底座中心處，所述螺旋參考器套設(shè)在測量軸上，所述CCD傳感器設(shè)在測量軸內(nèi)，并與控制器連接，所述顯示模塊和手控模塊均設(shè)置在底座上，分別與控制器連接，所述控制器設(shè)在底座內(nèi)；
[0007]通過手控模塊啟動位移傳感器，螺旋參考器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生位移，CCD傳感器根據(jù)螺旋參考器的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)外界光信號的變化，將光信號的變化轉(zhuǎn)化為電信號后傳遞給控制器，控制器根據(jù)接收到的電信號獲得螺旋參考器的位移變化量，并通過顯示模塊顯示。
[0008]所述測量軸一端固定在底座上，另一端穿出螺旋參考器，所述CCD傳感器的頂面高度高于螺旋參考器的頂面。
[0009]所述螺旋參考器為中空圓柱體，包括固定部和旋轉(zhuǎn)部，所述固定部固定在底座上，所述旋轉(zhuǎn)部與固定部活動連接。
[0010]所述CCD傳感器為高精度灰度線性CCD傳感器。
[0011]所述顯示模塊包括液晶顯示屏。
[0012]所述手控模塊包括啟停按鍵。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0014]1、控制精度、位移分辨率高。本發(fā)明采用CCD傳感器和螺旋參考器的結(jié)合，位移分辨率高，控制精度高。
[0015]2、安全可靠性高。本發(fā)明測量期間不受任何溫度、電磁場干擾，且不與被測物體接觸，簡單方便、安全可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1、底座，2、測量軸，3、螺旋參考器，4、線性C⑶傳感器，5、控制器，6、顯示屏，
7、手控裝置。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]如圖1-圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器，包括底座1、測量軸2、螺旋參考器3、CXD傳感器4、控制器5、顯示模塊6和手控模塊7，所述測量軸2豎直設(shè)置在底座I中心處，并，所述螺旋參考器3套設(shè)在測量軸2上，所述CXD傳感器4設(shè)在測量軸2內(nèi)，并與控制器5連接，所述顯示模塊6和手控模塊7均設(shè)置在底座I上，分別與控制器5連接，所述控制器5設(shè)在底座I內(nèi)。顯示模塊6包括液晶顯示屏。手控模塊7包括啟停按鍵。
[0021]測量軸2 —端固定在底座I上，另一端穿出螺旋參考器3，所述CXD傳感器4的頂面高度高于螺旋參考器3的頂面。螺旋參考器3為中空圓柱體，包括固定部和旋轉(zhuǎn)部，固定部固定在底座I上，旋轉(zhuǎn)部與固定部活動連接，并套設(shè)在固定部外。
[0022]優(yōu)選地，所述CXD傳感器4為高精度灰度線性CXD傳感器。
[0023]上述位移傳感器的工作原理為:通過手控模塊7啟動位移傳感器，螺旋參考器3旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生位移，CCD傳感器4根據(jù)螺旋參考器3的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)外界光信號的變化，將光信號的變化轉(zhuǎn)化為電信號后傳遞給控制器5，光信號的變化包括光線臨界坐標(biāo)值和臨界點區(qū)域的灰度值的變化，控制器5根據(jù)接收到的電信號獲得螺旋參考器3的位移變化量，并通過顯示模塊6顯示。
[0024]CXD位移分辨率計算方式為:(XD位移分辨率=CXD寬度/ ((XD點數(shù)*(XD灰度階數(shù))，以2700點數(shù)的灰度線性CCD為例，CCD感光區(qū)域長度27mm，每個像素點灰度階數(shù)為256，則測量的位移分辨率為s = 27/ (2700*256) = 39um。因此通過提高CXD點數(shù)和CXD灰度階數(shù)可以提高位移分辨率。由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中包含螺旋參考器，因此本發(fā)明的位移分辨率=CCD位移分辨率/2 π R，其中R為螺旋參考器半徑。帶有螺旋參考器定位的控制精度隨著螺旋參考器的半徑的改變而改變，其位移分辨率可以達(dá)到s = 39/2 π R um。螺旋參考器的半徑越大、螺紋精密度越高，位移分辨率就越高，控制精度亦越高。
[0025]本發(fā)明通過高精度灰度線性CCD傳感器感受外界光信號的變化，將螺旋參考器的位移信號轉(zhuǎn)化為光信號，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號，最終通過處理數(shù)據(jù)提取光線臨界坐標(biāo)值及臨界點灰度值，計算出位移變化量，期間不受任何溫度、電磁場干擾，且不與被測物體接觸，
簡單方便、安全可靠。
[0026]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，如變換光學(xué)傳感器、改變位移發(fā)生裝置等都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明要求保護范圍內(nèi)由所附的權(quán)利要求書及其等效物界。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光學(xué)的高精度位移傳感器，其特征在于:包括底座(I)、測量軸(2)、螺旋參考器(3)、CCD傳感器(4)、控制器(5)、顯示模塊(6)和手控模塊(7)，所述測量軸(2)豎直設(shè)置在底座(I)中心處，所述螺旋參考器(3)套設(shè)在測量軸(2)上，所述CCD傳感器(4)設(shè)在測量軸(2)內(nèi)，并與控制器(5)連接，所述顯示模塊(6)和手控模塊(7)均設(shè)置在底座(I)上，分別與控制器(5)連接，所述控制器(5)設(shè)在底座(I)內(nèi)； 通過手控模塊(7)啟動位移傳感器，螺旋參考器(3)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生位移，CCD傳感器(4)根據(jù)螺旋參考器(3)的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)外界光信號的變化，將光信號的變化轉(zhuǎn)化為電信號后傳遞給控制器(5)，控制器(5)根據(jù)接收到的電信號獲得螺旋參考器(3)的位移變化量，并通過顯示模塊(6)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)的高精度位移傳感器，其特征在于:所述測量軸(2)一端固定在底座(I)上，另一端穿出螺旋參考器(3)，所述CCD傳感器(4)的頂面高度高于螺旋參考器(3)的頂面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)的高精度位移傳感器，其特征在于:所述螺旋參考器(3)為中空圓柱體，包括固定部和旋轉(zhuǎn)部，所述固定部固定在底座(I)上，所述旋轉(zhuǎn)部與固定部活動連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)的高精度位移傳感器，其特征在于:所述CCD傳感器(4)為高精度灰度線性CCD傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)的高精度位移傳感器，其特征在于:所述顯示模塊(6)包括液晶顯示屏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)的高精度位移傳感器，其特征在于:所述手控模塊(7)包括啟停按鍵。
【文檔編號】G01B11/02GK104359409SQ201410710107
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】徐耀良, 周奇聰, 褚世沖, 楊波 申請人:上海電力學(xué)院