一種新型對稱式小量程位移傳感器及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型對稱式小量程位移傳感器及測量方法，包括激光束、固定反射鏡、移動反射鏡、雙反射鏡、光電探測器和處理系統(tǒng)。運用該傳感器，激光束被分為兩束并分別反射到對應(yīng)一側(cè)的光電探測器上一個位置，改變固定反射鏡和移動反射鏡的間距，即會改變激光束的反射路徑，最終照射到對應(yīng)的光電探測器上另一個位置，處理系統(tǒng)根據(jù)這兩組不同的兩個位置計算得到兩組探測距離值，這兩組探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固定反射鏡和移動反射鏡間距的真實改變值，處理系統(tǒng)能夠通過這兩組探測距離值的平均值來計算出固定反射鏡和移動反射鏡間距的真實改變值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移連續(xù)變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實現(xiàn)批量制造。
【專利說明】
一種新型對稱式小量程位移傳感器及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種精密測量技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種新型對稱式小量程位移傳感器及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]位移傳感器是一種常用的幾何量傳感器，在航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、機械制造以及軍事科學(xué)等很多領(lǐng)域中都有廣泛的使用。位移的測量方式有很多種，較小位移(如小于Icm)通常用應(yīng)變式、電感式、差動變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來檢測，較大的位移(如大于Icm)常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來測量。其中光柵傳感器因具有易實現(xiàn)數(shù)字化、精度高(目前分辨率最高的可達(dá)到納米級)、抗干擾能力強、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點，在機床加工、檢測儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
[0003]光柵式傳感器指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃尺或金屬尺上密集等間距平行的刻線，刻線密度為10?100線/毫米。由光柵形成的疊柵條紋具有光學(xué)放大作用和誤差平均效應(yīng)，因而能提高測量精度。
[0004]光柵傳感器由于光刻工藝的物理結(jié)構(gòu)限制，造成其測量精度很難再有提升，無法滿足越來越高的測量精度的需求，迫切需要開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單，精度更高的傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的現(xiàn)有光柵傳感器由于光刻工藝的物理結(jié)構(gòu)限制，造成其測量精度很難再有提升，無法滿足越來越高的測量精度的需求上述不足，提供一種新型對稱式小量程位移傳感器及測量方法，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移連續(xù)變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實現(xiàn)批量制造。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0007]—種新型對稱式小量程位移傳感器，包括平行設(shè)置且間距可調(diào)的固定反射鏡和移動反射鏡以及處理系統(tǒng)，所述固定反射鏡和移動反射鏡兩端對稱設(shè)置兩個光電探測器，所述固定反射鏡和移動反射鏡之間設(shè)有雙反射鏡，所述固定反射鏡上設(shè)有通孔，穿過所述通孔的一束激光束入射到所述雙反射鏡，被所述雙反射鏡反射后分離為兩束所述激光束，兩束所述激光束入射到所述固定反射鏡上，經(jīng)過所述固定反射鏡和移動反射鏡交替反射后，分別出射到對應(yīng)一側(cè)所述光電探測器上被感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)用于處理每個所述光電探測器接收到對應(yīng)的所述激光束的位置信息。
[0008]其中，所述雙反射鏡采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，即有兩個反射鏡(主鏡、次鏡)組成。
[0009]采用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，所述激光束被所述雙反射鏡反射后分為兩束激光束并分別反射到對應(yīng)一側(cè)的所述光電探測器上一個位置，改變所述固定反射鏡和移動反射鏡的間距，即會改變所述激光束的反射路徑，最終照射到對應(yīng)的所述光電探測器上另一個位置，所述處理系統(tǒng)根據(jù)這兩組不同的兩個位置計算得到兩組探測距離值，這兩組探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡和移動反射鏡間距的真實改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這兩組探測距離值計算出所述移動反射鏡的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移連續(xù)變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實現(xiàn)批量制造。
[0010]優(yōu)選地，所述位移傳感器的量程為o-lum。
[0011 ]優(yōu)選地，所述移動反射鏡連接被測物體，移動所述被測物體，帶動所述移動反射鏡，改變了兩束所述激光束的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述移動反射鏡位移前后每束所述激光束分別在對應(yīng)的所述光電探測器上的兩個感應(yīng)位置的間距，計算出所述移動反射鏡的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值。
[0012]優(yōu)選地，所述光電探測器采用的是一種對光點位置敏感的光電器件，可以測出光點的一維坐標(biāo)的長方形器件。比如，光電探測器可選擇一維線性光電探測器(簡稱一維PSD)，也可選擇成二維平面光電探測器(簡稱二維PSD)。
[0013]優(yōu)選地，所述位移傳感器還包括用于發(fā)射所述激光束的激光源，所述激光源位于所述固定反射鏡一側(cè)。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，還包括殼體，所述激光源、固定反射鏡、移動反射鏡、雙反射鏡和兩個光電探測器均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭，所述讀數(shù)頭設(shè)有安裝孔或粘貼件。
[0015]采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述讀數(shù)頭便于與所述被測物體或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝。
[0016]優(yōu)選地，所述移動反射鏡連接至少一個連接件，所述連接件為剛性件，所述連接件伸出所述讀數(shù)頭外部。
[0017]優(yōu)選地，所述激光源、固定反射鏡、移動反射鏡、雙反射鏡和兩個光電探測器的位置均可調(diào)。
[0018]優(yōu)選地，所述激光束路徑垂直于所述固定反射鏡并穿過所述通孔入射到所述雙反射鏡上。
[0019]本發(fā)明還提供了一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，包括如以上任一所述的新型位移傳感器，其特征在于，其測量方法包括以下步驟:
[0020]a、將所述移動反射鏡連接在被測物體上；
[0021]b、所述激光束穿過所述通孔入射到所述雙反射鏡上，形成兩束相離的所述激光束，每束所述激光束分別入射到所述固定反射鏡上，假設(shè)兩束所述激光束的入射角分別為Θ和γ，每束所述激光束經(jīng)過所述固定反射鏡和移動反射鏡的連續(xù)反射后照射到對應(yīng)的所述光電探測器上位置一；
[0022]c、移動所述被測物體，帶動所述移動反射鏡，位移量值為X，同時對應(yīng)的所述激光束的反射路徑變化，所述被測物體停止移動時，對應(yīng)的所述激光束入射到對應(yīng)的所述光電探測器上位置二；
[0023]d、所述處理系統(tǒng)根據(jù)兩組所述位置一和位置二的間距值Y和V的值，計算出所述移動反射鏡的兩組對應(yīng)的位移量值X和f的值并取平均值，即得到所述被測物體的位移量值X的值。
[0024]采用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，所述移動反射鏡連接所述被測物體，其余部件的位置關(guān)系保持不變，一束所述激光束入射在所述雙反射鏡上被分為兩束所述激光束，然后兩束所述激光束通過多次反射分別照射到對應(yīng)的所述光電探測器上位置一，移動所述被測物體得到所述位移量值X，每束所述激光束的反射路徑變化，所述被測物體停止移動時，每束所述激光束照射到對應(yīng)的所述光電探測器上位置二，所述處理系統(tǒng)根據(jù)兩組不同的兩個所述位置一和位置二的所述間距值Y和Y'的值，計算得到所述被測物體的兩組所述位移量值X的值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值，同時在所述步驟C中，所述激光束的反射路徑在所述光電探測器上連續(xù)來回掃動，所述光電探測器探測到掃動區(qū)間，所述被測物體停止移動時，即便位移前后所述激光束照射到所述光電探測器上的出射光束平行，所述處理系統(tǒng)依舊能夠根據(jù)所述光電探測器探測到的所述掃動區(qū)間，計算出所述移動反射鏡的所述位移量值X的值，即所述被測物體的所述位移量值X的值，該測量方法簡單、可靠，操作方便，并且能夠提高位移測量精度，可用于對所述被測物體位移一次性變化或連續(xù)增量式位移變化的測量。
[0025]優(yōu)選地，在所述步驟b或者步驟c中，每個所述光電探測器的位置與長度可以通過對應(yīng)的所述激光束的入射角θ( γ )計算獲得，使得每束所述激光束在所述固定反射鏡邊緣點的反射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器測量范圍內(nèi)，得到所述位置一或者所述位置二，直射光入射在所述光電探測器測量范圍外，假設(shè)所述固定反射鏡與對稱設(shè)置的兩個所述光電探測器的距離均為L，則所述光電探測器的長度等于2XL/tan0(2XL/tany)，為保證所述固定反射鏡邊緣點的反射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器測量范圍內(nèi)，直射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器測量范圍外，即以所述固定反射鏡為對稱的所述光電探測器向入射光反射方向進(jìn)行微位移。
[0026]優(yōu)選地，在所述步驟b中，使用反射角度一致的所述雙反射鏡，將入射到其的一束所述激光束反射到所述固定反射鏡上的兩束所述激光束的兩個所述入射角Θ和γ的值相等。
[0027]優(yōu)選地，當(dāng)所述步驟c中的每個所述移動反射鏡位移量值X保持固定值時，如果需要對應(yīng)的所述位置一和位置二的間距值Y(V)越大，將所述步驟b中的每個所述激光束的入射角度θ( T )調(diào)小或者增加所有所述固定反射鏡與移動反射鏡的長度。
[0028]采用這種方法，所述入射角θ(γ )的值越小或者反射鏡(包括所述固定反射鏡與移動反射鏡)長度越長，得到的所述位移量值X的探測值，即所述間距值YU')的放大程度越大，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述間距值Y(V)的值計算得到的所述位移量值X的值的精度更高。
[0029]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0030]1、運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，所述激光束被所述雙反射鏡反射后分為兩束激光束并分別反射到對應(yīng)一側(cè)的所述光電探測器上一個位置，改變所述固定反射鏡和移動反射鏡的間距，即會改變所述激光束的反射路徑，最終照射到對應(yīng)的所述光電探測器上另一個位置，所述處理系統(tǒng)根據(jù)這兩組不同的兩個位置計算得到兩組探測距離值，這兩組探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡和移動反射鏡間距的真實改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這兩組探測距離值計算出所述移動反射鏡的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移連續(xù)變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實現(xiàn)批量制造；
[0031]2、運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，還包括殼體，所述激光源、固定反射鏡、移動反射鏡、雙反射鏡和兩個光電探測器均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭，所述讀數(shù)頭設(shè)有安裝孔或粘貼件，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述讀數(shù)頭便于與所述被測物體或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝；
[0032]3、運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，所述移動反射鏡連接所述被測物體，其余部件的位置關(guān)系保持不變，一束所述激光束入射在所述雙反射鏡上被分為兩束所述激光束，然后兩束所述激光束通過多次反射分別照射到對應(yīng)的所述光電探測器上位置一，移動所述被測物體得到所述位移量值X，每束所述激光束的反射路徑變化，所述被測物體停止移動時，每束所述激光束照射到對應(yīng)的所述光電探測器上位置二，所述處理系統(tǒng)根據(jù)兩組不同的兩個所述位置一和位置二的所述間距值Y和Y'的值，計算得到所述被測物體的兩組所述位移量值X的值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值，同時在所述步驟c中，所述激光束的反射路徑在所述光電探測器上連續(xù)來回掃動，所述光電探測器探測到掃動區(qū)間，所述被測物體停止移動時，即便位移前后所述激光束照射到所述光電探測器上的出射光束平行，所述處理系統(tǒng)依舊能夠根據(jù)所述光電探測器探測到的所述掃動區(qū)間，計算出所述移動反射鏡的所述位移量值X的值，即所述被測物體的所述位移量值X的值，該測量方法簡單、可靠，操作方便，并且能夠提高位移測量精度，可用于對所述被測物體位移一次性變化或連續(xù)增量式位移變化的測量；
[0033]4、運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，在所述步驟b中所述入射角θ( γ )的值越小或者反射鏡(包括所述固定反射鏡與移動反射鏡)長度越長，得到的所述位移量值X的探測值，即所述間距值Y(V)的放大程度越大，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述間距值Y(V)的值計算得到的所述位移量值X的值的精度更高。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的原理示意圖；
[0035]圖2為圖1的局部放大圖；
[0036]圖3為本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器測量時的示意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器光電探測器位置與長度的示意圖。
[0039]圖中標(biāo)記:1-激光源，11-激光束，111-位置一，112-位置二，2_固定反射鏡，21_通孔，3-移動反射鏡，31-連接件，4-光電探測器，5-讀數(shù)頭，6-被測物體，7-雙反射鏡。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合試驗例及【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0041 ] 實施例1
[0042]如圖1-5所示，本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，包括平行設(shè)置且間距可調(diào)的固定反射鏡2和移動反射鏡3以及處理系統(tǒng)。
[0043]所述固定反射鏡2和移動反射鏡3兩端對稱設(shè)置兩個光電探測器4，所述固定反射鏡2和移動反射鏡3之間設(shè)有雙反射鏡7，所述固定反射鏡2上設(shè)有通孔21，穿過所述通孔21的一束激光束11入射到所述雙反射鏡7，被所述雙反射鏡7反射后分離為兩束所述激光束11，兩束所述激光束11入射到所述固定反射鏡2上，經(jīng)過所述固定反射鏡2和移動反射鏡3交替反射后，分別出射到對應(yīng)一側(cè)所述光電探測器4上被感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)用于處理每個所述光電探測器4接收到對應(yīng)的所述激光束11的位置信息。
[0044]其中，所述雙反射鏡7采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，即有兩個反射鏡(主鏡、次鏡)組成。
[0045]運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，所述激光束11被所述雙反射鏡7反射后分為兩束激光束11并分別反射到對應(yīng)一側(cè)的所述光電探測器4上一個位置，改變所述固定反射鏡2和移動反射鏡3的間距，即會改變所述激光束11的反射路徑，最終照射到對應(yīng)的所述光電探測器4上另一個位置，所述處理系統(tǒng)根據(jù)這兩組不同的兩個位置計算得到兩組探測距離值，這兩組探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡2和移動反射鏡3間距的真實改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這兩組探測距離值計算出所述移動反射鏡2的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移連續(xù)變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實現(xiàn)批量制造。
[0046]實施例2
[0047]如圖1-5所示，本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器以及被測物體6，所述傳感器包括平行設(shè)置且間距可調(diào)的固定反射鏡2和移動反射鏡3、處理系統(tǒng)和殼體。
[0048]本實施例所述位移傳感器還包括用于發(fā)射所述激光束11的激光源I，所述固定反射鏡2和移動反射鏡3兩端對稱設(shè)置兩個光電探測器4，所述固定反射鏡2和移動反射鏡3之間設(shè)有雙反射鏡7，所述激光源I位于所述固定反射鏡2—側(cè)，所述固定反射鏡2上設(shè)有通孔21，穿過所述通孔21的一束激光束11入射到所述雙反射鏡7，所述雙反射鏡7采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，即有兩個反射鏡(主鏡、次鏡)組成，被所述雙反射鏡7反射后分離為兩束所述激光束11，兩束所述激光束11入射到所述固定反射鏡2上，經(jīng)過所述固定反射鏡2和移動反射鏡3交替反射后，分別出射到對應(yīng)一側(cè)所述光電探測器4上被感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)用于處理每個所述光電探測器4接收到對應(yīng)的所述激光束11的位置信息，所述激光源1、固定反射鏡2、移動反射鏡3、雙反射鏡7和兩個光電探測器4均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭5，所述讀數(shù)頭5設(shè)有安裝孔或粘貼件，所述移動反射鏡3連接一個連接件31，所述連接件31為剛性件，所述連接件31伸出所述讀數(shù)頭5外部并連接所述被測物體6，移動所述被測物體6，帶動所述移動反射鏡3，改變了對應(yīng)的每個所述激光束11的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述移動反射鏡3位移前后每束所述激光束11分別在對應(yīng)的所述光電探測器4上的兩個感應(yīng)位置的間距，計算出所述移動反射鏡3的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體6的位移值。
[0049]每個所述光電探測器4的位置與長度可以通過所述激光束11的入射角θ(γ )計算獲得，使得所述激光束11在所述固定反射鏡2邊緣點的反射光入射在所述光電探測器4測量范圍內(nèi)，得到所述位置一 111或者所述位置二 112，直射光入射在所述光電探測器4測量范圍夕卜，如圖4所示，其中入射角Θ等于入射角γ，所述固定反射鏡2與所述光電探測器4的距離為L，則所述光電探測器4的長度等于2XL/tan0，為保證所述固定反射鏡2邊緣點的反射光入射在所述光電探測器4測量范圍內(nèi)，直射光入射在所述光電探測器4測量范圍外，即以所述固定反射鏡2為對稱的所述光電探測器4向入射光反射方向進(jìn)行微位移。
[0050]運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，還包括殼體，所述激光源
1、固定反射鏡2、移動反射鏡3、雙反射鏡7和兩個光電探測器4均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭5，所述讀數(shù)頭5設(shè)有安裝孔或粘貼件，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述讀數(shù)頭5便于與所述被測物體6或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝。
[0051 ] 實施例3
[0052]如圖1-5所示，本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，包括平行設(shè)置且間距可調(diào)的固定反射鏡2和移動反射鏡3以及處理系統(tǒng)。
[0053]與實施例1的不同之處在于，所述固定反射鏡2的中心位置上設(shè)有通孔21，SP:
[0054]所述固定反射鏡2和移動反射鏡3兩端對稱設(shè)置兩個光電探測器4，所述固定反射鏡2和移動反射鏡3之間設(shè)有雙反射鏡7，所述固定反射鏡2與移動反射鏡3平行對稱設(shè)計，所述固定反射鏡2的中心位置上設(shè)有通孔21，穿過所述通孔21的一束激光束11入射到所述雙反射鏡7，被所述雙反射鏡7反射后分離為兩束所述激光束11，兩束所述激光束11入射到所述固定反射鏡2上，經(jīng)過所述固定反射鏡2和移動反射鏡3交替反射后，分別出射到對應(yīng)一側(cè)所述光電探測器4上被感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)用于處理每個所述光電探測器4接收到對應(yīng)的所述激光束11的位置信息。
[0055]其中，所述雙反射鏡7采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，即有兩個反射鏡(主鏡、次鏡)組成。
[0056]運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，所述激光束11被所述雙反射鏡7反射后分為兩束激光束11并分別反射到對應(yīng)一側(cè)的所述光電探測器4上一個位置，改變所述固定反射鏡2和移動反射鏡3的間距，即會改變所述激光束11的反射路徑，最終照射到對應(yīng)的所述光電探測器4上另一個位置，所述處理系統(tǒng)根據(jù)這兩組不同的兩個位置計算得到兩組探測距離值，這兩組探測距離值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述固定反射鏡2和移動反射鏡3間距的真實改變值，所述處理系統(tǒng)能夠通過這兩組探測距離值計算出所述移動反射鏡2的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體的位移值，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體位移連續(xù)變化的測量，測量可靠，精度較高，易于實現(xiàn)批量制造。
[0057]實施例4
[0058]如圖1-5所示，本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，包括如實施例2或3任一所述的新型對稱式小量程位移傳感器，其測量方法包括以下步驟:
[0059]a、將所述移動反射鏡3連接在被測物體6上；
[0060]b、所述激光束11穿過所述通孔21入射到所述雙反射鏡7上，形成兩束相離的所述激光束11，每束所述激光束11分別入射到所述固定反射鏡2上，假設(shè)兩束所述激光束11的入射角分別為Θ和γ，每束所述激光束11經(jīng)過所述固定反射鏡2和移動反射鏡3的連續(xù)反射后照射到對應(yīng)的所述光電探測器4上位置一111;
[0061 ] c、移動所述被測物體6，帶動所述移動反射鏡3，位移量值為X，同時對應(yīng)的所述激光束11的反射路徑變化，所述被測物體6停止移動時，對應(yīng)的所述激光束11入射到對應(yīng)的所述光電探測器4上位置二 112;
[0062]d、所述處理系統(tǒng)根據(jù)兩組所述位置一111和位置二112的間距值Y和V的值，計算出所述移動反射鏡3的兩組對應(yīng)的位移量值X和X7的值并取平均值，即得到所述被測物體6的位移量值X的值。
[0063]作為本實施例的一個優(yōu)選方案，在所述步驟b或者步驟c中，每個所述光電探測器4的位置與長度可以通過對應(yīng)的所述激光束11的入射角θ( γ )計算獲得，使得每束所述激光束11在所述固定反射鏡2邊緣點的反射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器4測量范圍內(nèi)，得到所述位置一或者所述位置二，直射光入射在所述光電探測器4測量范圍外，假設(shè)所述固定反射鏡2與對稱設(shè)置的兩個所述光電探測器4的距離均為L，則所述光電探測器4的長度等于2XL/tan0(2XL/tan γ )，為保證所述固定反射鏡2邊緣點的反射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器4測量范圍內(nèi)，直射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器4測量范圍外，即以所述固定反射鏡2為對稱的所述光電探測器4向入射光反射方向進(jìn)行微位移。
[0064]作為本實施例的一個優(yōu)選方案，在所述步驟b中，使用反射角度一致的所述雙反射鏡7，將入射到其的一束所述激光束11反射到所述固定反射鏡2上的兩束所述激光束11的兩個所述入射角θ和γ的值相等。
[0065]作為本實施例的一個優(yōu)選方案，當(dāng)所述步驟c中的每個所述移動反射鏡3位移量值X保持固定值時，如果需要對應(yīng)的所述位置一 111和位置二 112的間距值Y(V)越大，將所述步驟b中的每個所述激光束11的入射角度θ( γ )調(diào)小或者增加所有所述固定反射鏡2與移動反射鏡3的長度，采用這種方法，所述入射角θ( γ )的值越小或者反射鏡(包括所述固定反射鏡2與移動反射鏡3)長度越長，得到的所述位移量值X的探測值，即所述間距值Y(V)的放大程度越大，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述間距值Y(V)的值計算得到的所述位移量值X的值的精度更尚O
[0066]運用本發(fā)明所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，所述移動反射鏡3連接所述被測物體6，其余部件的位置關(guān)系保持不變，一束所述激光束11入射在所述雙反射鏡7上被分為兩束所述激光束11，然后兩束所述激光束11通過多次反射分別照射到對應(yīng)的所述光電探測器4上位置一 111，移動所述被測物體6得到所述位移量值X，每束所述激光束11的反射路徑變化，所述被測物體6停止移動時，每束所述激光束11照射到對應(yīng)的所述光電探測器4上位置二 112，所述處理系統(tǒng)根據(jù)兩組不同的兩個所述位置一 111和位置二 112的所述間距值Y和V的值，計算得到所述被測物體6的兩組所述位移量值X的值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體6的位移值，同時在所述步驟c中，所述激光束11的反射路徑在所述光電探測器4上連續(xù)來回掃動，所述光電探測器4探測到掃動區(qū)間，所述被測物體6停止移動時，即便位移前后所述激光束11照射到所述光電探測器4上的出射光束平行，所述處理系統(tǒng)依舊能夠根據(jù)所述光電探測器4探測到的所述掃動區(qū)間，計算出所述移動反射鏡3的所述位移量值X的值，即所述被測物體6的所述位移量值X的值，該測量方法簡單、可靠，操作方便，并且能夠提高位移測量精度，可用于對所述被測物體6位移一次性變化或連續(xù)增量式位移變化的測量。
[0067]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，包括平行設(shè)置且間距可調(diào)的固定反射鏡(2)和移動反射鏡(3)以及處理系統(tǒng)，所述固定反射鏡(2)和移動反射鏡(3)兩端對稱設(shè)置兩個光電探測器(4)，所述固定反射鏡(2)和移動反射鏡(3)之間設(shè)有雙反射鏡(7)，所述固定反射鏡(2)上設(shè)有通孔(21)，穿過所述通孔(21)的一束激光束(11)入射到所述雙反射鏡(7)，被所述雙反射鏡(7)反射后分離為兩束所述激光束(11)，兩束所述激光束(11)入射到所述固定反射鏡(2)上，經(jīng)過所述固定反射鏡(2)和移動反射鏡(3)交替反射后，分別出射到對應(yīng)一側(cè)所述光電探測器(4)上被感應(yīng)，所述處理系統(tǒng)用于處理每個所述光電探測器(4)接收到對應(yīng)的所述激光束(11)的位置信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，所述移動反射鏡(3)連接被測物體(6)，移動所述被測物體(6)，帶動所述移動反射鏡(3)，改變了兩束所述激光束(11)的反射路徑，所述處理系統(tǒng)根據(jù)所述移動反射鏡(3)位移前后每束所述激光束(11)分別在對應(yīng)的所述光電探測器(4)上的兩個感應(yīng)位置的間距，計算出所述移動反射鏡(3)的兩組位移值并取平均值，并以此平均值作為所述被測物體(6)的位移值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，還包括用于發(fā)射所述激光束(11)的激光源(I)，所述激光源(I)位于所述固定反射鏡(2) —側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，還包括殼體，所述激光源(I)、固定反射鏡(2)、移動反射鏡(3)、雙反射鏡(7)和兩個光電探測器(4)均位于所述殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，所述移動反射鏡(3)連接至少一個連接件(31)，所述連接件(31)為剛性件，所述連接件(31)伸出所述讀數(shù)頭(5)外部。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，所述激光源(I)、固定反射鏡(2)、移動反射鏡(3)、雙反射鏡(7)和兩個光電探測器(4)的位置均可調(diào)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器，其特征在于，所述激光束(II)路徑垂直于所述固定反射鏡(2)并穿過所述通孔(21)入射到所述雙反射鏡(7)上。8.—種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，包括如權(quán)利要求2-7任一所述的新型位移傳感器，其特征在于，其測量方法包括以下步驟: a、將所述移動反射鏡(3)連接在被測物體(6)上； b、所述激光束(11)穿過所述通孔(21)入射到所述雙反射鏡(7)上，形成兩束相離的所述激光束(11)，每束所述激光束(11)分別入射到所述固定反射鏡(2)上，假設(shè)兩束所述激光束(11)的入射角分別為Θ和γ，每束所述激光束(11)經(jīng)過所述固定反射鏡(2)和移動反射鏡(3)的連續(xù)反射后照射到對應(yīng)的所述光電探測器(4)上位置一(111); c、移動所述被測物體(6)，帶動所述移動反射鏡(3)，位移量值為X，同時對應(yīng)的所述激光束(11)的反射路徑變化，所述被測物體(6)停止移動時，對應(yīng)的所述激光束(11)入射到對應(yīng)的所述光電探測器(4)上位置二(112); d、所述處理系統(tǒng)根據(jù)兩組所述位置一(111)和位置二(112)的間距值Y和V的值，計算出所述移動反射鏡(3)的兩組對應(yīng)的位移量值X和V的值并取平均值，即得到所述被測物體(6)的位移量值X的值。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，其特征在于，在所述步驟b或者步驟c中，每個所述光電探測器(4)的位置與長度可以通過對應(yīng)的所述激光束(11)的入射角計算獲得，使得每束所述激光束(11)在所述固定反射鏡(2)邊緣點的反射光入射在對應(yīng)的所述光電探測器(4)測量范圍內(nèi)，得到所述位置一(111)或者所述位置二(112)，直射光入射在所述光電探測器(4)測量范圍外。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型對稱式小量程位移傳感器的測量方法，其特征在于，在所述步驟b中，使用反射角度一致的所述雙反射鏡(7)，將入射到其的一束所述激光束(11)反射到所述固定反射鏡(2)上的兩束所述激光束(11)的兩個所述入射角Θ和γ的值相等。
【文檔編號】G01B11/00GK105910537SQ201610513478
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】張白, 康學(xué)亮
【申請人】北方民族大學(xué)