新型光臂放大式高精度長度傳感器及長度傳感器組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種精密測試技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種新型光臂放大式高 精度長度傳感器及長度傳感器組。
【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lcm) 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 lcm)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。 【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有光柵式位移傳感器由于其制造工藝、結(jié)構(gòu)的限制 導(dǎo)致的精度很難進一步提高的不足，提供一種新型光臂放大式高精度長度傳感器，該長度 傳感器上設(shè)有反射部件，反射部件上具有連續(xù)的多個反射面，被測物體發(fā)生位移時，激光源 發(fā)射的激光束通過反射面反射到光電探測器上，根據(jù)光電探測器檢測到的反射激光位置的 變化值，得到被測物體的位移大小，該長度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，提高了測量精度，易于實現(xiàn)批 量制造。
[0006] 為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供了以下技術(shù)方案：
[0007] -種新型光臂放大式高精度長度傳感器，包括：
[0008]激光束一、激光束二；
[0009] 反射部件，所述反射部件上設(shè)有用于反射所述激光束一、激光束二的若干個反射 面，每個所述反射面截面為凸起形狀，所有所述反射面首尾相連；
[0010] 光電探測器一，用于接收所述激光束一在所述反射部件中的反射面反射后的激光 束并顯示其反射位置；
[0011] 光電探測器二，用于接收所述激光束二在所述反射部件中的反射面反射后的激 光束并顯示其反射位置；
[0012] 處理系統(tǒng)，根據(jù)所述光電探測器一上所接收到的激光束一反射位置變化值和所述 光電探測器二上所接收到的激光束二反射位置變化值，計算得到被測物體的位移變化值。
[0013] 該新型光臂放大式高精度長度傳感器，可以通過將反射部件安裝在被測物體上， 激光束一、激光束二入射到反射部件的不同反射面表面后分別反射到光電探測器一、光電 探測器二上。當反射部件固定在被測物體上時，被測物體發(fā)生位移，反射部件隨之一起位 移，通過測量位移過程中激光束一、激光束二經(jīng)反射部件的反射面反射后分別位于光電探 測器一、光電探測器二上的反射位置點的變化，每個時刻激光束一、激光束二在反射面上反 射后的兩條激光束中至少有一條反射激光能夠被對應(yīng)的光電探測器一、光電探測器二所檢 測，即光電探測器一、光電探測器二的長度適配并能夠感應(yīng)到激光束一、激光束二的反射激 光束在對應(yīng)光電探測器上變化的反射位置點。
[0014] 由于反射部件每個反射面的截面形狀為凸起形狀，首尾相連的所有反射面構(gòu)成反 射部件的反射面陣列，反射部件相對激光束一、激光束二相對移動過程中，激光束一、激光 束二入射到不同反射面上的反射點發(fā)生變化，由于反射面是凸起形狀，激光束一、激光束二 的反射點在反射面上的微小位移變化，其反射到光電探測器一、光電探測器二上的位置變 化會發(fā)生更大的變化，即激光束一、激光束二反射到光電探測器一、光電探測器二上激光束 位置長度變化值遠大于反射部件與激光束一、激光束二發(fā)生的相對位移值。處理系統(tǒng)能夠 根據(jù)兩個光電探測器上激光束一、激光束二反射位置的變化值來計算被測物體位移的變化 值，能夠得到更高的精度，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，適用于被測物體連續(xù)位移變化的測量，其測 量可靠，易于實現(xiàn)批量制造。
[0015] 該反射部件的反射面截面為凸起形狀，可以為對稱也可以是非對稱結(jié)構(gòu)，若凸起 結(jié)構(gòu)為非對稱形狀，激光束一、激光束二入射到的不同反射面上的結(jié)構(gòu)若彼此不相互對稱， 處理系統(tǒng)根據(jù)反射到光電探測器上反射激光束位置長度變化規(guī)律采用不同的反射計算公 式進行計算。
[0016] 該光電探測器一、光電探測器二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)。
[0017] 優(yōu)選地，每個所述反射面的凸起形狀截面均為對稱的等腰三角形狀或圓弧形狀。
[0018] 該反射面的凸起形狀截面屬于軸對稱形狀，即沿軸對稱的兩面均能夠?qū)崿F(xiàn)反射， 優(yōu)選該對稱的凸起形狀為等腰三角形狀，其中三角形反射面的底面連接在反射部件上或與 反射部件一體成型，另外兩腰所對應(yīng)的兩面分別為反射單元面，所有反射面在反射部件上 形成一個連續(xù)的三角反射面陣列。另外，該反射面凸起形狀的截面還可以為圓弧形狀，其每 個反射面形成弧形面，所有反射面在反射部件上形成一個連續(xù)的波浪弧形反射面陣列。
[0019] 反射部件上設(shè)有便于安裝在被測物體上的安裝孔或粘貼件，便于與被測物體或者 在測量時的其他相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝。
[0020] 優(yōu)選地，所述激光束一、激光束二分別通過激光源一和激光源二發(fā)射得到該激光 束。
[0021] 進一步優(yōu)選地，該傳感器還包括殼體，所述激光源一、激光源二、光電探測器一、光 電探測器二均位于殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭，所述讀數(shù)頭的收發(fā)端面可穿過激光束一、激光束二 以及所述激光束一、激光束二的反射激光束。所述讀數(shù)頭設(shè)有安裝孔或粘貼件，便于與被測 物體或者相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝。
[0022] 將激光源一、激光源二、光電探測器一、光電探測器二集成在殼體內(nèi)，形成讀數(shù)頭， 在調(diào)試和測量時，只需要將讀數(shù)頭對準反射部件并調(diào)整二者相對位置，便能快速的將激光 源一、激光源二、光電探測器一、光電探測器二與反射部件的光路位置關(guān)系調(diào)試至符合測量 條件。
[0023] 優(yōu)選地，所述光電探測器一與所述光電探測器二相互平行設(shè)置，且均垂直或平行 于所述讀數(shù)頭的收發(fā)端面。
[0024] 該光電探測器一、光電探測器二相互平行設(shè)置，并且與收發(fā)端面相互平行或垂直， 便于調(diào)節(jié)讀數(shù)頭與反射部件的光路，當然在實際需要中也可以調(diào)整光電探測器一、光電探 測器二的位置與讀數(shù)頭的收發(fā)端面成一定角度。
[0025] 優(yōu)選地，所述激光源一和激光源二的間距可調(diào)，所述光電探測器一與所述光電探 測器二的間距可調(diào)，所述激光源一發(fā)射的激光束一、所述激光源二發(fā)射的激光束二相對讀 數(shù)頭收發(fā)端面的出射角度均可調(diào)。
[0026] 該光電探測器一、光電探測器二的間距可調(diào)，激光源一、激光源二間距也可調(diào)，因 此激光源一、激光源二與反射部件之間形成的激光束光路能夠方便的進行調(diào)整，即能夠?qū)?激光源一、激光源二發(fā)射的激光束通過反射面反射到光電探測器上感光長度變化值輕易調(diào) 整到遠大于被測物體位移值，以便于檢測光電探測器一、光電探測器二上感光長度大小來 反推被測物體的位移，提高測量精度。
[0027] 優(yōu)選地，反射部件上設(shè)有便于安裝在被測物體上的安裝孔或粘貼件，便于與被測 物體或者在測量時的其他相對靜止的部件適配、卡接或粘貼，方便拆裝。
[0028] 本實用新型還提供了一種新型光臂放大式高精度長度傳感器的測量方法，包括如 上述的新型光臂放大式高精度長度傳感器，其測量方法包括以下步驟：
[0029] 步驟一、將將被測物體固定在所述反射部件或讀數(shù)頭上，其中將所述反射面調(diào)整 為與被測物體的移動方向一致；