CN110595366B - 一种二维光学位移传感器 - Google Patents

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Abstract

一种二维光学位移传感器，光源射出的光线经由第一传感单元，被偏振分束膜分为两条光路，其中一条光路经由偏振分束棱镜分为两条光路，并分别经由光电探测器进行测量，测量数据传入一个除法运算器进行处理；另一条光路进入第二传感单元，再次分为两条光路，并分别经由光电探测器进行测量，测量数据传入一个除法运算器进行处理；通过所述两个除法运算器处理后的数据变化判断所述第一传感单元二维的移动信息。本发明采用双光路信号探测技术，可以消除光源发光功率波动和光强的吸收等影响因素；采用光学方法，使得该传感器不受电磁等环境因素的干扰，克服了普通电磁式位移传感器的缺点；结构原理简单、制作成本低、并易于实现实时在线自动测量。

Description

一种二维光学位移传感器
技术领域
本发明属于光电检测、光电传感和光信息处理的技术领域，具体涉及一种二维光学位移传感器。
背景技术
位移是工程检测中常见和重要的物理量之一，通过位移检测可以间接测出应力、温度、速度等物理量。位移检测技术就是把位移量转换成与之有确定关系的其它可测量的物理量的检测方法。随着工业技术的发展，位移检测变的十分重要且应用十分广泛，如科技测量、自动装置、机床控制等。位移传感器主要分为接触式和非接触式两种，接触式位移传感器一般是基于电子技术，此类传感器容易受到电磁等环境因素的干扰。非接触式位移传感器中光学方法应用较多，如光纤位移传感技术、光学干涉技术、光栅计量技术等，但他们一般操作精度要求高，且制作也相对复杂。一维位移传感器比较常见，而二维位移传感器却少有报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种二维光学位移传感器，解决二维位移传感检测问题。
一种二维光学位移传感器，包括光源、第一传感单元、偏振分束棱镜、光电探测器、除法运算器和第二传感单元；
所述第一传感单元和第二传感单元，均由透明直角棱镜、偏振分束3和透明旋光材料做成的直角棱镜构成，所述透明直角棱镜和透明旋光材料做成的直角棱镜均为直角三棱柱，两者侧面间设置一层偏振分束膜，形成一个整体的长方体结构，光线垂直于表面入射和出射；
所述光源射出的光线经由第一传感单元，被偏振分束膜分为两条光路，其中一条光路经由偏振分束棱镜分为两条光路，并分别经由光电探测器进行测量，测量数据传入一个除法运算器进行处理；
另一条光路进入第二传感单元，再次分为两条光路，并分别经由光电探测器进行测量，测量数据传入一个除法运算器进行处理；
通过所述两个除法运算器处理后的数据变化判断所述第一传感单元二维的移动信息。
进一步地，所述采用的多个光电探测器采用型号规格完全相同。
进一步地，所述光源产生的可以是激光，也可以是普通光源经过准直后输出的平行光。
本发明基于旋光效应原理，提出一种二维光学位移传感器。传感器中设置了第一传感单元和第二传感单元，实现了对二维方向位移的传感检测。传感器采用双光路信号探测技术，可以消除光源发光功率波动和光强的吸收等影响因素；光学方法的采用使得该传感器不受电磁等环境因素的干扰，克服了普通电磁式位移传感器的缺点；该传感器结构原理简单、制作成本低、并易于实现实时在线自动测量。该专利成果的发明可以很好的应用于位移传感领域。
附图说明
图1为本发明所述的二维光学位移传感器的结构示意图。
图中，1-光源、2-透明直角棱镜、3-偏振分束膜、4-旋光材料做成的直角棱镜、5-偏振分束棱镜、6-光电探测器、7-光电探测器、8-除法运算器、9-旋光材料做成的直角棱镜、10-偏振分束膜、11-透明直角棱镜、12-光电探测器、13-光电探测器、14-除法运算器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
一种二维光学位移传感器，包括光源1、第一传感单元、偏振分束棱镜5、光电探测器、除法运算器和第二传感单元。
所述第一传感单元和第二传感单元，均由透明直角棱镜、偏振分束膜和透明旋光材料做成的直角棱镜构成。
第一传感单元，由透明直角棱镜2、偏振分束膜3和透明旋光材料做成的直角棱镜4构成。直角棱镜4中左右箭头所指的方向，是表示光线沿此方向传输时，光的偏振面将发生旋转。第二传感单元，由透明直角棱镜11、偏振分束膜10和透明旋光材料做成的直角棱镜9构成。直角棱镜9中上下箭头所指的方向，是表示光线沿此方向传输时，光的偏振面将发生旋转。
所述透明直角棱镜和透明旋光材料做成的直角棱镜均为直角三棱柱，两者侧面间设置一层偏振分束膜，形成一个整体的长方体结构，光线垂直于表面入射和出射。
所述光源射出的光线经由第一传感单元，被偏振分束膜3分为两条光路，其中一条光路经由偏振分束棱镜5分为两条光路，并分别经由光电探测器6和7进行测量，测量数据传入一个除法运算器8进行处理。
另一条光路进入第二传感单元，再次分为两条光路，并分别经由光电探测器12和13进行测量，测量数据传入一个除法运算器14进行处理。
通过所述两个除法运算器8和14处理后的数据变化判断所述第一传感单元二维的移动信息。
所述采用的多个光电探测器6、7、12、13采用型号规格完全相同。
所述光源1产生的可以是激光，也可以是普通光源经过准直后输出的平行光。
本发明具体的检测过程，参照图1，如下所述：
当第一传感单元上下移动时，光线在透明旋光材料做成的直角棱镜4中传输的光程发生变化，从而光线经过透明旋光材料做成的直角棱镜4后偏振面所旋转的角度将发生变化，光电探测器6和7接收到的光强将发生变化，除法运算器8将光电探测器6接收的光强除以光电探测器7接收的光强，因此，除法运算器8输出的信息将发生变化，从而检测出第一传感单元上下移动的信息。但此时，由于第一传感单元上下移动，导致被偏振分束膜3所反射的光线将左右移动，从而导致进入第二传感单元的光线在9中传输的光程发生了变化，从而导致除法运算器14输出的信息也发生变化。由于除法运算器8和14输出的信息均发生变化，因此此时无法判断第一传感单元是左右移动了还是垂直移动了。
当第一传感单元左右移动时，光线在4中传输的光程不发生变化，从而光线经过4后偏振面所旋转的角度将不发生变化，光电探测器6和7接收到的光强将不发生变化，除法运算器8将光电探测器6接收到的光强除以光电探测器7接收到的光强，因此，除法运算器8输出的信息不发生变化；但是，由于第一传感器单元左右移动，导致被偏振分束膜3所反射的光线也将左右移动，从而导致进入第二传感单元的光线在9中传输的光程发生了变化，从而导致光线经过9后偏振面旋转的角度将发生变化，进而光电探测器12和13接收到的光强发生变化，除法运算器14输出的信息也发生变化，从而检测出第一传感单元左右移动的信息。
因此，当除法运算器8输出的信息不变化时，除法运算器14输出的信息可以检测到第一传感单元左右移动的信息。当除法运算器8输出的信息变化时，不管除法运算器14输出的信息如何，而直接由除法运算器8输出的信息可以检测到第一传感单元上下移动的信息。从而实现二维位移检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (3)

1.一种二维光学位移传感器，包括光源、第一传感单元、偏振分束棱镜、光电探测器、除法运算器和第二传感单元，其特征在于：
所述第一传感单元和第二传感单元，均由透明直角棱镜、偏振分束膜和透明旋光材料做成的直角棱镜构成，所述透明直角棱镜和透明旋光材料做成的直角棱镜均为直角三棱柱，两者侧面间设置一层偏振分束膜，形成一个整体的长方体结构，光线垂直于传感单元表面入射和出射；
所述光源射出的光线经由第一传感单元，被偏振分束膜分为两条光路，其中一条光路经由偏振分束棱镜分为两条光路，并分别经由光电探测器进行测量，测量数据传入一个除法运算器进行处理；
另一条光路进入第二传感单元，再次分为两条光路，并分别经由光电探测器进行测量，测量数据传入一个除法运算器进行处理；
通过所述两个除法运算器处理后的数据变化判断所述第一传感单元二维的移动信息。
2.根据权利要求1所述的一种二维光学位移传感器，其特征在于：所述采用的多个光电探测器采用型号规格完全相同。
3.根据权利要求1所述的一种二维光学位移传感器，其特征在于：所述光源产生的可以是激光，也可以是普通光源经过准直后输出的平行光。
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《磁致旋光增强效应与微量样品旋光检测方法》;梁忠诚;《光学学报》;20090831;全文 *

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