一种交替增量式测量微位移传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种交替增量式测量微位移传感器，包括激光束、两块反射镜间、光电探测器一、光电探测器二、导轨一、导轨二和和控制处理系统。运用该传感器，通过激光束在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变激光束的反射路径，在每组光电探测器所在导轨上移动光电探测器感应激光束，控制处理系统根据光电探测器的感光里程及感光方向处理得到一个探测位移值，控制处理系统能够通过这个探测位移值再加上或者减去光电探测器在轨道上的移动距离值经过计算后得出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。
【专利说明】
一种交替増量式测量微位移传感器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及精密测量技术及仪器领域，特别涉及一种交替增量式测量微位移传感器。
【背景技术】
[0002]位移传感器是一种常用的几何量传感器，在航空航天、工业生产、机械制造以及军事科学等很多领域中都有广泛的使用。位移的测量方式有很多种，较小位移(如小于Icm)通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，较大的位移(如大于Icm)常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。
[0003]光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块长条形的光学玻璃尺或金属尺上密集等间距平行的刻线，刻线密度为10?100线/毫米。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。
[0004]光栅传感器由于光刻工艺的物理结构限制，造成其测量精度很难再有提升，无法满足越来越高的测量精度的需求，迫切需要开发一种结构简单，精度更高的传感器。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于:针对现有技术存在的现有光栅传感器由于光刻工艺的物理结构限制，造成其测量精度很难再有提升，无法满足越来越高的测量精度的需求上述不足，提供一种交替增量式测量微位移传感器及测量方法，该传感器结构简单，适用于被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0007]—种交替增量式测量微位移传感器，包括激光束、两块反射镜、光电探测器一、光电探测器二、导轨一、导轨二和控制处理系统，所述光电探测器一设于所述导轨一上并能在其上移动，所述光电探测器二设于所述导轨二上并能在其上移动，两块所述反射镜平行设置并且能够相对移动，所述光电探测器一和光电探测器二设置在两块所述反射镜的一端，相对的另一端设置所述激光束，所述激光束入射到其中一块所述反射镜上，经过两块所述反射镜交替反射后，出射到所述光电探测器一或光电探测器二并被感应，所述控制处理系统通信连接所述光电探测器一和光电探测器二，并用于统计所述光电探测器一或光电探测器二的感光里程及感光方向。
[0008]采用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束的反射路径，在每组光电探测器所在导轨上移动所述光电探测器感应所述激光束，所述控制处理系统根据所述光电探测器的感光里程及感光方向处理得到一个探测位移值，所述控制处理系统能够通过这个探测位移值再加上或者减去所述光电探测器在所述轨道上的移动距离值经过计算后得出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将其中一块所述反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使两块所述反射镜的间距产生变化，通过测量两块所述反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。
[0009]优选地，所述光电探测器一设有固定间距的探测部件一、探测部件二和探测部件三，所述探测部件三设于所述探测部件一和探测部件二的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二设有固定间距的探测部件四、探测部件五和探测部件六，所述探测部件六设于所述探测部件四和探测部件五的直线连线之间的任意位置，所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束，所述控制处理系统用于统计所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束的次数和感光顺序。
[0010]由于所述探测部件一、探测部件二和探测部件三有固定的间距，所述探测部件四、探测部件五和探测部件六有固定的间距，通过所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束的次数，并根据探测部件感光顺序判断其中一块反射镜相对另一块反射镜的运动方向，根据运动方向对所计次数进行加减处理。
[0011]作为一种增量式位移传感器，所述光电探测器一(或者光电探测器二)上的所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)首先感应到所述激光束，那么所述激光束下一次被所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)对应感应到记为一个增量数，所述控制处理系统根据所述增量数与所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)的感应次数计算获得两块所述反射镜相对位移的探测值主部，同时所述控制处理系统将所述光电探测器一(或者光电探测器二)作为主计算探测器，所述光电探测器二(或者光电探测器一)作为辅计算探测器，所述激光束最后被探测部件感应，该探测部件与所述探测部件一(或者探测部件二或者探测部件三或者探测部件四或者探测部件五或者探测部件六)的距离作为探测值辅部，所述探测值主部和探测值辅部构成两块所述反射镜相对位移的探测值，所述控制处理系统根据所述探测值经过计算后得出两块所述反射镜的真实相对位移量。
[0012]采用这种交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束的反射路径，每组光电探测器上的三个探测部件多次感应所述激光束，所述控制处理系统根据每组探测部件感应到所述激光束的次数和感光顺序以及探测部件间的间距处理得到一个探测距离值，这个探测距离值远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所述控制处理系统能够通过这个探测距离值经过计算后得出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将其中一块所述反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使两块所述反射镜的间距产生变化，通过测量两块所述反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。
[0013]优选地，所述探测部件三设于所述探测部件一和探测部件二的直线连线的中点，所述探测部件六设于所述探测部件四和探测部件五的直线连线的中点。
[0014]优选地，两块反射镜分别是固定反射镜和移动反射镜，所述移动反射镜通过一刚性件连接被测物体，移动所述被测物体，带动所述移动反射镜，改变了所述激光束的反射路径，所述控制处理系统根据所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应所述激光束的次数与感光顺序，以及所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六的相关间距得出一个探测值，并计算对应所述被测物体的位移。
[0015]采用这种结构设置，在所述被测物体移动时，带动与其连接的所述移动反射镜同时产生移动，改变了所述移动反射镜与固定反射镜的间距，所述移动反射镜发生位移前后的所述激光束第一次照射到所述固定反射镜上的反射路径不会改变，最终所述被测物体的位移值即所述移动反射镜的位移值被反映到光电探测器上，这种只改变所述移动反射镜位移的结构方式能够使所述控制处理系统的处理算法简单化，同时简化传感器结构，易于制造与使用。
[0016]优选地，还包括探测反射镜，所述探测反射镜设于所述光电探测器一和光电探测器二的一侧，用于将所述固定反射镜反射的所述激光束反射到所述光电探测器一上，或者将所述移动反射镜反射的所述激光束反射到所述光电探测器二上。
[0017]采用这种结构设置，能够使所述移动反射镜在发生位移过程中，所述光电探测器一仅测量所述固定反射镜反射的所述激光束，所述光电探测器二仅测量所述移动反射镜反射的所述激光束，避免所述激光束在边缘发生反射与直射同时存在造成的测量干扰。
[0018]优选地，还包括用于发射所述激光束的激光源。
[0019]作为进一步优选地，还包括壳体，所述激光源、固定反射镜、移动反射镜、探测反射镜、光电探测器一和光电探测器二均位于所述壳体内，形成读数头，所述读数头设有安装孔或粘贴件。
[0020]采用这种结构设置，所述读数头便于与所述被测物体或者相对静止的部件适配、卡接或粘贴，方便拆装。
[0021]优选地，所述移动反射镜刚性连接至少一个连接件，所述连接件为刚性件，所述连接件伸出所述读数头外部。
[0022]优选地，所述光电探测器一还包括至少一个探测部件七，所述探测部件七设于所述探测部件一和探测部件二的直线连线之间的任意位置，所述电探测器二还包括至少一个探测部件八，所述探测部件八设于所述探测部件四和探测部件五的直线连线之间的任意位置。
[0023]采用这种结构设置，因为需要判断所述被测物体的位移方向，光电探测器至少需三个探测部件才能在测量过程中辨别所述被测物体的位移方向，同时所述激光束最终停留在所述探测部件一和探测部件二这个闭区间或者所述探测部件四和探测部件五这个闭区间内，所述探测部件一或探测部件二或探测部件三或探测部件四或探测部件五或探测部件六最后一次感应到所述激光束后，所述激光束再移动的微小量检测不出需要忽略，在所述探测部件一和探测部件二的直线连线之间设置至少一个辅助性的所述探测部件七，在所述探测部件四和探测部件五的直线连线之间设置至少一个辅助性的所述探测部件八，能够细化所述探测部件一和探测部件二的测量区间以及所述探测部件四和探测部件五的测量区间，所述激光束最终的忽略量将更小，可以进一步提高所述位移传感器的测量精度。
[0024]优选地，所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五、探测部件六、探测部件七和探测部件八为一种对光敏感的光电器件，可以测出是否存在光。
[0025]优选地，所述激光源、固定反射镜、移动反射镜、探测反射镜、光电探测器一和光电探测器二的位置均可调。
[0026]优选地，所述位移传感器的量程为0-1_。
[0027]本实用新型还提供了一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法，包括如以上任一所述的位移传感器，其测量方法包括以下步骤:
[0028]a、将被测物体通过一刚性件连接于所述移动反射镜；
[0029]b、发射一束激光束，所述激光束以一定角度入射在所述固定反射镜上，假设所述入射角为Θ，所述激光束经过所述固定反射镜和移动反射镜的连续反射后照射到所述光电探测器一或光电探测器二上，控制处理系统控制所述光电探测器一在所述导轨上移动，使所述激光束被所述探测部件一、探测部件二和探测部件三中的一个感应，或者控制所述光电探测器二在所述导轨二上移动，使所述激光束被所述探测部件四、探测部件五和探测部件六中的一个感应，这个移动距离值为X;
[0030]C、移动所述被测物体，带动所述移动反射镜同时移动，同时所述激光束的反射路径变化，所述激光束被所述光电探测器一上的所述探测部件一、探测部件二和探测部件三感应或者被所述光电探测器二上的所述探测部件四、探测部件五和探测部件六感应，所述被测物体停止移动时，所述控制处理系统统计所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应到所述激光束的次数和感光顺序以及各探测部件间的间距，得出所述被测物体的探测位移值Y以及位移方向；
[0031]d、所述控制处理系统根据其所得出的所述被测物体的探测位移Y的值加上或者减去移动距离X的值经过计算后得出所述被测物体位移的真实改变值。
[0032]其中所述光电探测器一在所述导轨一上移动方向与所述被测物体位移方向相同，或者所述光电探测器二在所述导轨二上移动方向与所述被测物体位移方向相反，所述被测物体的探测位移Y的值加上移动距离X的值;所述光电探测器一在所述导轨一上移动方向与所述被测物体位移方向相反，或者或者所述光电探测器二在所述导轨二上移动方向与所述被测物体位移方向相同，所述被测物体的探测位移Y的值减去移动距离X的值。
[0033]采用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法，所述移动反射镜通过一刚性件连接所述被测物体，其余部件的位置关系保持不变，所述激光束以入射角Θ入射在所述固定反射镜上，然后通过多次反射最终照射到光电探测器上，在轨道上移动光电探测器使其上的一个探测部件感应所述激光束这个移动距离值为X，移动所述被测物体，所述激光束的反射路径变化，所述被测物体停止移动时，所述控制处理系统根据所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应到所述激光束的次数和感光顺序以及各探测部件间的间距得出一个探测位移值Y以及所述被测物体的位移方向，这个探测位移值Y远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所述控制处理系统根据其所得出的所述被测物体的探测位移Y的值加上或者减去移动距离X的值经过计算后得出所述被测物体位移的真实改变值得出所述被测物体的位移值，该测量方法简单、可靠，操作方便，并且能够提高位移测量精度，可用于对所述被测物体的增量式位移变化进行测量。
[0034]优选地，根据所述探测部件一、探测部件二和探测部件三的计数顺序进行所测位移方向的判断，如果计数顺序依次为所述探测部件一、探测部件三和探测部件二，则所测位移方向为接近所述固定反射镜的方向，如果计数顺序依次为所述探测部件二、探测部件三和探测部件一，则所测位移方向为远离所述固定反射镜的方向。
[0035]优选地，根据所述探测部件四、探测部件五和探测部件六的计数顺序进行所测位移方向的判断，如果计数顺序依次为所述探测部件四、探测部件六和探测部件五，则所测位移方向为接近所述固定反射镜的方向，如果计数顺序依次为所述探测部件五、探测部件六和探测部件四，则所测位移方向为远离所述固定反射镜的方向。
[0036]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0037]1、运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束的反射路径，在每组光电探测器所在导轨上移动所述光电探测器感应所述激光束，所述控制处理系统根据所述光电探测器的感光里程及感光方向处理得到一个探测位移值，所述控制处理系统能够通过这个探测位移值再加上或者减去所述光电探测器在所述轨道上的移动距离值经过计算后得出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将其中一块所述反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使两块所述反射镜的间距产生变化，通过测量两块所述反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造；
[0038]2、运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束的反射路径，每组光电探测器上的三个探测部件多次感应所述激光束，所述控制处理系统根据每组探测部件感应到所述激光束的次数和感光顺序以及探测部件间的间距处理得到一个探测距离值，这个探测距离值远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所述控制处理系统能够通过这个探测距离值来计算出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将其中一块所述反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使两块所述反射镜的间距产生变化，通过测量两块所述反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造；
[0039]3、运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，所述移动反射镜通过一刚性件连接所述被测物体，其余部件的位置关系不变的情况下，使所述被测物体发生位移，带动所述移动反射镜发生位移，采用这种结构设置，在所述被测物体移动时，带动与其连接的所述移动反射镜同时产生移动，改变了所述移动反射镜与固定反射镜的间距，所述移动反射镜发生位移前后的所述激光束第一次照射到所述固定反射镜上的反射路径不会改变，最终所述被测物体的位移值即所述移动反射镜的位移值被反映到光电探测器上，这种只改变所述移动反射镜位移的结构方式能够使所述控制处理系统的处理算法简单化，同时简化传感器结构，易于制造与使用；
[0040]4、运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，还包括壳体，所述激光源、固定反射镜、移动反射镜、探测反射镜、光电探测器一和光电探测器二均位于所述壳体内，形成读数头，所述读数头设有安装孔或粘贴件，采用这种结构设置，所述读数头便于与所述被测物体或者相对静止的部件适配、卡接或粘贴，方便拆装；
[0041]5、运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，所述光电探测器一还包括至少一个探测部件七，所述探测部件七设于所述探测部件一和探测部件二的直线连线之间的任意位置，所述电探测器二还包括至少一个探测部件八，所述探测部件八设于所述探测部件四和探测部件五的直线连线之间的任意位置，采用这种结构设置，因为需要判断所述被测物体的位移方向，光电探测器至少需三个探测部件才能在测量过程中辨别所述被测物体的位移方向，同时所述激光束最终停留在所述探测部件一和探测部件二这个闭区间或者所述探测部件四和探测部件五这个闭区间内，所述探测部件一或探测部件二或探测部件三或探测部件四或探测部件五或探测部件六最后一次感应到所述激光束后，所述激光束再移动的微小量检测不出需要忽略，在所述探测部件一和探测部件二的直线连线之间设置至少一个辅助性的所述探测部件七，在所述探测部件四和探测部件五的直线连线之间设置至少一个辅助性的所述探测部件八，能够细化所述探测部件一和探测部件二的测量区间以及所述探测部件四和探测部件五的测量区间，所述激光束最终的忽略量将更小，可以进一步提高所述位移传感器的测量精度；
[0042]6、运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法，所述移动反射镜通过一刚性件连接所述被测物体，其余部件的位置关系保持不变，所述激光束以入射角Θ入射在所述固定反射镜上，然后通过多次反射最终照射到光电探测器上，在轨道上移动光电探测器使其上的一个探测部件感应所述激光束这个移动距离值为X，移动所述被测物体，所述激光束的反射路径变化，所述被测物体停止移动时，所述控制处理系统根据所述探测部件一、探测部件二、探测部件三、探测部件四、探测部件五和探测部件六感应到所述激光束的次数和感光顺序以及各探测部件间的间距得出一个探测位移值Y以及所述被测物体的位移方向，这个探测位移值Y远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所述控制处理系统根据其所得出的所述被测物体的探测位移Y的值加上或者减去移动距离X的值经过计算后得出所述被测物体位移的真实改变值得出所述被测物体的位移值，该测量方法简单、可靠，操作方便，并且能够提高位移测量精度，可用于对所述被测物体的增量式位移变化进行测量。
【附图说明】
[0043]图1为本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器的原理侧视图；
[0044]图2为本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器的结构侧视图；
[0045]图3为本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器测量时的侧视图。
[0046]图中标记:1-激光源，11-激光束，2-固定反射镜，3-移动反射镜，31-连接件，4_探测反射镜，5-光电探测器一，51-探测部件一，52-探测部件二，53-探测部件三，6-光电探测器二，61-探测部件四，62-探测部件五，63-探测部件六，7-读数头，8-被测物体，9-导轨一，10-导轨二。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0048]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0049]实施例1
[0050]如图1-3所示，本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，包括激光束
11、两块反射镜、光电探测器一5、光电探测器二 6、导轨一9、导轨二 10和控制处理系统。
[0051]所述光电探测器一5设于所述导轨一 9上并能在其上移动，所述光电探测器二 6设于所述导轨二 10上并能在其上移动，两块所述反射镜平行设置并且能够相对移动，所述光电探测器一 5和光电探测器二 6设置在两块所述反射镜的一端，相对的另一端设置所述激光束11，所述激光束11入射到其中一块所述反射镜上，经过两块所述反射镜交替反射后，出射到所述光电探测器一 5或光电探测器二 6并被感应，所述控制处理系统通信连接所述光电探测器一 5和光电探测器二 6，并用于统计所述光电探测器一 5或光电探测器二 6的感光里程及感光方向。
[0052]运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束11在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束11的反射路径，在每组光电探测器所在导轨上移动所述光电探测器感应所述激光束11，所述控制处理系统根据所述光电探测器的感光里程及感光方向处理得到一个探测位移值，所述控制处理系统能够通过这个探测位移值再加上或者减去所述光电探测器在所述轨道上的移动距离值计算出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将其中一块所述反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使两块所述反射镜的间距产生变化，通过测量两块所述反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。
[0053]所述光电探测器一 5设有固定间距的探测部件一 51、探测部件二 52和探测部件三53，所述探测部件三53设于所述探测部件一 51和探测部件二 52的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二 6设有固定间距的探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63，所述探测部件六63设于所述探测部件四61和探测部件五62的直线连线之间的任意位置，两块所述反射镜平行设置并且能够相对移动，所述光电探测器一 5和光电探测器二 6设置在两块所述反射镜的一端，相对的另一端设置所述激光束U，所述激光束11入射到其中一块所述反射镜上，经过两块所述反射镜交替反射后，出射到所述光电探测器一 5或光电探测器二 6，并被所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应，所述控制处理系统用于统计所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应所述激光束11的次数和感光顺序。
[0054]由于所述探测部件一51、探测部件二 52和探测部件三53有固定的间距，所述探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63有固定的间距，通过所述探测部件一 51、探测部件二 52和探测部件三53感应所述激光束11的次数，或者所述探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应所述激光束11的次数，并根据探测部件感光顺序判断其中一块反射镜相对另一块反射镜的运动方向，根据运动方向对所计次数进行加减处理。
[0055]作为一种增量式位移传感器，所述光电探测器一 5(或者光电探测器二 6)上的所述探测部件一 51(或者探测部件二 52或者探测部件三53或者探测部件四61或者探测部件五62或者探测部件六63)首先感应到所述激光束11，那么所述激光束11下一次被所述探测部件一51(或者探测部件二 52或者探测部件三53或者探测部件四61或者探测部件五62或者探测部件六63)对应感应到记为一个增量数，所述控制处理系统根据所述增量数与所述探测部件一 51(或者探测部件二 52或者探测部件三53或者探测部件四61或者探测部件五62或者探测部件六63)的感应次数计算获得两块所述反射镜相对位移的探测值主部，同时所述控制处理系统将所述光电探测器一 5(或者光电探测器二 6)作为主计算探测器，所述光电探测器二6(或者光电探测器一 5)作为辅计算探测器，所述激光束11最后被探测部件感应，该探测部件与所述探测部件一 51(或者探测部件二 52或者探测部件三53或者探测部件四61或者探测部件五62或者探测部件六63)的距离作为探测值辅部，所述探测值主部和探测值辅部构成两块所述反射镜相对位移的探测值，所述控制处理系统根据所述探测值经过计算后得出两块所述反射镜的真实相对位移量。
[0056]运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，通过所述激光束11在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到两组光电探测器上，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束11的反射路径，每组光电探测器上的三个探测部件多次感应所述激光束11，所述控制处理系统根据每组探测部件感应到所述激光束11的次数和感光顺序以及探测部件间的间距处理得到一个探测距离值，这个探测距离值远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所述控制处理系统能够通过这个探测距离值经过计算后得出两块反射镜间距的真实改变值，该传感器结构简单，测量时，将其中一块所述反射镜与被测物体固定连接后，所述被测物体发生位移变化时，相应的会使两块所述反射镜的间距产生变化，通过测量两块所述反射镜的间距变化值，可以反推得到所述被测物体的位移值，其适用于所述被测物体位移变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。
[0057]实施例2
[0058]如图1-3所示，本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器以及被测物体8，所述传感器包括激光束11、固定反射镜2、移动反射镜3、光电探测器一 5、光电探测器二6和控制处理系统。
[0059]所述被测物体8通过一刚性件连接所述移动反射镜3，所述光电探测器一5设有固定间距的探测部件一 51、探测部件二 52和探测部件三53，所述探测部件三53设于所述探测部件一 51和探测部件二 52的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二 6设有固定间距的探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63，所述探测部件六63设于所述探测部件四61和探测部件五62的直线连线之间的任意位置，所述固定反射镜2与移动反射镜3平行设置，所述移动反射镜3能够与所述固定反射镜2相对移动，，所述光电探测器一5和光电探测器二 6设置在所述固定反射镜2和移动反射镜3的一端，相对的另一端设置所述激光束11，所述激光束11入射到所述固定反射镜2上，经过所述移动反射镜3和固定反射镜2交替反射后，出射到所述光电探测器一 5或光电探测器二 6，并被所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应，所述控制处理系统用于统计所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应所述激光束11的次数和感光顺序，移动所述被测物体8，带动所述移动反射镜3，改变了所述激光束11的反射路径，所述控制处理系统根据所述探测部件一 51、探测部件二52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应所述激光束11的次数以及所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63的相关间距得出一个探测值，并计算对应所述被测物体8的位移。
[0060]运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，所述移动反射镜3通过一刚性件连接所述被测物体8，其余部件的位置关系不变的情况下，使所述被测物体8发生位移，带动所述移动反射镜3发生位移，采用这种结构设置，在所述被测物体8移动时，带动与其连接的所述移动反射镜3同时产生移动，改变了所述移动反射镜3与固定反射镜2的间距，所述移动反射镜3发生位移前后的所述激光束11第一次照射到所述固定反射镜2上的反射路径不会改变，最终所述被测物体8的位移值即所述移动反射镜3的位移值被反映到光电探测器上，这种只改变所述移动反射镜3位移的结构方式能够使所述控制处理系统的处理算法简单化，同时简化传感器结构，易于制造与使用。
[0061 ] 实施例3
[0062]如图1-3所示，本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器以及被测物体8，所述传感器包括激光源1、激光束11、固定反射镜2、移动反射镜3、探测反射镜4、光电探测器一 5、光电探测器二 6和控制处理系统，还包括壳体和连接件31。
[0063]所述激光束11通过激光源I发射得到，所述激光源1、固定反射镜2、移动反射镜3、探测反射镜4、光电探测器一5和光电探测器二6均位于所述壳体内，形成读数头7，所述读数头7设有安装孔或粘贴件，所述移动反射镜3连接所述连接件31，所述连接件31为刚性件，所述连接件31伸出所述读数头7外部连接所述被测物体8，所述光电探测器一 5设有固定间距的探测部件一 51、探测部件二 52和探测部件三53，所述探测部件三53设于所述探测部件一51和探测部件二 52的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二 6设有固定间距的探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63，所述探测部件六63设于所述探测部件四61和探测部件五62的直线连线之间的任意位置，所述固定反射镜2与移动反射镜3平行设置，所述移动反射镜3能够与所述固定反射镜2相对移动，，所述光电探测器一5和光电探测器二6设置在所述固定反射镜2和移动反射镜3的一端，相对的另一端设置所述激光束11，所述激光束11入射到所述固定反射镜2上，经过所述移动反射镜3和固定反射镜2交替反射，所述探测反射镜4设于所述光电探测器一 5和光电探测器二 6—侧，所述探测反射镜4用于将所述固定反射镜2反射的所述激光束11反射到所述光电探测器一 5上，并被所述探测部件一 51、探测部件二52和探测部件三53感应，或者将所述移动反射镜3反射的所述激光束11反射到所述光电探测器二 6上，并被所述探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应，所述控制处理系统用于统计所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应所述激光束11的次数和感光顺序，移动所述被测物体8，带动所述移动反射镜3，改变了所述激光束11的反射路径，所述控制处理系统根据所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应所述激光束11的次数以及所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63的相关间距得出一个探测值，并计算对应所述被测物体8的位移。
[0064]运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，还包括壳体，所述激光源1、固定反射镜2、移动反射镜3、探测反射镜4、光电探测器一 5和光电探测器二 6均位于所述壳体内，形成读数头7，所述读数头7设有安装孔或粘贴件，采用这种结构设置，所述读数头7便于与所述被测物体8或者相对静止的部件适配、卡接或粘贴，方便拆装；同时设置所述探测反射镜4，能够使所述移动反射镜3在发生位移过程中，所述光电探测器一5仅测量所述固定反射镜2反射的所述激光束11，所述光电探测器二 6仅测量所述移动反射镜3反射的所述激光束11，避免所述激光束11在边缘发生反射与直射同时存在造成的测量干扰。
[0065]实施例4
[0066]如图1-3所示，本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器以及被测物体8，所述传感器包括激光源1、激光束11、固定反射镜2、移动反射镜3、探测反射镜4、光电探测器一 5、光电探测器二 6和控制处理系统，还包括壳体和连接件31。
[0067]与实施例3不同之处在于，所述光电探测器一5还包括至少一个探测部件七，所述探测部件七设于所述探测部件一 51和探测部件二 52的直线连线之间的任意位置，所述电探测器二 6还包括至少一个探测部件八，所述探测部件八设于所述探测部件四61和探测部件五62的直线连线之间的任意位置。
[0068]作为本实施例的一种优选方案，所述探测部件三53和探测部件一51之间设有一个所述探测部件七，所述探测部件三53和探测部件二 52之间设有另一个所述探测部件七;所述探测部件六63和探测部件四61之间设有一个所述探测部件八，所述探测部件六63和探测部件五62之间设有另一个所述探测部件八。
[0069]运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器，所述光电探测器一 5还包括至少一个探测部件七，所述探测部件七设于所述探测部件一 51和探测部件二 52的直线连线之间的任意位置，所述电探测器二 6还包括至少一个探测部件八，所述探测部件八设于所述探测部件四61和探测部件五62的直线连线之间的任意位置，采用这种结构设置，因为需要判断所述被测物体8的位移方向，光电探测器至少需三个探测部件才能在测量过程中辨别所述被测物体8的位移方向，同时所述激光束11最终停留在所述探测部件一51和探测部件二52这个闭区间或者所述探测部件四61和探测部件五62这个闭区间内，所述探测部件一 51或探测部件二 52或探测部件三53或探测部件四61或探测部件五62或探测部件六63最后一次感应到所述激光束11后，所述激光束11再移动的微小量检测不出需要忽略，在所述探测部件一 51和探测部件二 52的直线连线之间设置至少一个辅助性的所述探测部件七，在所述探测部件四61和探测部件五62的直线连线之间设置至少一个辅助性的所述探测部件八，能够细化所述探测部件一 51和探测部件二 52的测量区间以及所述探测部件四61和探测部件五62的测量区间，所述激光束11最终的忽略量将更小，可以进一步提高所述位移传感器的测量精度。
[0070]实施例5
[0071]如图1-3所示，本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法，包括如实施例4中的位移传感器，其测量方法包括以下步骤:
[0072]a、将被测物体8通过一刚性件连接于所述移动反射镜3;
[0073]b、发射一束激光束11，所述激光束11以一定角度入射在所述固定反射镜2上，假设所述入射角为Θ，所述激光束11经过所述固定反射镜2和移动反射镜3的连续反射后照射到所述光电探测器一 5或光电探测器二 6上，控制处理系统控制所述光电探测器一 5在所述导轨9上移动，使所述激光束11被所述探测部件一51、探测部件二52和探测部件三53中的一个感应，或者控制所述光电探测器二 6在所述导轨二 10上移动，使所述激光束11被所述探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63中的一个感应，这个移动距离值为X;
[0074]c、移动所述被测物体8，带动所述移动反射镜3同时移动，同时所述激光束11的反射路径变化，所述激光束11被所述光电探测器一 5上的所述探测部件一 51、探测部件二 52和探测部件三53感应或者被所述光电探测器二 6上的所述探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应，所述被测物体8停止移动时，所述控制处理系统统计所述探测部件一51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应到所述激光束11的次数和感光顺序以及各探测部件间的间距，得出所述被测物体8的探测位移值Y以及位移方向；
[0075]d、所述控制处理系统根据其所得出的所述被测物体8的探测位移Y的值加上或者减去移动距离X的值经过计算后得出所述被测物体8位移的真实改变值。
[0076]其中所述光电探测器一5在所述导轨一 9上移动方向与所述被测物体8位移方向相同，或者所述光电探测器二6在所述导轨二 10上移动方向与所述被测物体8位移方向相反，所述被测物体8的探测位移Y的值加上移动距离X的值;所述光电探测器一 5在所述导轨一 9上移动方向与所述被测物体8位移方向相反，或者或者所述光电探测器二 6在所述导轨二 10上移动方向与所述被测物体8位移方向相同，所述被测物体8的探测位移Y的值减去移动距离X的值。
[0077]运用本实用新型所述的一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法，所述移动反射镜3通过一刚性件连接所述被测物体8，其余部件的位置关系保持不变，所述激光束11以入射角Θ入射在所述固定反射镜2上，然后通过多次反射最终照射到光电探测器上，在轨道上移动光电探测器使其上的一个探测部件感应所述激光束11这个移动距离值为X，移动所述被测物体8，所述激光束11的反射路径变化，所述被测物体8停止移动时，所述控制处理系统根据所述探测部件一 51、探测部件二 52、探测部件三53、探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63感应到所述激光束11的次数和感光顺序以及各探测部件间的间距得出一个探测位移值Y以及所述被测物体8的位移方向，这个探测位移值Y远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所述控制处理系统根据其所得出的所述被测物体8的探测位移Y的值加上或者减去移动距离X的值经过计算后得出所述被测物体8位移的真实改变值得出所述被测物体8的位移值，该测量方法简单、可靠，操作方便，并且能够提高位移测量精度，可用于对所述被测物体8的增量式位移变化进行测量。
[0078]作为本实施例的一种优选方案，根据所述探测部件一51、探测部件二 52和探测部件三53的计数顺序进行所测位移方向的判断，如果计数顺序依次为所述探测部件一51、探测部件三53和探测部件二52，则所测位移方向为接近所述固定反射镜2的方向，如果计数顺序依次为所述探测部件二 52、探测部件三53和探测部件一 51，则所测位移方向为远离所述固定反射镜2的方向。
[0079]作为本实施例的一种优选方案，根据所述探测部件四61、探测部件五62和探测部件六63的计数顺序进行所测位移方向的判断，如果计数顺序依次为所述探测部件四61、探测部件六63和探测部件五62，则所测位移方向为接近所述固定反射镜2的方向，如果计数顺序依次为所述探测部件五62、探测部件六63和探测部件四61，则所测位移方向为远离所述固定反射镜2的方向。
[0080]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种交替增量式测量微位移传感器，其特征在于，包括激光束(U)、两块反射镜、光电探测器一 (5)、光电探测器二 (6)、导轨一 (9)、导轨二(10)和控制处理系统，所述光电探测器一(5)设于所述导轨一(9)上并能在其上移动，所述光电探测器二(6)设于所述导轨二(10)上并能在其上移动，两块所述反射镜平行设置并且能够相对移动，所述光电探测器一(5)和光电探测器二(6)设置在两块所述反射镜的一端，相对的另一端设置所述激光束(11)，所述激光束(11)入射到其中一块所述反射镜上，经过两块所述反射镜交替反射后，出射到所述光电探测器一 (5)或光电探测器二 (6)并被感应，所述控制处理系统通信连接所述光电探测器一(5)和光电探测器二 (6)，并用于统计所述光电探测器一(5)或光电探测器二(6)的感光里程及感光方向。2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述光电探测器一(5)设有固定间距的探测部件一(51)、探测部件二 (52)和探测部件三(53)，所述探测部件三(53)设于所述探测部件一 (51)和探测部件二 (52)的直线连线之间的任意位置，所述光电探测器二 (6)设有固定间距的探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)，所述探测部件六(63)设于所述探测部件四(61)和探测部件五(62)的直线连线之间的任意位置，所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)感应所述激光束(11)，所述控制处理系统用于统计所述探测部件一 (51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)感应所述激光束(11)的次数和感光顺序。3.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，两块反射镜分别是固定反射镜(2)和移动反射镜(3)，所述移动反射镜(3)通过一刚性件连接被测物体(8)，移动所述被测物体(8)，带动所述移动反射镜(3)，改变了所述激光束(11)的反射路径，所述控制处理系统根据所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)感应所述激光束(11)的次数与感光顺序，以及所述探测部件一(51)、探测部件二(52)、探测部件三(53)、探测部件四(61)、探测部件五(62)和探测部件六(63)的相关间距得出一个探测值，并计算对应所述被测物体(8)的位移。4.根据权利要求3所述的位移传感器，其特征在于，还包括探测反射镜(4)，所述探测反射镜(4)设于所述光电探测器一 (5)和光电探测器二 (6)—侧，用于将所述固定反射镜(2)反射的所述激光束(11)反射到所述光电探测器一 (5)上，或者将所述移动反射镜(3)反射的所述激光束(11)反射到所述光电探测器二 (6)上。5.根据权利要求3所述的位移传感器，其特征在于，还包括用于发射所述激光束(11)的激光源(I)。6.根据权利要求5所述的位移传感器，其特征在于，还包括壳体，所述激光源(I)、固定反射镜(2)、移动反射镜(3)、探测反射镜(4)、光电探测器一 (5)和光电探测器二 (6)均位于所述壳体内，形成读数头(7)。7.根据权利要求6所述的位移传感器，其特征在于，所述移动反射镜(3)刚性连接至少一个连接件(31)，所述连接件(31)为刚性件，所述连接件(31)伸出所述读数头(7)外部。8.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，所述光电探测器一(5)还包括至少一个探测部件七，所述探测部件七设于所述探测部件一 (51)和探测部件二 (52)的直线连线之间的任意位置，所述电探测器二 (6)还包括至少一个探测部件八，所述探测部件八设于所述探测部件四(61)和探测部件五(62)的直线连线之间的任意位置。9.根据权利要求5所述的位移传感器，其特征在于，所述激光源(1)、固定反射镜(2)、移动反射镜(3)、探测反射镜(4)、光电探测器一 (5)和光电探测器二 (6)的位置均可调。10.根据权利要求1-9任一所述的位移传感器，其特征在于，所述位移传感器的量程为O-1mm0
【文档编号】G01B11/02GK205619887SQ201620460413
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】张白, 康学亮
【申请人】北方民族大学