CN109916310A - 新型长度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型长度传感器，包括：三角波反射镜，包括若干个反射面；激光束一，入射至三角波反射镜的一个反射面；所述第一凸透镜一，用于接收三角波反射镜的反射面反射的激光束一；光电探测器一，用于接收从第一凸透镜一出射的激光束一，并测量其入射位置；且光电探测器一与第一凸透镜一之间的距离大于两倍第一凸透镜一的焦距距离；处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。本发明可以将激光束位移进行通过光学透镜进行放大，进而提高了放大倍数。

Description

新型长度传感器

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种新型长度传感器。

背景技术

位移传感器，也称长度传感器，是基于光学三角放大法的测量动态物体位移的线性器件，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。例如专利号为ZL201520393174.9，名称为“新型光臂放大式高精度长度传感器及长度传感器组”的中国实用新型专利公开了一种长度传感器，结构简单，适用于被测物体位移连续变化的测量，测量可靠，精度较高，易于实现批量制造。然而，基于光电探测器性能的限制，该长度传感器的放大倍数依然有限，对于特殊应用场合的适用性差，或者测量精度不高。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的放大倍数有限的不足，提供一种新型长度传感器，以进一步提高放大倍数。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种新型长度传感器，包括：

三角波反射镜，包括若干个反射面；

激光束一，入射至三角波反射镜的一个反射面；

所述第一凸透镜一，用于接收三角波反射镜的反射面反射的激光束一；

光电探测器一，用于接收从第一凸透镜一出射的激光束一，并测量其入射位置；且光电探测器一与第一凸透镜一之间的距离大于两倍第一凸透镜一的焦距距离；

处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。

上述长度传感器中，第一凸透镜一也可以用凹透镜代替。激光束一的位移量X经过三角波反射镜后，再经过第一凸透镜一后在PSD上实现了光学放大，因此上述长度传感器的放大倍数可以通过光学透镜可以进一步增大放大倍数，继而提高测量精度。

在进一步优化的方案中，上述长度传感器中，还包括第二凸透镜一，设置于第一凸透镜一与光电探测器一之间，且第一凸透镜一的焦点与第二凸透镜一的焦点重合，第二凸透镜一用于接收从第一凸透镜一出射的激光束一；此时，光电探测器一则用于接收从第二凸透镜一出射的平行的激光束一。

通过设置第二凸透镜一，可以使得入射至光电探测器的激光束为平行光，保障了光电探测器的测量精度，避免由于光电探测器的激光入射角变化对于位置测量精度的影响。

在另一个实施方案中，上述长度传感器中，还包括反射镜，用于将三角波反射镜的反射面反射的激光束一，反射至第一凸透镜一。通过设置反射镜，可以改变第一凸透镜一、光电探测器一的摆放位置，以适应不同尺寸结构要求。

在另一个实施方案中，上述长度传感器中，还包括激光束二，入射至三角波反射镜的反射面，且激光束一与激光束二在反射面的初始入射点位置不同；第一凸透镜二，用于接收三角波反射镜的反射面反射的激光束二；光电探测器二，用于接收从第一凸透镜二出射的激光束二，并测量其入射位置；且光电探测器二与第一凸透镜二之间的距离大于两倍第一凸透镜二的焦距距离；所述处理系统具体用于，根据所述光电探测器一上所接收到的激光束一的入射位置变化量，或者所述光电探测器二上所接收到的激光束二的入射位置变化量，处理得到被测物体的位移变化值。

通过两组测量组件(激光束、第一凸透镜、光电探测器)的设置，当其中一组测量组件不能接收到激光束时可以通过另一组测量组件测得，保障本新型长度传感器的可靠性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明长度传感器可以实现激光束位移的光学放大，因此可以进一步增大放大倍数，继而提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为传统长度传感器的结构示意图。

图2为实施例中一种新型长度传感器的结构示意图。

图3为实施例中另一种新型长度传感器的结构示意图。

图4为实施例中另一种新型长度传感器的结构示意图。

图5为实施例中另一种新型长度传感器的结构示意图。

图中标记说明

激光源一1，激光束一3，三角波反射镜5，反射镜4，壳体6，光电探测器一7，第一凸透镜一8，第二凸透镜一9，凹透镜10。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图2-5，本实施例中提供的新型长度传感器，包括三角波反射镜5，激光源一1，第一凸透镜，光电探测器一7及处理系统。其中，三角波反射镜5包括若干个反射面。激光源一1发射的激光束一3入射至三角波反射镜5的一个反射面，经该反射面反射后入射至第一凸透镜一8。第一凸透镜一8用于接收三角波反射镜5的反射面反射的激光束一3，并透射至光电探测器一7。光电探测器一7与第一凸透镜一8之间的距离大于两倍第一凸透镜一8的焦距距离，光电探测器一7用于接收从第一凸透镜一8出射的激光束一3，并测量其入射位置。处理系统用于根据光电探测器一7接收到的激光束一3的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。该计算过程基于三角几何关系完成，对于本领域技术人员而言是公知常识，故此处不做细述，也可参见专利号为ZL201520393174.9的中国实用新型中的相关描述。

如图3所示，在另一个实施方案中，在图2所示结构基础上，本新型长度传感器还可以包括第二凸透镜一9，第二凸透镜一9设置于第一凸透镜一8与光电探测器一7之间，且第一凸透镜一8的焦点与第二凸透镜一9的焦点重合，使得从第一凸透镜一8出射的激光束经第二凸透镜一9聚焦后变为平行光，第二凸透镜一9用于接收从第一凸透镜一8出射的激光束一3；此时，光电探测器一7则接收的是从第二凸透镜一9出射的平行激光束一3。通过设置第二凸透镜一9，可以使得入射至光电探测器一7的激光束一3为平行激光束。

如图4所示，在另一个实施方案中，将图2所示结构中的第一凸透镜一8用凹透镜10代替，直接利用凹透镜10的散射原理进行放大。当然地，也可以将图3所示结构中的第一凸透镜一8用凹透镜10代替。

如图5所示，在另一个实施方案中，本新型长度传感器还可以包括反射镜4，用于将三角波反射镜5的反射面反射的激光束一3，反射至第一凸透镜一8或凹透镜10中。通过反射镜4改变光路的传输方向，继而改变第一凸透镜一8、光电探测器一7的摆放位置，以增强整个长度传感器装置尺寸结构的灵活性。

上述几种不同结构的新型长度传感器中，还可以包括壳体6，激光束一3由激光源一1发射得到，激光源一1、第一凸透镜一8、光电探测器一7均位于壳体6内，形成读数头，所述读数头的收发端面可穿过激光束一3以及所述激光束一3的反射激光束。在调试和测量时，只需要将读数头对准三角波反射镜5并调整二者相对位置，便能快速的将激光源一1、第一凸透镜一8、光电探测器一7与三角波反射镜5的光路位置关系调试至符合测量条件。

在另一个实施方案中，上述几种不同结构的新型长度传感器中，还可以包括激光源二，第一凸透镜二以及光电探测器二。其中，激光源二用于发射激光束二，激光束二入射至三角波反射镜5的反射面，且激光束一3与激光束二在反射面的初始入射点位置不同。第一凸透镜二用于接收三角波反射镜5的反射面反射的激光束二。光电探测器二与第一凸透镜二之间的距离大于两倍第一凸透镜二的焦距距离，光电探测器二用于接收从第一凸透镜二出射的激光束二，并测量其入射位置。此时所述处理系统则用于根据所述光电探测器一7上所接收到的激光束一3的入射位置变化量，或者所述光电探测器二上所接收到的激光束二的入射位置变化量，处理得到被测物体的位移变化值。

容易理解的，第一凸透镜二可以用凹透镜10代替。

第一凸透镜二或凹透镜10的前方也可以设置反射镜4，用于将三角波反射镜5的反射面反射的激光束二反射至第一凸透镜一8或凹透镜10。

第一凸透镜二或凹透镜10的后方也可以设置第二凸透镜二，用于接收从第一凸透镜二出射的激光束二；此时，光电探测器二则用于接收从第二凸透镜二出射的平行的激光束二。

光电探测器一7与光电探测器二相互平行设置，且均垂直或平行于所述读数头的收发端面，便于调节读数头与三角波反射镜的光路。

另外，激光源一1和激光源二的间距可调，所述光电探测器一7与所述光电探测器二的间距可调，激光束一3、激光束二相对读数头收发端面的出射角度均可调。因此激光源一3、激光源二与三角波反射镜5的光路能够方便的进行调整，也能够轻易实现激光源一1、激光源二发射的激光束通过反射面反射到光电探测器上的感光长度变化值大于被测物体位移值，以便于通过检测光电探测器一7、光电探测器二上感光长度大小来反推被测物体的位移，提高测量精度。

三角波反射镜5设有便于固定在被测物体上的安装孔或粘贴件，被测物体安装于三角波反射镜5上。图2-5中，位移前的三角波反射镜用实线画出，位移后的三角波反射镜用虚线画出。当被测物体位移时，三角波反射镜随之一起位移，通过测量位移过程中激光束一3或激光束二经三角波反射镜的反射面反射后的激光束位于光电探测器一7或光电探测器二上的反射位置点的变化，每个时刻激光束一3、激光束二在反射面上反射后的两条激光束中至少有一条反射激光能够被对应的光电探测器一7、光电探测器二所检测，即光电探测器一7、光电探测器二的长度适应激光束一3、激光束二反射激光束在对应光电探测器上反射位置点的变化，该两个光电探测器上的反射激光感光长度变化远大于被测物体真实的位移大小。处理系统能够根据两个光电探测器上激光束一3或激光束二反射位置的变化值来计算被测物体位移的变化值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.新型长度传感器，其特征在于，包括：

三角波反射镜，包括若干个反射面；

激光束一，入射至三角波反射镜的一个反射面；

第一凸透镜一，用于接收三角波反射镜的反射面反射的激光束一；

光电探测器一，用于接收从第一凸透镜一出射的激光束一，并测量其入射位置；且光电探测器一与第一凸透镜一之间的距离大于两倍第一凸透镜一的焦距距离；

处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。

2.根据权利要求1所述的新型长度传感器，其特征在于，还包括第二凸透镜一，设置于第一凸透镜一与光电探测器一之间，且第一凸透镜一的焦点与第二凸透镜一的焦点重合，第二凸透镜一用于接收从第一凸透镜一出射的激光束一；此时，光电探测器一则用于接收从第二凸透镜一出射的平行的激光束一。

3.根据权利要求1或2所述的新型长度传感器，其特征在于，所述第一凸透镜一用凹透镜代替。

4.根据权利要求1-3任一所述的新型长度传感器，其特征在于，还包括反射镜，用于将三角波反射镜的反射面反射的激光束一，反射至第一凸透镜一。

5.根据权利要求1-4任一所述的新型长度传感器，其特征在于，还包括：

激光束二，入射至三角波反射镜的反射面，且激光束一与激光束二在反射面的初始入射点位置不同；

第一凸透镜二，用于接收三角波反射镜的反射面反射的激光束二；

光电探测器二，用于接收从第一凸透镜二出射的激光束二，并测量其入射位置；且光电探测器二与第一凸透镜二之间的距离大于两倍第一凸透镜二的焦距距离；

所述处理系统具体用于，根据所述光电探测器一上所接收到的激光束一的入射位置变化量，或者所述光电探测器二上所接收到的激光束二的入射位置变化量，处理得到被测物体的位移变化值。

6.根据权利要求5所述的新型长度传感器，其特征在于，所述第一凸透镜二用凹透镜代替。

7.根据权利要求5或6所述的新型长度传感器，其特征在于，第一凸透镜二或凹透镜的前方设置有反射镜，用于将三角波反射镜的反射面反射的激光束二反射至第一凸透镜二或凹透镜。

8.根据权利要求5或6或7所述的新型长度传感器，其特征在于，第一凸透镜二或凹透镜的后方设置有第二凸透镜二，用于接收从第一凸透镜二出射的激光束二；此时，光电探测器二则用于接收从第二凸透镜二出射的平行的激光束二。

9.根据权利要求5所述的新型长度传感器，其特征在于，还包括壳体，所述激光束一、激光束二分别由激光源一、激光源二发射得到，所述激光源一、激光源二、第一凸透镜一、第一凸透镜二、光电探测器一、光电探测器二均位于壳体内，形成读数头，所述读数头的收发端面可穿过激光束一、激光束二以及所述激光束一、激光束二的反射激光束。

10.根据权利要求9所述的新型长度传感器，其特征在于，所述光电探测器一与所述光电探测器二相互平行设置，且均垂直或平行于所述读数头的收发端面。