CN204373590U - 纳米级位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纳米级位移测量装置，该装置包括：位置感应模块，与控制模块连接，用于感应被测对象的位置信号，并将位置信号发送至控制模块；控制模块，与驱动模块连接，用于接收位置感应模块发送的位置信号，以及接收螺旋轨道电阻发送的输出电阻值；螺旋轨道电阻，与驱动模块连接，在驱动模块的驱动下运动改变输出电阻值，以确定被测对象的当前位置值；减速模块，与驱动模块连接，用于减小驱动模块转动的转速。根据螺旋轨道电阻的输出电阻值与被测对象的位置的对应关系确定被测对象的位移，实现了对被测对象的位移的高精度测量。

Description

纳米级位移测量装置

技术领域

本实用新型涉及生命健康技术领域，尤其涉及一种纳米级位移测量装置。

背景技术

目前，可变电阻器应用已经非常广泛，例如可以改变信号发生器的特性、使灯光变暗、启动电动机或控制它的转速等，其通常包括电阻体、活动触片和三个引脚。其中两个固定引脚接电阻体两端，另一个引脚(中心抽头)接活动触片，活动触片沿电阻体直线运动，以改变电阻体两端的电阻。在精密控制和精密测量领域，现有的可变电阻器很难满足其精度的需求；而对于被测对象位移的测量，通常所采用的方法也只是直观的测距方法，并不能实现高精度的位移测量。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种纳米级位移测量装置，实现对被测对象的位移的高精度测量。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种纳米级位移测量装置，所述纳米级位移测量装置包括位置感应模块、控制模块、驱动模块、螺旋轨道电阻和减速模块：

所述位置感应模块，与所述控制模块连接，用于感应被测对象的位置信号，并将所述位置信号发送至所述控制模块；

所述控制模块，与所述驱动模块连接，用于接收所述位置感应模块发送的所述位置信号，以及接收所述螺旋轨道电阻发送的输出电阻值；所述输出电阻值用于确定所述被测对象的当前位置值，以根据被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值确定所述被测对象的位移偏移量；

所述螺旋轨道电阻，与所述驱动模块连接，在所述驱动模块的驱动下运动改变输出电阻值，以确定被测对象的当前位置值；

所述减速模块，与所述驱动模块连接，用于减小所述驱动模块转动的转速。

优选地，所述螺旋轨道电阻包括电阻本体、电阻配合体和电阻指针：

所述电阻本体表面设置有第一螺纹；所述电阻配合体套设在所述电阻本体上，所述电阻配合体设置有与所述第一螺纹适配的第二螺纹；所述电阻指针的第一端固定于所述电阻配合体上，所述电阻指针的第二端与所述第一螺纹的表面接触；

所述电阻本体与所述驱动模块连接，在所述驱动模块的驱动下带动所述电阻配合体运动，所述电阻配合体带动所述电阻指针沿所述第一螺纹的表面移动，以改变所述螺旋轨道电阻的输出电阻值。

优选地，所述驱动模块为电机。

优选地，所述减速模块为一级减速器或多级减速器。

优选地，所述纳米级位移测量装置还包括信号处理模块，所述螺旋轨道电阻的输出端与所述信号处理模块的输入端电连接，所述信号处理模块的输出端与所述控制模块电连接，所述信号处理模块用于对所述输出电阻值进行信号转换、信号放大和A/D转换。

优选地，所述信号处理模块包括用于对所述输出电阻值转换为电压信号的电阻电压信号转换单元、用于对转换后的所述电压信号进行放大的放大单元，以及对放大后的所述电压信号进行A/D转换的A/D转换单元。

本实用新型采用上述技术方案，通过位置感应模块在被测对象移动时感应被测对象的位置信号并发送至控制模块，控制模块根据位置信号控制驱动模块带动螺旋轨道电阻运动，并在被测对象停止移动时根据螺旋轨道电阻的输出电阻值确定被测对象的当前位置值，最终根据被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值确定被测对象的位移偏移量。根据螺旋轨道电阻的输出电阻值与被测对象的位置的对应关系确定被测对象的位移，实现了对被测对象的位移的高精度测量。

附图说明

图1为本实用新型纳米级位移测量装置第一实施例的结构示意图；

图2为图1中螺旋轨道电阻的结构示意图；

图3为图2为中螺旋轨道电阻的电阻本体和电阻配合体配合的优选实施方式的结构示意图；

图4为本实用新型纳米级位移测量装置第一实施例的优选实施方式的结构示意图；

图5为本实用新型纳米级位移测量装置第二实施例的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种纳米级位移测量装置，通过螺旋轨道电阻的输出电阻值确定被测对象的位移偏移量，以实现对被测对象的位移的高精度测量。

参照图1，图1为本实用新型纳米级位移测量装置第一实施例的结构示意图。

在一实施例中，如图1所示，纳米级位移测量装置包括：位置感应模块10、控制模块20、驱动模块30、螺旋轨道电阻40和减速模块50：

位置感应模块10，与控制模块20连接，用于感应被测对象的位置信号，并将位置信号发送至控制模块20；

控制模块20，与驱动模块30连接，用于接收位置感应模块10发送的位置信号，以及接收螺旋轨道电阻40发送的输出电阻值；输出电阻值用于确定被测对象的当前位置值，以根据被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值确定被测对象的位移偏移量；

螺旋轨道电阻40，与驱动模块30连接，在驱动模块30的驱动下运动改变输出电阻值，以确定被测对象的当前位置值；

减速模块50，该减速模块50与驱动模块30连接，用于减小驱动模块30转动的转速。

位置感应模块10用于感应被测对象所处的当前位置，并将感应到的位置信号转化为电信号发送至控制模块20，被测对象的位置可用相应的坐标或能够标记位置的记号来表示，该位置感应模块10既可为固定的感应装置，当被测对象在一定的范围内移动时，通过位置感应模块10实时记录被测对象的当前位置；位置感应模块10也可为活动设置，即与被测对象同时移动，并实时记录被测对象的当前位置。

驱动模块30用于驱动螺旋轨道电阻40运动，该驱动模块30可选择为电机，本实施例中优选为步进电机，该步进电机的步长越小，测量精度越高。在设计时应综合考虑系统测量精度的要求。在本实施例中，可选择步进电机的步长为0.5°或0.75°，以保证对被测对象的微小位移的精密测量。

减速模块50可设置在驱动模块30的输出端，可为一级或多级减速器；在驱动模块30工作时，通过减速模块50降低驱动模块30的转速，从而减小驱动模块30的转矩，使得测量精度提高，从而满足对测量精度要求更高的测量系统的测量需求。

本实施例中，对被测对象的初始位置进行预先标记，即在初始状态下被测对象处于该初始位置，在该初始位置时，对应于螺旋轨道电阻40的输出电阻值为初始电阻值，随着被测对象的移动，位置感应模块10实时记录被测对象的当前位置，并将被测对象所处的当前位置转化为电信号发送至控制模块20；在被测对象移动的过程中，控制模块20根据位置信号生成相应的控制信号，控制驱动模块30带动螺旋轨道电阻40运动，螺旋轨道电阻40在运动时其输出电阻值会发生变化，螺旋轨道电阻40的输出电阻值与被测对象的位置具有一定的对应关系；当被测对象停止移动时，控制模块20根据螺旋轨道电阻40的输出电阻值，以及输出电阻值与被测对象的位置的对应关系，确定被测对象的当前位置值，然后根据确定的被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值即可确定被测对象的位移偏移量。

具体地，控制模块20获取被测对象的初始位置值，以及此时螺旋轨道电阻40对应的初始电阻值；由于在被测对象停止移动时螺旋轨道电阻40的当前的输出电阻值为已知，因而根据螺旋轨道电阻40的输出电阻值与被测对象的位置值的对应关系，该对应关系为一线性关系，可确定被测对象的当前位置值；然后，根据被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值之间的距离，即可确定出被测对象的位移偏移量。

本实施例通过位置感应模块10在被测对象移动时感应被测对象的位置信号并发送至控制模块20，控制模块20根据位置信号控制驱动模块30带动螺旋轨道电阻40运动，并在被测对象停止移动时根据螺旋轨道电阻40的输出电阻值确定被测对象的当前位置值，最终根据被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值确定被测对象的位移偏移量。根据螺旋轨道电阻40的输出电阻值与被测对象的位置的对应关系确定被测对象的位移，实现了对被测对象的位移的高精度测量。

参照图2和图3，图2为图1中螺旋轨道电阻的结构示意图；图3为图2为中螺旋轨道电阻的电阻本体和电阻配合体配合的优选实施方式的结构示意图。

在上述实施例中，螺旋轨道电阻40包括电阻本体401、电阻配合体402和电阻指针403，其中：

电阻本体401表面设置有第一螺纹4011；电阻配合体402套设在电阻本体401上，电阻配合体402设置有与第一螺纹4011适配的第二螺纹4021；电阻指针403的第一端4031固定于电阻配合体402上，电阻指针403的第二端4032与第一螺纹4011的表面接触。

电阻本体401和电阻配合体402相互配合，电阻配合体402套设在电阻本体401上，电阻本体401设置为螺杆结构，电阻本体401表面设置有第一螺纹4011，电阻配合体402设置为螺帽结构，电阻配合体402的内表面设置有与第一螺纹4011适配的第二螺纹4021，第一螺纹4011与第二螺纹4021啮合；电阻指针403的第一端4031与电阻本体401的第一螺纹4011的表面接触，电阻指针403的第二端4032固定于电阻配合体402上，具体可设置在第二螺纹4021上。

进一步参照图4，图4为本实用新型纳米级位移测量装置第一实施例的优选实施方式的结构示意图。

如图4所示，在本实用新型一优选实施例中，电阻本体401与驱动模块30连接，螺旋轨道电阻40工作时，通过驱动模块30驱动电阻本体401转动，电阻本体401的转动可带动电阻配合体402沿水平方向移动，从而带动电阻指针403沿第一螺纹4011的表面移动，以改变螺旋轨道电阻40的输出电阻值。在本实用新型的其他实施例中，还可将电阻配合体402与驱动模块30连接，螺旋轨道电阻40工作时，通过驱动模块30直接驱动电阻配合体402转动并沿水平方向移动，以带动电阻本体401转动，从而带动电阻指针403沿第一螺纹4011的表面移动，以改变螺旋轨道电阻40的输出电阻值。

在螺旋轨道电阻40的电阻本体401和电阻配合体402上设置相互配合的第一螺纹4011和第二螺纹4021，使电阻配合体402带动电阻指针403在电阻沿第一螺纹4011的表面移动，从而改变螺旋轨道电阻40的输出电阻值，对比于现有技术中的电阻指针沿电阻本体直线方向移动，本实用新型实施例提高了螺旋轨道电阻40的输出电阻值的精度，进一步满足了在精密控制和精密测量领域对系统精度的要求。

参照图5，图5为纳米级位移测量装置第二实施例的结构示意图。

基于本实用新型第一实施例，在第二实施例中，纳米级位移测量装置还包括：

信号处理模块60，螺旋轨道电阻40的输出端与信号处理模块60的输入端电连接，信号处理模块60的输出端与控制模块20电连接，信号处理模块60用于对螺旋轨道电阻40的输出电阻值进行信号转换、信号放大和A/D转换。

本实施例中，信号处理模块60具体包括电阻电压信号转换单元、信号放大单元以及A/D转换单元：电阻电压信号转换单元用于将螺旋轨道电阻40的输出电阻值转换为对应的电压值；信号放大单元用于对转换后的电压值进行放大，放大倍数决定了整个系统的精度，信号放大单元中放大器的放大倍数要500倍以上，设计为多级滤波及放大，本实施例中采用的放大器线性区间为0.7v～3.6v；A/D转换单元采用数模转换器，用于对放大后的电压值进行模数转化，其中数模转换器的位数越高，测量精度越高，本实施例选用24位的数模转换器。具体的电路连接关系，本领域技术人员通过对本部分的描述，再结合所掌握的电路知识即可得出，在此不赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种纳米级位移测量装置，其特征在于，所述纳米级位移测量装置包括位置感应模块、控制模块、驱动模块、螺旋轨道电阻和减速模块：

所述位置感应模块，与所述控制模块连接，用于感应被测对象的位置信号，并将所述位置信号发送至所述控制模块；

所述控制模块，与所述驱动模块连接，用于接收所述位置感应模块发送的所述位置信号，以及接收所述螺旋轨道电阻发送的输出电阻值；所述输出电阻值用于确定所述被测对象的当前位置值，以根据被测对象的当前位置值以及被测对象的初始位置值确定所述被测对象的位移偏移量；

所述螺旋轨道电阻，与所述驱动模块连接，在所述驱动模块的驱动下运动改变输出电阻值，以确定被测对象的当前位置值；

所述减速模块，与所述驱动模块连接，用于减小所述驱动模块转动的转速。

2.如权利要求1所述的纳米级位移测量装置，其特征在于，所述螺旋轨道电阻包括电阻本体、电阻配合体和电阻指针：

所述电阻本体表面设置有第一螺纹；所述电阻配合体套设在所述电阻本体上，所述电阻配合体设置有与所述第一螺纹适配的第二螺纹；所述电阻指针的第一端固定于所述电阻配合体上，所述电阻指针的第二端与所述第一螺纹的表面接触；

所述电阻本体与所述驱动模块连接，在所述驱动模块的驱动下带动所述电阻配合体运动，所述电阻配合体带动所述电阻指针沿所述第一螺纹的表面移动，以改变所述螺旋轨道电阻的输出电阻值。

3.如权利要求1所述的纳米级位移测量装置，其特征在于，所述驱动模块为电机。

4.如权利要求1所述的纳米级位移测量装置，其特征在于，所述减速模块为一级减速器或多级减速器。

5.如权利要求1所述的纳米级位移测量装置，其特征在于，所述纳米级位移测量装置还包括信号处理模块，所述螺旋轨道电阻的输出端与所述信号处理模块的输入端电连接，所述信号处理模块的输出端与所述控制模块电连接，所述信号处理模块用于对所述输出电阻值进行信号转换、信号放大和A/D转换。

6.如权利要求5所述的纳米级位移测量装置，其特征在于，所述信号处理模块包括用于对所述输出电阻值转换为电压信号的电阻电压信号转换单元、用于对转换后的所述电压信号进行放大的放大单元，以及对放大后的所述电压信号进行A/D转换的A/D转换单元。