CN115096192A - 一种大量程光纤位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及位移传感器技术领域，具体是一种大量程光纤位移传感器，所述大量程光纤位移传感器包括：反射式编码器；轮毂仓，所述轮毂仓通过端盖与所述反射式编码器的底端相连接；位移检测组件，所述位移检测组件分别与所述反射式编码器和轮毂仓相连接；其中，位移检测组件包括有位移测量模块和反射式码盘、码盘套，所述位移测量模块位于所述轮毂仓上，位移测量模块上还安装有码盘套，所述码盘套位于所述反射式编码器内，且所述码盘套上还设有反射式码盘；以及信号采集系统，所述信号采集系统与所述反射式编码器相连接，并与所述反射式码盘相配合设定，本发明大量程光纤位移传感器，结构新颖，测量精度高，且价格低廉，性价比较高。
Description
技术领域
本发明涉及位移传感器技术领域，具体是一种大量程光纤位移传感器。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，各种铁路和高速公路的桥梁、江堤大坝、建筑大厦等基础设施在全国各地大面积建设，而在工程建设过程中，有很多需要进行位移的测量或者定位。因此对于在复杂工程建设或工业自动化行业中，特别是一些复杂的环境下，对拉绳式位移传感器的耐腐蚀性，精度，抗冲击力等各种性能的要求也越来越高，除了需要对传感器的安装、拆卸以及测量的灵敏度需要考虑外，传感器内部的各零件的选择和使用也是需要着重考虑的。
现在国内位移传感器行业也处于从传统位移传感器向新型位移传感器转型的发展阶段。毕竟当今市场需要小型化、多功能化、系统化的等等的高端拉绳位移传感器产品。虽然国内位移传感器行业的发展趋势日渐提高，但与日本和欧洲相比，我们的传感器技术相对来说还是比较落后的，所以我们更加需要研究出一种新型拉绳位移传感器。由于拉绳式位移传感器遍布各行各业，种类繁多，在工业生产过程中，各企业公司对该传感器测量的精度和生产价值以及是否适应于各种工作环境也更加重视。随着当今技术的发展，可以得到的光栅的精度越来越高、刻线的密度也做到越来越大、反射式光电信号的这种读取方式逐步趋于主流。
现有的大量程光纤位移传感器，在使用过程中，都存在结构简单、价格便宜，但精度不高或者精度较高，但结构复杂、价格昂贵的问题，从而导致产品的性价比不高，实用性不强，难以大规模生产和推广，使用十分不便，因此，针对以上现状，迫切需要开发一种大量程光纤位移传感器，以克服当前实际应用中的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大量程光纤位移传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大量程光纤位移传感器，所述大量程光纤位移传感器包括：
反射式编码器；
轮毂仓，所述轮毂仓通过端盖与所述反射式编码器的底端相连接；
位移检测组件，所述位移检测组件分别与所述反射式编码器和轮毂仓相连接；
其中，位移检测组件包括有位移测量模块和反射式码盘、码盘套，所述位移测量模块位于所述轮毂仓上，位移测量模块上还安装有码盘套，所述码盘套位于所述反射式编码器内，且所述码盘套上还设有反射式码盘；以及
信号采集系统，所述信号采集系统与所述反射式编码器相连接，并与所述反射式码盘相配合设定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过设置的具有多种反射度的反射式码盘，与普通的透射式增量码盘相比，不需要零脉冲相位，且价格低廉，性价比较高；
(2)由于采用具有不同反射度的反射式码盘，所以可以通过采集到的波形图来确认传感器处于拉出或者收回状态；
(3)通过激光光源所发出的激光经过光纤分光器，再经过码盘反射回来后，再次通过光纤分光器发送到光电探测模块收集信号，再通过采集卡采集信号输送到采集程序中，然后通过算法换算可以得到位移数据，测量精度高。
附图说明
图1为本发明实施例中位移传感器的剖视结构示意图。
图2为本发明实施例中反射式编码器部分的工作原理示意图。
图3为本发明实施例中位移传感器的原理简图。
图4为本发明实施例中码盘部分的结构示意图。
图5为本发明实施例中码盘部分的打孔方式示意图。
图6为本发明实施例中码盘理想状态的反射波形示意图。
图7为本发明实施例中码盘实际采集的反射波形示意图。
图8为本发明实施例中采集系统原理示意图。
图中：1-反射式编码器，2-编码器转轴，3-轮毂仓，4-绕绳轮毂，5-卷簧仓，6-涡卷弹簧，7-拉头，8-连接轴承，9-端盖，10-反射式码盘，11-光纤探头，12-码盘套，13-光纤分光器，14-激光光源，15-光电探测模块，16-采集卡，17-电脑终端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
请参阅图1-8，本发明实施例提供的一种大量程光纤位移传感器，所述大量程光纤位移传感器包括：
反射式编码器1；
轮毂仓3，所述轮毂仓3通过端盖9与所述反射式编码器1的底端相连接；
位移检测组件，所述位移检测组件分别与所述反射式编码器1和轮毂仓3相连接；
其中，位移检测组件包括有位移测量模块和反射式码盘10、码盘套12，所述位移测量模块位于所述轮毂仓3上，位移测量模块上还安装有码盘套12，所述码盘套12位于所述反射式编码器1内，且所述码盘套12上还设有反射式码盘10；以及
信号采集系统，所述信号采集系统与所述反射式编码器1相连接，并与所述反射式码盘10相配合设定。
在本发明的一个实施例中，请参阅图4-7，所述反射式码盘10上全部镀上高反射膜；
所述反射式码盘10上均匀开设有若干组通孔，每组通孔均由三个数量依次递增的通孔群组成。
请参阅图1和图3，所述位移测量模块包括：
绕绳轮毂4，所述绕绳轮毂4转动安装在所述轮毂仓3内，绕绳轮毂4上设有螺纹槽；
编码器转轴2，所述编码器转轴2固定安装在所述绕绳轮毂4上，所述编码器转轴2还通过连接轴承8与所述端盖9转动连接，且所述编码器转轴2还与所述反射式码盘10相连接；
拉头7，所述拉头7的一端通过拉绳与所述绕绳轮毂4相连接；以及
回力单元，所述回力单元分别与所述轮毂仓3和绕绳轮毂4相连接。
所述回力单元包括：卷簧仓5，所述卷簧仓5与所述轮毂仓3的底端相连接；以及
涡卷弹簧6，所述涡卷弹簧6位于所述卷簧仓5内，并与所述绕绳轮毂4相连接。
在进行测量工作之前，可将拉绳一端系在绕绳轮毂4的拉绳固定槽上，之后按顺序将拉绳缠绕在具有螺纹槽的绕绳轮毂4上面，拉绳的另一头连接在传感器的拉头7上；在工作时，将传感器固定在机器上，将拉头7连接到需要测量的移动物体上，当机器工作时，由于传感器固定，所以连接移动物体端部的拉头7会带着拉绳随着物体的移动而将拉绳拉出；拉绳在被拉出的过程中会带动着绕绳轮毂4转动，绕绳轮毂4与反射式编码器1通过编码器转轴2的连接，会一同转动，在转动的过程中会带动反射式码盘10转动，通过测量反射式码盘10转动的角位移进行换算即可得到位移长度，同时，连接涡卷弹簧6的绕绳轮毂4因为转动带动涡卷弹簧6旋转，涡卷弹簧6在旋转的过程中各卷簧的各个截面都承受弯曲力矩，产生弯曲弹性变形，因而会在平面内产生扭矩，并且储存能量，当拉头7回收时，涡卷弹簧6释放能量，绕绳轮毂4在涡卷弹簧6的作用下旋转回收拉绳，并且整齐的回收到绕绳轮毂4的螺纹槽上，拉绳随拉头7拉出或者收回时可采用通过一个或者两个导向轮导向，以达到降低误差的作用，使得测量结果更加的精确；且在绕绳轮毂4上还开设一个斜槽，使拉绳可以卡在绕绳轮毂4上，并封死卡槽，防止在绕绳轮毂4回转时产生的力使得拉绳脱落，使拉绳无法正常绕在绕绳轮毂4上；
在反射式码盘10转动的过程中，其中，反射式码盘10上全部镀上高反射膜，如附图4所示的黑色区域，然后通过打孔的方式，对反射式码盘10的刻线位置部分进行打孔操作，每组通孔均由B1、B2和B3的三个数量依次递增的通孔群组成，如附图4和5所示，通过打孔来增加光源的透过率，孔开得越多，光源透过得也就越多，反射回来的强度就越低，孔开的越少其反射回来的光就越多，其波形图在理想状态下如附图6所示，由于是通过打孔得到不同反射率的码盘，所以对于码盘反射回来的波形会出现离散的状态，如附图7所示，所以得到的波形需要经过整形才能够使用，本方案成本较为低廉，波形整形可以通过labview程序编写做到；
通过设置的具有多种不同反射度的反射式码盘10，来代替传统的透射式码盘，精度比传统的透射式码盘精度要高，且价格低廉，性价比较高。
在本发明的一个实施例中，请参阅图1-3，所述信号采集系统包括：
光纤探头11，所述光纤探头11与所述反射式编码器1相连接，并与所述反射式码盘10相配合安装；
光纤分光器13，所述光纤分光器13与所述光纤探头11相连接；
激光光源14，所述激光光源14与所述光纤分光器13相连接；以及
收集模块，所述收集模块与所述光纤分光器13相连接。
所述收集模块包括：光电探测模块15，所述光电探测模块15与所述光纤分光器13相连接；
采集卡16，所述采集卡16与所述光电探测模块15相连接；以及
电脑终端17，所述电脑终端17与所述采集卡16相连接。
由激光光源14所发射出的光通过光纤分光器13的发送端发出，在经过反射式码盘10反射之后反射弧的光又通过光纤探头11发射到光电探测模块15转化为脉冲信号，采集到的脉冲信号通过采集卡16采集到电脑终端17的采集程序上，通过波形整形然后再通过测量反射式码盘10转动的角位移进行换算，即可得到位移长度采集位移数据，而且在任何时刻都可以将数据归零，重新计算位移，并且可以通过反射出来的波形图来确定传感器的位移方向，当传感器拉出后，可以按下归零按钮从此位置重新开始计数，采集程序可以通过计算脉冲个数来确定反射式码盘10角位移的大小，将角位移最终换算成位移数据，如附图8所示，因此，通过采用具有不同反射度的反射式码盘10，可以通过采集到的波形图来确认传感器处于拉出或者收回状态，同时，传感器没有设置内部光源以及内置电路板，有效的避免了由于振动等因素导致传感器内部电路的损坏，且与普通的透射式增量码盘相比，不需要零脉冲相位。
需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“滑动”、“转动”、“固定”、“设有”等术语应做广义理解，例如，可以是焊接连接，也可以是螺栓连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述大量程光纤位移传感器包括：
反射式编码器；
轮毂仓，所述轮毂仓通过端盖与所述反射式编码器的底端相连接；
位移检测组件，所述位移检测组件分别与所述反射式编码器和轮毂仓相连接；
其中，位移检测组件包括有位移测量模块和反射式码盘、码盘套，所述位移测量模块位于所述轮毂仓上，位移测量模块上还安装有码盘套，所述码盘套位于所述反射式编码器内，且所述码盘套上还设有反射式码盘；以及
信号采集系统，所述信号采集系统与所述反射式编码器相连接，并与所述反射式码盘相配合设定。
2.根据权利要求1所述的大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述反射式码盘上全部镀上高反射膜。
3.根据权利要求2所述的大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述反射式码盘上均匀开设有若干组通孔，每组通孔均由三个数量依次递增的通孔群组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述位移测量模块包括：
绕绳轮毂，所述绕绳轮毂转动安装在所述轮毂仓内，绕绳轮毂上设有螺纹槽；
编码器转轴，所述编码器转轴固定安装在所述绕绳轮毂上，所述编码器转轴还通过连接轴承与所述端盖转动连接，且所述编码器转轴还与所述反射式码盘相连接；
拉头，所述拉头的一端通过拉绳与所述绕绳轮毂相连接；以及
回力单元，所述回力单元分别与所述轮毂仓和绕绳轮毂相连接。
5.根据权利要求4所述的大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述回力单元包括：
卷簧仓，所述卷簧仓与所述轮毂仓的底端相连接；以及
涡卷弹簧，所述涡卷弹簧位于所述卷簧仓内，并与所述绕绳轮毂相连接。
6.根据权利要求1所述的大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述信号采集系统包括：
光纤探头，所述光纤探头与所述反射式编码器相连接，并与所述反射式码盘相配合安装；
光纤分光器，所述光纤分光器与所述光纤探头相连接；
激光光源，所述激光光源与所述光纤分光器相连接；以及
收集模块，所述收集模块与所述光纤分光器相连接。
7.根据权利要求6所述的大量程光纤位移传感器，其特征在于，所述收集模块包括：
光电探测模块，所述光电探测模块与所述光纤分光器相连接；
采集卡，所述采集卡与所述光电探测模块相连接；以及
电脑终端，所述电脑终端与所述采集卡相连接。
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| CN (1) | CN115096192A (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117968607A (zh) * | 2024-03-28 | 2024-05-03 | 常熟理工学院 | 一种拉绳式位移传感器 |
-
2022
- 2022-06-30 CN CN202210754429.4A patent/CN115096192A/zh active Pending
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