CN111656133B - 用于距离偏移量测量的传感器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量沿着纵向轴线的偏移量的感测装置包括：壳体，其包含多个狭槽；沿着所述纵向轴线对准的光学传感器的两个或更多个阵列，所述阵列中的至少一个相对于其它阵列沿着所述纵向轴线偏移；以及微控制器，其耦合到光学传感器的所述两个或更多个阵列且被配置成确定沿着所述纵向轴线的位置偏移，光学传感器的阵列中的至少一个在所述位置偏移处检测到光。在一些实施例中，所述阵列的光学传感器中的每一个定位于所述壳体内在所述多个狭槽中的一个下方以减少所接收辐射的入射角。

Description

用于距离偏移量测量的传感器装置

相关申请的交叉引用

本申请案是基于且以引用的方式并入2018年8月10日提交的第16/100,458号美国非临时专利申请案和2018年2月6日提交的第62/626,954号美国临时专利申请案，以上申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及对对象的包含变形的结构改变的测量，且具体来说涉及用于测量用于储存罐校准的偏移量的装置。

背景技术

在石油和天然气行业中，周期性地校准储存罐以便能够准确地确定其燃料容量。这是重要的任务，因为一些储存罐是极大的，且可储存2,000,000桶或更多。此类罐的相对小百分比的体积误差会转换成在油桶体积方面的相当大的误差。

确定罐体积的常规方法是用流体填充罐，并且接着在达到容量之后，在排空流体时对其进行计量。此方法既耗时又昂贵，且在进行容量测量时罐无法使用。最近，已经应用基于光学感测的测量技术，其克服了常规填充和排空方法的限制。以全文引用的方式并入本文中的共同拥有和转让的第9,188,472号美国专利('472专利)描述了特别适合于燃料罐校准的光学测量系统和方法。然而，此先前专利并未公开关于高效地实现此任务的传感器配置的细节，而是依赖本领域的技术人员开发此传感器。本公开表示对先前系统将需要的最简单传感器系统的概念的显著改进。图1是根据'472专利的罐校准系统的示意性侧视图。系统100包含：储存罐；机器人装置104，例如吊运车或无人机，其可被远程控制以向上、向下和围绕储存罐的圆周移动；激光参考装置106，其定位于距储存罐的中心的已知距离处；以及光学传感器108，其耦合到机器人装置。储存罐上的参考点具有“参考圆周”，储存罐的表面的偏差是相对于所述参考圆周确定的。

在操作中，激光参考装置106发射平行于罐的壁定向的竖直参考激光线110(光束在水平方向上具有线性宽度)。随着机器人装置104沿罐的圆周上下移动，来自激光参考装置106的光由耦合到机器人装置的光学传感器108连续地检测。罐的表面上的任何隆起部、凹部和不均匀性都将使光学传感器108捕获和检测由激光参考装置106发射的激光辐射的位置偏移。测得的偏移量可用以计算表面从参考圆周的变形的量值。

由于计算取决于对光学传感器108检测激光的位置的准确读取，因此此方法在可观的程度上依赖于光学传感器的设计。虽然罐校准技术已经快速发展，但尚未针对此程序优化光学传感器。

因此需要一种特别适于相对于纵向轴线(例如，竖直线)准确地测量偏移量的光学传感器。

相对于这些和其它考虑来呈现本文的公开内容。

发明内容

本发明的实施例提供用于测量沿着纵向轴线的偏移量的感测装置。所述感测装置包括：壳体，其包含具有多个狭槽的前表面；沿着纵向轴线线性地对准的光学传感器的两个或更多个阵列，所述阵列中的至少一个相对于其它阵列沿着纵向轴线偏移；以及微控制器，其耦合到光学传感器的所述两个或更多个阵列且被配置成确定沿着纵向轴线的位置偏移，光学传感器的所述两个或更多个阵列中的至少一个在所述位置偏移处检测到光。在一些实施例中，所述两个或更多个阵列的光学传感器中的每一个定位于所述壳体内在所述多个狭槽中的一个下方，以便减少由所述两个或更多个阵列的光学传感器接收的辐射的入射角。

在某些实施例中，所述多个狭槽中的至少一些朝向中心倾斜以进一步减少由光学传感器接收的辐射的入射角。优选的是光学传感器的所述两个或更多个阵列一起覆盖沿着沿纵向轴线的距离跨度的所有位置。

在某些实施例中，所述感测装置还包括至少一个滤光器元件，所述至少一个滤光器元件定位在所述壳体内且至少部分地覆盖所述两个或更多个阵列的光学传感器，以便阻挡除激光参考光束的波长外的波长到达光学传感器。

在某些实施方案中，所述感测装置包含相对于垂直于纵向轴线的横向轴线线性地布置的光学传感器的额外阵列，其中所述微控制器耦合到光学传感器的所述额外阵列且被配置成确定沿着横向轴线的位置偏移，光学传感器的所述额外阵列在所述位置偏移处检测到光。

所述两个或更多个阵列中的至少一个可与所述两个或更多个阵列中的其它阵列定位于所述多个狭槽下方的不同深度处。光学传感器的所述两个或更多个阵列可包含对激光参考光束的波长敏感的光电二极管。在一些实施例中，所述感测装置还包括适于测量装置相对于重力向量的倾斜的加速度计。在某些实施方案中，第一、第二和第三阵列中的至少一个包含单个连续光学传感器。

在一个实施例中，所述两个或更多个传感器包含第一、第二和第三光学阵列，其中第二光学阵列相对于第一和第三光学阵列线性地偏移。

本发明的另外实施例提供用于测量沿着纵向轴线的偏移量的感测装置。所述感测装置包括：壳体，其具有前表面；在壳体内沿着纵向轴线线性地对准布置的光学传感器的两个或更多个阵列，所述两个或更多个阵列中的至少一个相对于其它阵列沿着纵向轴线偏移；以及微控制器，其耦合到光学传感器的所述两个或更多个阵列且被配置成确定沿着纵向轴线的位置偏移，光学传感器的所述两个或更多个阵列中的至少一个在所述位置偏移处检测到光。

在某些实施例中，所述两个或更多个阵列的光学传感器中的每一个定位于壳体内在所述多个狭槽中的一个下方，以便减少由所述两个或更多个阵列的光学传感器接收的辐射的入射角。所述多个狭槽中的至少一些可朝向中心倾斜以进一步减少由光学传感器接收的辐射的入射角。优选的是所述两个或更多个阵列一起覆盖沿着沿纵向轴线的距离跨度的所有位置。

本发明的感测装置的一些实施例包含相对于垂直于纵向轴线的横向轴线线性地布置的光学传感器的额外阵列。微控制器可耦合到光学传感器的所述额外阵列且被配置成确定沿着横向轴线的位置偏移，光学传感器的所述额外阵列在所述位置偏移处检测到光。

在一些实施方案中，所述两个或更多个阵列中的至少一个与所述阵列中的其它阵列定位于所述多个狭槽下方的不同深度处。光学传感器的所述两个或更多个阵列可包含对激光参考光束的波长敏感的光电二极管。为了帮助确定定向，感测装置可进一步包括适于测量装置相对于重力向量的倾斜的加速度计。在另外的实施方案中，所述两个或更多个阵列中的至少一个包含单个连续光学传感器。

在一些实施方式中，所述两个或更多个传感器包含沿着纵向轴线线性地布置的第一、第二和第三光学阵列，其中第二光学阵列相对于第一和第三光学阵列线性地偏移。

这些和其它方面、特征和优点可从本发明的某些实施例和附图以及权利要求的以下描述中理解。

附图说明

图1是现有技术中公开的罐校准系统的示意性侧视图。

图2是根据本发明的实施例的用于测量沿着纵向轴线的偏移量的感测装置的实施例的平面图。

图3是根据本发明的实施例的感测装置的另一实施例的平面图。

图4是根据本发明的感测装置的实施例的纵向横截面图。

图5是根据本发明的感测装置的另一实施例的纵向横截面图。

图6是根据本发明的实施例的用于测量沿着纵向轴线和横向轴线的偏移量的感测装置的实施例的平面图。

图7是示出根据本发明的感测装置的实施例的工程化视图，所述感测装置示出为耦合到用于在结构周围导航的机器人装置。

图8是根据本发明的实施例的用于测量沿着纵向轴线的偏移量的系统的示意性框图。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种包含光学传感器的线性阵列的感测装置，所述光学传感器彼此邻近且沿着纵向轴线相对于彼此偏移。在某些实施例中，所述光学传感器包括多个线性光电二极管阵列或相似的高分辨率光学传感器。由于邻近线性阵列之间的偏移，在线性阵列内个别地发生的任何间隙沿着纵向轴线位于不同水平处。因此，存在光学传感器，其被定位以在感测装置的跨度内的所有纵向位置(即，覆盖所有间隙)捕获光。感测装置可以相对于表面以固定距离定位，且沿着表面行进以提供表面相对于其它测量值的偏移量和/或激光和感测装置的机械偏移量的代理测量。

图2是根据本发明的实施例的用于测量沿着纵向轴线(L)的偏移量的感测装置的平面图。感测装置200包括大体上矩形壳体201，其中嵌入光学传感器202、204、206的线性阵列。虽然示出三个线性阵列，但感测装置中可包含的线性阵列的数目不限于此数目，且可大体上包含两个或更多个线性阵列。线性阵列202朝向壳体的左边边缘定位，线性阵列204被定位成在右边邻近于线性阵列204，且线性阵列206被定位成朝向壳体的右边边缘在右边邻近于线性阵列204。在描绘的实施例中，线性阵列202、204、206中的每一个包含沿着纵向轴线串联布置的三个单独光学传感器元件。因此，线性阵列彼此平行地布置。线性阵列202包含：光学传感器元件212，其朝向装置的第一末端起始第一纵向位置；光学传感器元件214，其沿着纵向轴线与光学传感器元件分离一个间隙距离215；以及另一光学传感器元件216，其朝向感测装置的相对末端定位，通过间隙与传感器元件214分离。图3示出根据本发明的感测装置300的替代实施例。此实施例还包含光学元件的三个线性阵列302、304、306。然而，每一线性阵列302、304、306分别包含单个连续光学元件312、322、332，而不是单独元件，例如图2所示的三个单独元件。虽然较小光学元件更容易可用且更便宜，但较长的连续光学元件没有间隙，这是某些实施例可以考虑的因素，如紧接在下文所描述。

线性阵列204还包含三个光学传感器元件222、224、226。然而，传感器元件222、224、226的纵向位置相对于线性阵列202的传感器元件212、214和216纵向偏移。更具体地，光学传感器元件222相对于传感器元件212朝向壳体的边缘(较高，如所描绘)位于偏移距离(D)，传感器元件224位于高于传感器元件214的同一偏移距离(D)，且传感器元件226位于高于传感器元件216的同一偏移距离。在图1中可辨别，线性阵列202的传感器元件212与214之间的间隙215的纵向跨度被线性阵列204的光学传感器224覆盖。通过以示出的方式偏移阵列，光学传感器元件之间的间隙可被装置的其它传感器元件覆盖。应注意当使用连续传感器(无间隙)时，有可能使用单个线性阵列，或两个垂直线性阵列。然而，对单个阵列(在一个或两个轴向方向上)的依赖减少了可用的数据量(例如，倾斜和旋转数据)。

线性阵列206包含与传感器元件212、214、216纵向定位于相同位置的光学传感器元件232、234、236。在此配置中，线性阵列206还相对于线性阵列204偏移，并且因此所有邻近线性阵列相对于彼此纵向偏移。可使用此项技术中已知的高分辨率光电二极管实施光学传感器元件中的任一个或全部。优选地将光学传感器选择为对校准系统中使用的激光的波长敏感，以优先响应所述波长。多个线性阵列提供冗余并且还提供旋转信息，因为由于阵列之间的横向偏移将导致差异读数，因此感测装置在罐周围(经由机器人装置)的旋转是可检测的。

简要地转向图7，根据图2所示的实施例的感测装置200可安装的一种方式被说明为安装在机器人车辆280上，所述机器人车辆可用以进行用于结构(例如，罐)校准的偏移量测量。当机器人车辆在结构的表面上滚动时，感测装置的光学传感器元件在特定像素处检测激光参考线，这可随后转换为从结构的参考圆周的偏移量。如果照射了多个像素，那么可使用平均化算法来确定光束的中心。这可包含对照明中的间隙的校正。读数也可以通过校准映射到特定偏移量。

光学传感器元件中的一个或多个可以定位于使入射辐射的入射角最小化的凹孔中。换句话说，感测装置的壳体表面可含有开口(狭槽)，且光学传感器元件可定位于狭槽下方的装置的表面下方。通过将传感器元件设定于装置的表面下方，使入射角最小化，从而确保检测到的实质大多数辐射垂直于感测装置的表面入射且来自激光参考装置。在某些实施例中，为了进一步减少检测到杂散辐射的可能性，狭槽可朝向中心倾斜以保持较窄，同时仍允许检测激光辐射。此倾斜可考虑在激光照射于传感器元件上时激光的各种入射角。举例来说，倾斜可以在狭槽的两侧不对称，以高效地最小化狭槽大小和入射角，同时仍确保激光可在每个位置到达传感器元件。

图4是感测装置200的横截面图，示出包含光学传感器元件212、214、216的线性阵列202，所述光学传感器元件安装于壳体的表面下方的相应狭槽242、244、246内或另外与其配准。相应滤光器元件252、254、256定位于传感器元件212、214、216上方，以便提供对原本将照射在相应传感器元件上的波长的相应滤光。滤光器元件252、254、256可以是单用途滤光器，例如仅使匹配于激光的波长的窄带通过的带隙滤光器，或减少反射光和散射光的检测的偏振滤光器。更优选地，滤光器元件可与多个组件组合功能性。还优选地将光学传感器元件选择为对激光的波长特别敏感。在某些实施例中，光学传感器元件输出每一像素读数的模拟测量值，以便准确地找到光正照射阵列的质心。在其它实施例中，传感器元件可输出每一像素的数字(接通/断开)信号，这仍实现质心的确定，但准确性较低。另外，可以数字方式传送质心读数或每一像素的读数。

在图5中示出的感测装置400的另一实施例中，光学元件的线性阵列的深度是不均匀的。在此末端横截面图中可见，线性阵列402位于狭槽412下方的深度D1处，线性阵列404位于狭槽414下方的大于D1的深度D2处，且线性阵列406位于狭槽416下方的深度D1处。可使用此项技术中已知的常规机械间隔物或其它固定件来确立线性阵列之间的高度差。线性阵列的不均匀深度可提供关于感测装置与激光参考装置之间的潜在未对准的信息。

根据本发明的感测装置的其它实施例包含光学感测元件的竖直和水平阵列。在作为此实施例的平面图的图6中，感测装置500包含适于检测相对于纵向轴线的偏移量的三个竖直阵列：包含光学传感器元件502、504和506的第一竖直阵列，包含光学传感器元件512、514和516的第二(中间)竖直阵列，以及包含光学传感器元件522、524和526的第三竖直阵列。如图所示，包含传感器元件512、514和516的中间竖直阵列相对于其它竖直阵列偏移。然而，竖直阵列被布置成使得邻近阵列覆盖任何间隙(即，感测装置整体不存在间隙)。另外，存在适于检测相对于横向轴线的偏移量的水平阵列。第一水平阵列包含光学传感器元件532、534和536，且第二水平阵列包含光学传感器元件542、544和546。除竖直偏移量之外，水平阵列还实现水平偏移量的检测。在替代实施例中，可使用光学感测元件的二维阵列而不是相异和单独的竖直和水平传感器元件。

激光参考装置106(图1)可适于利用包含光学传感器元件的竖直和水平线性阵列的感测装置的实施例。举例来说，并非投射线形光束，激光参考装置可投射十字形状的光束(经由合适的孔口)，或替代地，可一起发射两个激光束以形成T或十字。在其中传感器元件阵列紧密间隔的某些实施方案中，激光器可以引导可由所有或若干阵列同时检测的具有大直径的光束，从而允许确定准确质心。光束在此情况下可具有可变强度的径向图案以帮助更准确地确定中心。

图8是根据本发明的用于测量偏移量的系统的示意图。传感器的线性阵列(例如，202、204、206)检测光学输入且输出模拟检测信号。模拟信号可通过与传感器模块中的传感器并置的ADC转换组件转换成数字信号，或者可以模拟形式经由导线连接直接传送到微控制器820。微控制器820可驱动传感器的线性阵列202、204、206的读数。可使用例如微处理器或数字信号处理器等一个或多个处理器实施微控制器820。在一些实施例中，微控制器820可包含用于将在一个或多个通信端口上接收的模拟信号转换为数字信号以用于进一步处理的一个或多个ADC组件。810也可以是微控制器组件的部分。在描绘的实施例中，微控制器820在感测装置内与线性阵列202、204、206和ADC 810并置。然而，在其它实施例中，ADC 810基于已知协议通过有线或无线连接以通信方式耦合到微控制器820。微控制器820以通信方式耦合到多个收发器824a、824b、824c、824d，微控制器经由收发器可以将传感器数据发射到控制机器人车辆且与最终用户通信的其它微控制器。在某些实施例中，感测装置包含加速度计或惯性测量单元830，其将关于感测装置的额外定向数据提供到微控制器820。

在操作中，微控制器820从线性阵列接收光检测数据，且使用在其中执行的代码由此数据确定由激光参考装置发射的激光束正照射感测装置的位置。由于激光参考装置的位置是已知的，因此可从此信息导出到感测装置的位置的偏移量。在优选实施方案中，微控制器利用多次测量来固定激光束的位置。此程序提供感测装置的两个位置之间的高准确性相对测量。从加速度计接收的数据可由微控制器820使用，以再次校正相对于经由机器人车辆由感测装置横穿的表面的法线方向的移动或倾斜，但是使用在微控制器820的处理器中执行的代码。类似地，跨越多个线性阵列的读数可以由微控制器820进行比较以确定围绕例如罐壁等弯曲表面的倾斜或水平漂移，从而允许对位置或数据自身的校正。线性阵列与加速度计之间的数据融合可用以更好地估计传感器元件的位置和定向。在一些实施例中，读数可基于数字读数(脉冲过程)而不是绝对模拟读数。

使用已知距离处的已校准装置，可通过在激光束照射到感测装置时测量激光束的宽度来验证感测装置相对于基站的对准。如果其大于应有的值，那么这意味着在感测装置的表面的平面法线与正发射光的方向之间存在角度未对准。这可能是由于基站对准的误差或由感测装置表面相对于地面(即，重力向量的法向)成角度而引起。可以使感测装置置于其上的机器人车辆的定向稳定，以确保经由感测装置相对于结构表面的旋转可以维持最细的线，从而克服由于感测装置带来的潜在未对准。在其它实施例中，感测装置可定位在机器人装置上的旋转臂或轴上，使得可通过致动来改变传感器相对于机器人装置的定向。以此方式，感测装置可以相对于由重力向量限定的竖直方向以两个自由度(横滚，俯仰)旋转。如所提到，可通过机载加速度计830来辅助对准校正。替代地，如果误差是来自基站的未对准，那么基站可利用此信息来尝试对准自身，可能使用多个传感器选择对准设定，所述对准设定使与可用输入的准确性和可靠性成比例的误差最小化。信息可以是通过相应机载收发器在感测装置与基站之间的通信。

在另外的实施例中，从一个或多个激光参考装置发射两个或更多个平行激光束。在此类实施例中，可使用微控制器820获得偏移量测量，而不必担心传感器组合件中的间隙。可通过确保每一激光之间的扩展保持恒定来验证两个或更多个参考装置相对于基站的对准。另外，平行激光线之间的距离可用以确定传感器组合件的倾斜，可能与加速计数据配合使用。另外，运载感测装置的机器人车辆可具有距离测量传感器(例如，激光雷达、超声等)，其测量基站与感测装置之间的距离或到地面或其它参考的距离。

应理解，本文中所公开的任何结构和功能细节不应被解释为限制系统和方法，而是被提供为用于向本领域的技术人员教示用于实施方法的一种或多种方式的代表性实施例和/或布置。

应进一步理解，贯穿几个附图，在附图中相同的数字表示相同的元件，并且对于所有实施例或布置不是需要所有的参考附图描述和说明的组件和/或步骤。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且并非意图限制本发明。如本文所使用，单数形式“一”和“所述”希望还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。另外应理解，术语“包括”在用于本说明书中时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。

这里使用的定向的术语仅出于约定和参考的目的，而不应被理解为限制。然而，应认识到，这些术语可参考观看者使用。因此，没有暗示或推断任何限制。

而且，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的并且不应被视为是限制性的。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”、“含有”、“涉及”以及其变体意在涵盖其后列出的项目和其等同物以及额外项目。

虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应了解在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变并且其多种元素可以由等效物代替。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，所属领域的技术人员将理解许多修改来使特定仪器、情形或材料适于本发明的教示。因此，不希望本发明限于作为预期用于执行本发明的最佳模式来公开的具体实施方案，而是本发明将包含属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (16)

1.一种用于测量沿着纵向轴线的偏移量的感测装置，其包括：

壳体，其包含具有多个狭槽的前表面；

两个或更多个阵列，每个阵列包括沿着所述纵向轴线线性地对准的多个光学传感器，所述两个或更多个阵列中的至少一个相对于至少两个阵列中的其它阵列在所述纵向轴线的方向上偏移，同时相对于至少两个阵列中的其他阵列在沿着所述纵向轴线的纵向位置重叠，使得两个或更多个阵列中的至少一个具有与至少两个阵列中的其它阵列不同的如沿着所述装置的纵向轴线测量的端点；

微控制器，其耦合到光学传感器的所述两个或更多个阵列且被配置成确定沿着所述纵向轴线的位置偏移，所述两个或更多个光学传感器阵列中的至少一个在所述位置偏移处检测到激光参考光束；

其中所述两个或更多个阵列的所述光学传感器中的每一个定位于所述壳体内在所述多个狭槽中的一个正下方，多个狭槽中的每个具有与位于下方的光学传感器的相应阵列的边缘对准的边缘。

2.根据权利要求1所述的感测装置，其中光学传感器的两个或更多个阵列一起覆盖沿着沿所述纵向轴线的距离跨度的所有位置。

3.根据权利要求1所述的感测装置，还包括至少一个滤光器元件，所述至少一个滤光器元件定位在所述壳体内且至少部分地覆盖所述两个或更多个阵列的所述光学传感器以便阻挡除所述激光参考光束的波长外的波长到达所述光学传感器。

4.根据权利要求1所述的感测装置，还包括：

相对于垂直于所述纵向轴线的横向轴线线性地布置的光学传感器的额外阵列，

其中所述微控制器耦合到光学传感器的所述额外阵列且被配置成确定沿着所述横向轴线的位置偏移，光学传感器的所述额外阵列在所述位置偏移处检测到激光参考光束。

5.根据权利要求1所述的感测装置，其中光学传感器的两个或更多个阵列中的至少一个与所述两个或更多个阵列中的其它阵列定位于所述多个狭槽下方的不同深度处。

6.根据权利要求1所述的感测装置，其中光学传感器的两个或更多个阵列包含对激光参考光束的特定波长敏感的光电二极管。

7.根据权利要求1所述的感测装置，还包括适于测量所述装置相对于重力向量的倾斜的加速度计。

8.根据权利要求1所述的感测装置，其中光学传感器的两个或更多个阵列包含：

沿着所述纵向轴线线性地对准的光学传感器的第一阵列；

沿着所述纵向轴线线性地对准的光学传感器的第二阵列，所述第二阵列邻近于所述第一阵列且相对于所述第一阵列沿着所述纵向轴线偏移；以及

沿着所述纵向轴线线性地对准布置的光学传感器的第三阵列，所述第三阵列邻近于所述第二阵列定位且与所述第一阵列相反地相对于所述第二阵列沿着所述纵向轴线偏移。

9.一种用于测量沿着纵向轴线的偏移量的感测装置，其包括：

壳体，其具有前表面；

两个或更多个阵列，每个阵列包括在所述壳体内在所述纵向轴线的方向上线性地对准布置的多个光学传感器，所述两个或更多个阵列中的至少一个相对于所述至少两个阵列中的其它阵列在沿着所述纵向轴线的纵向位置重叠，使得两个或更多个阵列中的至少一个具有与至少两个阵列中的其它阵列不同的如沿着所述装置的纵向轴线测量的端点；

微控制器，其耦合到光学传感器的所述两个或更多个阵列且被配置成确定沿着所述纵向轴线的位置偏移，光学传感器的所述两个或更多个阵列中的至少一个在所述位置偏移处检测到激光参考光束；

其中所述两个或更多个阵列的所述光学传感器中的每一个定位于所述壳体内在多个狭槽中的一个正下方，多个狭槽中的每个具有与位于下方的光学传感器的相应阵列的边缘对准的边缘，且

其中所述两个或更多个阵列中的一个与其它阵列定位于所述壳体的所述前表面下方的不同深度处。

10.根据权利要求9所述的感测装置，其中所述两个或更多个阵列的所述光学传感器中的每一个定位于所述壳体内在多个狭槽中的一个下方，以便减少由所述两个或更多个阵列的所述光学传感器接收的辐射的入射角。

11.根据权利要求9所述的感测装置，其中所述两个或更多个阵列覆盖沿着沿所述装置的所述纵向轴线的距离跨度的所有位置。

12.根据权利要求9所述的感测装置，还包括：

相对于垂直于所述纵向轴线的横向轴线线性地布置的光学传感器的额外阵列，

其中所述微控制器耦合到光学传感器的所述额外阵列且被配置成确定沿着所述横向轴线的位置偏移，光学传感器的所述额外阵列在所述位置偏移处检测到激光参考光束。

13.根据权利要求10所述的感测装置，其中所述两个或更多个阵列中的至少一个与所述两个或更多个阵列中的其它阵列定位于所述多个狭槽下方的不同深度处。

14.根据权利要求9所述的感测装置，其中光学传感器的所述两个或更多个阵列包含对激光参考光束的特定波长敏感的光电二极管。

15.根据权利要求9所述的感测装置，还包括适于测量所述装置相对于重力向量的倾斜的加速度计。

16.根据权利要求9所述的感测装置，其中光学传感器的所述两个或更多个阵列包含：

沿着所述纵向轴线线性地对准的光学传感器的第一阵列；

沿着所述纵向轴线线性地对准的光学传感器的第二阵列，所述第二阵列邻近于所述第一阵列且相对于所述第一阵列沿着所述纵向轴线偏移；以及

沿着所述纵向轴线线性地对准布置的光学传感器的第三阵列，所述第三阵列邻近于所述第二阵列定位且与所述第一阵列相反地相对于所述第二阵列沿着所述纵向轴线偏移。

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