CN111965657A - 一种小型高精度激光位移传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型高精度激光位移传感器，包括安装壳、安装于安装壳内的光学模块和主控PCB以及安装于安装壳上的操作面板，所述光学模块包括光学支架、安装于光学支架上的用于向被测物投射激光的激光发射组件、用于折射被测物反射的激光的折射组件和用于接收折射组件的折射激光的激光接收组件，所述激光发射组件包括激光发射灯、光圈大小控制圈和发射端平透镜，所述安装壳位于激光发射灯投射方向的侧壁上安装有滤杂光镜片，所述折射组件包括接收凸透镜、接收端滤光片和反光镜，所述激光接收组件包括接收器和接收器PCB，通过被测物体反回的激光通过接收凸透镜再通过反光镜聚焦在接收器上，体积明显减小。

Description

一种小型高精度激光位移传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体是一种小型高精度激光位移传感器。
背景技术
激光位移传感器，是基于三角测距方式来实现对被检测物进行高精度检测。激光位移传感器以其卓越的测量性能，实现动态非接触高精度位移测量，激光位移传感器主要由光学部分和电子电路部分组成，光学部分主要具有：激光发射部分，其将激光照射至被测物体；接收凸透镜，其对被测物体发射回来的光进行聚光；接收光元件，其对被聚光的光进行受光，并最终判断受光中心位置。激光发射光轴和接收光轴以规定的角度交叉。电子电路部分主要具有：电源模块，将外部输入电源转换为传感器可正常工作的电源电压；处理器，用于控制传感器整体工作时序；激光发射电路：用于控制激光发射功率大小。输出模块：根据传感器检测到的位移量输出相应的控制量，以供后端使用。
近几年，特别是随着现代光电技术的不断发展，激光位移传感器成为非接触监测产品的主流，在国内外已经得到了非常普遍的应用。随着工业自动化产业的不断发展，对激光位移传感器的体积等有了更高的要求。
体积问题：决定激光位移传感器体积大小的主要因素取决于其内部的光结构大小，目前市面上的通常做法如图1所示，被测物体反回的激光通过接收凸透镜直接聚焦在接收器上，导致整体光结构体积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型高精度激光位移传感器，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种小型高精度激光位移传感器，包括安装壳、安装于安装壳内的光学模块和主控PCB以及安装于安装壳上的操作面板，所述光学模块包括光学支架、安装于光学支架上的用于向被测物投射激光的激光发射组件、用于折射被测物反射的激光的折射组件和用于接收折射组件的折射激光的激光接收组件，所述激光发射组件包括激光发射灯、光圈大小控制圈和发射端平透镜，所述激光发射灯安装于光学支架上，光学支架上沿着激光投射路径上安装有光圈大小控制圈和发射端平透镜，所述发射端平透镜两侧均设有光圈大小控制圈，所述激光发射灯上连接有发射灯PCB，所述安装壳位于激光发射灯投射方向的侧壁上安装有滤杂光镜片，所述折射组件包括接收凸透镜、接收端滤光片和反光镜，所述接收凸透镜、接收端滤光片和反光镜依次安装于光学支架上且位于被测物反射的激光路径上，接收凸透镜位于接收端滤光片和被测物之间，所述激光接收组件包括接收器和接收器PCB，所述接收器PCB安装于光学支架上且位于折射组件的折射激光的路径上，接收器安装于接收器PCB上。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：所述安装壳由底壳和安装于底壳一侧的上盖合围构成，所述上盖通过预埋铜螺母与底壳连接。
在一种可选方案中：所述主控PCB安装于底壳内腔靠近上盖的一侧，所述底壳上设有至少一根定位柱，所述主控PCB上开设有供定位柱穿过的定位孔。
在一种可选方案中：所述光学支架固定安装于底壳与上盖相对的内壁上。
在一种可选方案中：所述接收器PCB与光学之间之间设有接收器PCB垫片。
在一种可选方案中：所述操作面板包括PCB按键板和OLED显示屏，所述PCB按键板安装于安装壳内远离滤杂光镜片的一侧，PCB按键板上设有多个按键，安装壳的壳壁上开设有按键孔，所述PCB安装板靠近安装壳的壳壁的一侧安装有OLED显示屏，所述安装壳的壳壁上安装有显示屏保护镜片。
在一种可选方案中：所述按键上设有按键薄膜。
在一种可选方案中：所述OLED显示屏通过显示屏固定件与PCB按键板连接。
在一种可选方案中：所述PCB按键板上设有指示灯，所述安装壳的壳壁上安装有便于观察指示灯的透明外灯盖和半透明内灯盖。
在一种可选方案中：还包括有电路系统，所述电路系统包括电源模块、激光发射模块、感光器件、数字型信号放大调节电路、信号滤波电路、信号采集电路、处理器、输入输出控制电路、显示模块和按键模块，激光发射模块包括激光控制电路和激光管，激光发射模块由MCU处理器控制，MCU处理器按特定时序控制激光发射模块发射特定功率的激光，感光器件接收被测物反射回来的光进行光电转换，感光器件由MCU处理器控制，MCU处理器按照特定的时序控制感光器件进行受光并进行光电转换，数字型信号放大调节电路接收感光器件输出的信号，根据接收信号的大小由MCU控制其放大倍数，信号滤波电路对放大后的信号进行滤波，最后MCU内置ADC模块将滤波后的信号进行信号采集，控制输入与输出模块用于对传感器进行工作状态设置或对检测到的距离进行输出动作，按键模块用于控制传感器的工作模式等，OLED中文显示模块用于显示传感器的工作状态或者测距位移量。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
由激光发射灯投射的激光经过光圈大小控制圈控制光点大小后投射到被测物上，再反射回来经过接收凸透镜进行聚焦，后通过反光镜折射到接收器上,即完成了一次工作，激光在接收器的感光条位置会自动换算为实际距离，通过被测物体反回的激光通过接收凸透镜再通过反光镜聚焦在接收器上，体积明显减小，在接收凸透镜到接收器之间增加了特定波长的接收端滤光片，可以滤除杂光，从而增加产品的有效信噪比，在接收器到MCU之间增加了数字型信号放大调节模块和信号滤波电路，可以加快对信号的调节和扩大了产品信号的放大倍速，对弱反射面可以更快速的精准检测，使用高清OLDE中文显示，简单易懂。
附图说明
图1为现有技术的工作原理图。
图2为本发明第一实施例的工作原理图。
图3为本发明第一实施例的外观图。
图4为本发明第一实施例中底壳的结构示意图。
图5为本发明第一实施例中的俯视图。
图6为本发明第一实施例的爆炸图。
图7为本发明第一实施例中光学模块的爆炸图。
图8为本发明第二实施例的结构示意图。
附图标记注释：1-底壳、2-上盖、3-半透明内灯盖、4-透明外灯盖、5-显示屏保护镜片、6-按键薄膜、7-OLED显示屏、8-显示屏固定件、9-PCB按键板、10-滤杂光镜片、11-发射灯PCB、12-激光发射灯、13-光学支架、14-光圈大小控制片、15-发射端平透镜、16-接收器PCB、17-接收器PCB垫片、18-接收凸透镜、19-接收端滤光片、20-反光镜、21-电源线、22-预埋铜螺母、23-主控PCB。
具体实施方式
以下实施例会结合附图对本发明进行详述，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在实际应用中，各部件的形状、厚度或高度可扩大或缩小。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
实施例1
请参阅图2～7，本发明实施例中，一种小型高精度激光位移传感器，包括安装壳、安装于安装壳内的光学模块和主控PCB23以及安装于安装壳上的操作面板，本实施例中，优选所述安装壳由底壳1和安装于底壳1一侧的上盖2合围构成，所述上盖2优选通过预埋铜螺母22与底壳1连接，所述主控PCB23优选安装于底壳1内腔靠近上盖2的一侧，所述底壳1上设有至少一根定位柱，所述主控PCB23上开设有供定位柱穿过的定位孔，所述光学模块包括光学支架13、安装于光学支架13上的用于向被测物投射激光的激光发射组件、用于折射被测物反射的激光的折射组件和用于接收折射组件的折射激光的激光接收组件，本实施例中，所述光学支架13固定安装于底壳1与上盖2相对的内壁上，所述激光发射组件包括激光发射灯12、光圈大小控制圈和发射端平透镜15，所述激光发射灯12安装于光学支架13上，光学支架13上沿着激光投射路径上安装有光圈大小控制圈和发射端平透镜15，所述发射端平透镜15两侧均设有光圈大小控制圈，所述激光发射灯12上连接有发射灯PCB11，所述安装壳位于激光发射灯12投射方向的侧壁上安装有滤杂光镜片10，所述折射组件包括接收凸透镜18、接收端滤光片19和反光镜20，所述接收凸透镜18、接收端滤光片19和反光镜20依次安装于光学支架13上且位于被测物反射的激光路径上，接收凸透镜18位于接收端滤光片19和被测物之间，所述激光接收组件包括接收器和接收器PCB16，所述接收器PCB16安装于光学支架13上且位于折射组件的折射激光的路径上，接收器安装于接收器PCB16上，本实施例中，所述接收器PCB16与光学之间之间设有接收器PCB垫片17，工作时，如图2所示，由激光发射灯12投射的激光经过光圈大小控制圈控制光点大小后投射到被测物上，再反射回来经过接收凸透镜18进行聚焦，后通过反光镜20折射到接收器上,即完成了一次工作，激光在接收器的感光条位置会自动换算为实际距离；
进一步的，所述安装壳上连接有用于供电的电源线21；
所述操作面板包括PCB按键板9和OLED显示屏7，所述PCB按键板9安装于安装壳内远离滤杂光镜片10的一侧，PCB按键板9上设有多个按键，安装壳的壳壁上开设有按键孔，本实施例中，所述按键上设有按键薄膜6，所述PCB安装板靠近安装壳的壳壁的一侧安装有OLED显示屏7，本实施例中，所述OLED显示屏7通过显示屏固定件8与PCB按键板9连接，所述安装壳的壳壁上安装有显示屏保护镜片5，所述PCB按键板9上设有指示灯，所述安装壳的壳壁上安装有便于观察指示灯的透明外灯盖4和半透明内灯盖3。
实施例2
请参阅图8，本发明实施例在实施例的基础上，还包括有电路系统，所述电路系统包括电源模块、激光发射模块、感光器件、数字型信号放大调节电路、信号滤波电路、信号采集电路、处理器、输入输出控制电路、显示模块和按键模块，激光发射模块包括激光控制电路和激光管，激光发射模块由MCU处理器控制，MCU处理器按特定时序控制激光发射模块发射特定功率的激光，感光器件接收被测物反射回来的光进行光电转换，感光器件由MCU处理器控制，MCU处理器按照特定的时序控制感光器件进行受光并进行光电转换，数字型信号放大调节电路接收感光器件输出的信号，根据接收信号的大小由MCU控制其放大倍数，信号滤波电路对放大后的信号进行滤波作用，从而提升信噪比，最后MCU内置ADC模块将滤波后的信号进行信号采集，控制输入与输出模块用于对传感器进行工作状态设置，或对检测到的距离进行输出动作，按键模块用于控制传感器的工作模式等，OLED中文显示模块用于显示传感器的工作状态或者测距位移量。
本发明的工作原理是：工作时，如图2所示，由激光发射灯12投射的激光经过光圈大小控制圈控制光点大小后投射到被测物上，再反射回来经过接收凸透镜18进行聚焦，后通过反光镜20折射到接收器上,即完成了一次工作，激光在接收器的感光条位置会自动换算为实际距离，通过被测物体反回的激光通过接收凸透镜18再通过反光镜20聚焦在接收器上，体积明显减小，在接收凸透镜18到接收器之间增加了特定波长的接收端滤光片19，可以滤除杂光，从而增加产品的有效信噪比，在接收器到MCU之间增加了数字型信号放大调节模块和信号滤波电路，可以加快对信号的调节和扩大了产品信号的放大倍速，对弱反射面可以更快速的精准检测，使用高清OLDE中文显示，简单易懂。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种小型高精度激光位移传感器，包括安装壳、安装于安装壳内的光学模块和主控PCB（23）以及安装于安装壳上的操作面板，其特征在于，所述光学模块包括光学支架（13）、安装于光学支架（13）上的用于向被测物投射激光的激光发射组件、用于折射被测物反射的激光的折射组件和用于接收折射组件的折射激光的激光接收组件，所述激光发射组件包括激光发射灯（12）、光圈大小控制圈和发射端平透镜（15），所述激光发射灯（12）安装于光学支架（13）上，光学支架（13）上沿着激光投射路径上安装有光圈大小控制圈和发射端平透镜（15），所述发射端平透镜（15）两侧均设有光圈大小控制圈，所述激光发射灯（12）上连接有发射灯PCB（11），所述安装壳位于激光发射灯（12）投射方向的侧壁上安装有滤杂光镜片（10），所述折射组件包括接收凸透镜（18）、接收端滤光片（19）和反光镜（20），所述接收凸透镜（18）、接收端滤光片（19）和反光镜（20）依次安装于光学支架（13）上且位于被测物反射的激光路径上，接收凸透镜（18）位于接收端滤光片（19）和被测物之间，所述激光接收组件包括接收器和接收器PCB（16），所述接收器PCB（16）安装于光学支架（13）上且位于折射组件的折射激光的路径上，接收器安装于接收器PCB（16）上。
2.根据权利要求1所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述安装壳由底壳（1）和安装于底壳（1）一侧的上盖（2）合围构成，所述上盖（2）通过预埋铜螺母（22）与底壳（1）连接。
3.根据权利要求2所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述主控PCB（23）安装于底壳（1）内腔靠近上盖（2）的一侧，所述底壳（1）上设有至少一根定位柱，所述主控PCB（23）上开设有供定位柱穿过的定位孔。
4.根据权利要求2所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述光学支架（13）固定安装于底壳（1）与上盖（2）相对的内壁上。
5.根据权利要求1所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述接收器PCB（16）与光学之间之间设有接收器PCB垫片（17）。
6.根据权利要求1-5任一所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述操作面板包括PCB按键板（9）和OLED显示屏（7），所述PCB按键板（9）安装于安装壳内远离滤杂光镜片（10）的一侧，PCB按键板（9）上设有多个按键，安装壳的壳壁上开设有按键孔，所述PCB安装板靠近安装壳的壳壁的一侧安装有OLED显示屏（7），所述安装壳的壳壁上安装有显示屏保护镜片（5）。
7.根据权利要求6所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述按键上设有按键薄膜（6）。
8.根据权利要求6所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述OLED显示屏（7）通过显示屏固定件（8）与PCB按键板（9）连接。
9.根据权利要求6所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，所述PCB按键板（9）上设有指示灯，所述安装壳的壳壁上安装有便于观察指示灯的透明外灯盖（4）和半透明内灯盖（3）。
10.根据权利要求9所述的小型高精度激光位移传感器，其特征在于，还包括有电路系统，所述电路系统包括电源模块、激光发射模块、感光器件、数字型信号放大调节电路、信号滤波电路、信号采集电路、处理器、输入输出控制电路、显示模块和按键模块，激光发射模块包括激光控制电路和激光管，激光发射模块由MCU处理器控制，MCU处理器按特定时序控制激光发射模块发射特定功率的激光，感光器件接收被测物反射回来的光进行光电转换，感光器件由MCU处理器控制，MCU处理器按照特定的时序控制感光器件进行受光并进行光电转换，数字型信号放大调节电路接收感光器件输出的信号，根据接收信号的大小由MCU控制其放大倍数，信号滤波电路对放大后的信号进行滤波，最后MCU内置ADC模块将滤波后的信号进行信号采集，控制输入与输出模块用于对传感器进行工作状态设置或对检测到的距离进行输出动作，按键模块用于控制传感器的工作模式等，OLED中文显示模块用于显示传感器的工作状态或者测距位移量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113654471A (zh) * 2021-08-04 2021-11-16 河北光兴半导体技术有限公司 玻璃管厚度测量方法及装置

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