CN208171190U - 一种光路一致式位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光路一致式位移传感器，包括激光束一；反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；光电探测器一，用于接收反射镜一反射至三角波反射镜的第二反射面后经第二反射面反射的激光束，并测量其入射位置；处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。本实用新型光路一致式位移传感器，通过反射镜的设置，可以使得位移前后的激光沿相同的路径入射至光电探测器，因此可以提高光路一致式位移传感器的测量精度。

Description

一种光路一致式位移传感器

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，特别涉及一种光路一致式位移传感器。

背景技术

基于光学三角放大法的位移测量新原理，是在光学三角放大法的基础上，结合三角波光学器件与高精度PSD(Position Sensitive Device，位置灵敏(敏感)探测器)实现的。三角波光学器件将线性位移等间隔细分，降低光学器件加工精度与尺寸要求的同时，降低高精度PSD的尺寸要求，在小范围内实现高精度位移测量。基于光学三角放大法的位移测量原理与结构如图1所示，由图1可知，在读数头与三角波光学反射部件发生相对位移后，经过光学三角放大，水平小位移t在光电探测器(PSD)上放大至T，可以将长度测量的精度大大提升。然而现有光学三角放大法的位移传感器的测量放大倍数不仅与PSD入射角有关，还与三角波反射镜的反射面角度有关，传感器的放大倍数容易受到影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以提高测量精度的光路一致式位移传感器。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种光路一致式位移传感器，包括：

三角波反射镜，包括第一反射面和第二反射面；

激光束一，入射至三角波反射镜的第一反射面；

反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；

光电探测器一，用于接收反射镜一反射至三角波反射镜的第二反射面后经第二反射面反射的激光束，并测量其入射位置；

处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。

作为一种可实施方式，所述三角波反射镜的第一反射面和第二反射面分别与水平面的夹角为150度，激光束一入射至第一反射面的入射角为30度，反射镜一平行于第一反射面。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型光路一致式位移传感器，通过反射镜的设置，可以使得位移前后的激光沿相同的路径入射至光电探测器，即位移测量的放大倍数与三角波的反射面的角度无关，因此可以不受反射面的角度限制而降低放大倍数影响，换言之可以增大放大倍数。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。

图1所示为现有技术中光路不一致的位移传感器的位移测量原理示意图。

图2所示为实施例1提供的一种结构的光路一致式位移传感器的测量原理示意图。

图3所示为实施例1提供的另一种结构的光路一致式位移传感器的测量原理示意图。

图4所示为实施例2提供的一种结构的光路一致式位移传感器的测量原理示意图。

图5所示为位移计算公式原理示意图。

图中标号说明：

激光源一1，激光源二2，激光束一3，激光束二4，三角波反射镜5，壳体6，光电探测器一7，光电探测器二8，反射镜一9，反射镜二10，第一反射面51，第二反射面52。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

请参阅图2，本实施例中提供了一种光路一致式位移传感器，包括激光源一1，三角波反射镜5，反射镜一9，光电探测器一7，其中，三角波反射镜5包括多个反射面，为了便于理解，本文中将用于接收激光源一(或二)发射的激光束的反射面定义为第一反射面，将用于接收反射镜一(或二)反射的激光束的反射面定义为第二反射面。

本新型光路一致式位移传感器中：

激光源一1用于发射出激光束一3，并射向三角波反射镜5的第一反射面51；反射镜一9用于接收激光束一3被三角波反射镜5的第一反射面51反射的激光束，且使该激光束在激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52；光电探测器一7，用于接收反射镜一9反射至三角波反射镜5的第二反射面52后经第二反射面52反射的激光束，并测量其入射位置；处理系统，用于根据光电探测器一7接收到的激光束一3的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。

为了保障光路一致式位移传感器的放大性能，入射至光电探测器一7的激光束与光电探测器一7的夹角宜小于45度。

如图2所示，光电传感器一7采用PSD，位移前的激光束一3用实线表示，位移后的激光束一3用虚线表示，激光束一3的传输路径如下：

位移前，激光源一1发射激光束一3至三角波反射镜5的第一反射面51，三角波反射镜5的第一反射面51将激光束一3反射至反射镜一9，反射镜一9将第一反射面51反射的激光束反射至第二反射面52，第二反射面52再将入射激光束反射至光电探测器一7，光电探测器一7接收第二反射面52反射的激光束，并测量出入射位置，此时记为第一入射位置。

位移后(图2中展示为向左位移，位移时激光源一1、反射镜一9和光电探测器一7同步位移)，激光源一1发射激光束一3至三角波反射镜5的第一反射面51，三角波反射镜5的第一反射面51将激光束一3反射至反射镜一9，反射镜一9将第一反射面51反射的激光沿位移前相同的路径反射至第二反射面52，第二反射面52再将入射激光束沿位移前相同的路径反射至光电探测器一7，光电探测器一7接收第二反射面52反射的激光束，并测量出入射位置，此时记为第二入射位置。根据第一入射位置与第二入射位置即可计算出激光源一1的位移量，即被测物体的位移量。

计算过程根据三角几何关系即可获得，如图5所示，θ为入射至光电探测器一的激光束与光电探测器一的夹角，δ为光电探测器一与被测物体位移方向的锐角夹角。

作为一种较优的实施方式，如图2所示，三角波反射镜5的第一反射面51和第二反射面52分别与水平面的夹角为150度(仅以水平向右为正方向且沿逆时针方向旋转为例)，激光源一1发射的激光束一3入射至第一反射面51的入射角为30度，反射镜一9平行于第一反射面51。在保障反射镜一9使得激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52的情况下，可以有其他不同的设置方式。

例如，图3所示，可以通过如下方式实现激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程中，反射镜一反射的激光束在位移前后沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52：反射镜一9平行于第一反射面51，也平行于第二反射面52，激光束一3与第一反射面51的锐角夹角等于两倍第一反射面51与水平面的夹角，即图3中标示的角度1等于角度2。

如图3可知，对于三角波反射镜5，在满足第一反射面和第二反射面平行(即与水平面的夹角一致)的条件下，其具体结构没有限制，即对于形成三角波的两个反射面的夹角没有限制，例如图2中所示为两个反射面的夹角为120度；又例如图3中所示为两个反射面的夹角为150度，等等。且三角波也并非一定需要等腰三角波，即形成三角波的两个反射面与水平面的锐角夹角可以相等，也可以不相等。

可以参阅图1，光路一致式位移传感器还可以包括壳体6，激光源一1、反射镜一9和光电探测器一7均固定设置于壳体6内，组成读数头，激光源一1发射的激光束一3及其反射光束均可以通过读数头的收发端面。激光源一1、反射镜一9和光电探测器一7均固定设置于壳体6内，可以保持相互之间的位置固定，也可以保障三者保持同步位移。

测量时，可以根据实际应用情况，采用将三角波反射镜5固定在被测物体上，读数头保持固定不动，被测物体发生位移时，三角波反射镜5与读数头发生相对运动，读数头可以测量得到三角波反射镜5即被测物体的位移值；或者，也可以采用将读数头固定在被测物体上，三角波反射镜5保持不动，被测物体发生位移带动读数头运动，读数头与三角波反射镜5发生相对位移，读数头可以测得读数头与三角波反射镜5之间的相对位移，进而得到被测物体的位移值；测量选择三角波反射镜5或者读数头来固定在被测物体上，提高了测量便利性。

实施例2

可以参阅图4，与实施例1中所述的光路一致式位移传感器相比，本实施例中提供的光路一致式位移传感器还包括激光束二4，入射至三角波反射镜5的第一反射面51；以及以下部件：

反射镜二10，用于接收激光束二4被三角波反射镜5的第一反射面51反射的激光束，且使该激光束在激光束二入射至同一个第一反射面51的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜5的另一个第二反射面52；

光电探测器二8，用于接收反射镜二10反射至三角波反射镜5的第二反射面52后经第二反射面52反射的激光束，并测量其入射位置；

本光路一致式位移传感器中，所述处理系统则是根据所述光电探测器一7上所接收到的激光束一3的入射位置变化量，或所述光电探测器二8上所接收到的激光束二4的入射位置变化量，处理得到被测物体的位移变化值。

本实施例中所述光路一致式位移传感器可以实现连续位移测量。具体的，可以选用两个激光束之一来测量，当其中一个激光束反射点位于反射面的某些位置，如反射面的顶端、两个反射面的交线位置等，对应光电探测器的长度又有限，因此可能无法反射到对应光电探测器，该光电探测器就无法计算出其位移值，另一个激光束反射点位于另一个反射面的其他位置，可反射到对应光电探测器并可以进行换算测量，能够实现被测物体移动的每一刻，三角波反射镜5上各第二反射面52所反射的激光束中至少有一条可以反射到对应的光电探测器，此时处理系统可以来回切换计算两个光电探测器的反射激光束位置变化，进行叠加累计，以实现对被测物体位移一次性变化或连续增量式位移变化的测量，其测量方法简单、可靠，操作方便，并且能够提高测量精度。

容易理解的，本实施例中，设置激光源一1和激光源二2的目的是避免其中一组光电探测器(一或二)接收不到激光束时，可以通过另一组光电探测器接收激光束，实现位移测量，因此除了如图4所示的设置方式外，还可以有其他设置方式，只要激光源一与激光源二错开设置，使得激光束一和激光束二入射至三角波反射镜的第一反射面的初始入射点位置不同即可。例如激光束二可以入射至处于激光束一入射的第一反射面同侧的另一个第一反射面，也可以入射至处于激光束一入射的第一反射面对侧的另一个第一反射面(可参阅图4)，还可以入射至激光束一所入射的同一个反射面，但是入射点位置不同。

如图4所示，激光束一3、激光束二4分别通过激光源一1和激光源二2发射得到。

如图2中所示，光电探测器采用的是位置敏感探测器PSD。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光路一致式位移传感器，其特征在于，包括：

三角波反射镜，包括第一反射面和第二反射面；

激光束一，入射至三角波反射镜的第一反射面；

反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；

光电探测器一，用于接收反射镜一反射至三角波反射镜的第二反射面后经第二反射面反射的激光束，并测量其入射位置；

处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。

2.根据权利要求1所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，反射镜一平行于第一反射面，同时平行于第二反射面，激光束一与第一反射面的锐角夹角等于两倍第一反射面与水平面的夹角。

3.根据权利要求2所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，所述三角波反射镜的第一反射面和第二反射面分别与水平面的夹角为150度，激光束一入射至第一反射面的入射角为30度。

4.根据权利要求1所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，激光束一由激光源一发射得到。

5.根据权利要求4所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，还包括壳体，激光源一、反射镜一和光电探测器一均固定设置于壳体内，组成读数头。

6.根据权利要求1-3任一所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，还包括：

激光束二，入射至三角波反射镜的第一反射面，且激光束一与激光束二在第一反射面的初始入射点位置不同；

反射镜二，用于接收激光束二被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束二入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；

光电探测器二，用于接收反射镜二反射至三角波反射镜的第二反射面后经第二反射面反射的激光束，并测量其入射位置；

所述处理系统具体用于，根据所述光电探测器一上所接收到的激光束一的入射位置变化量或所述光电探测器二上所接收到的激光束二的入射位置变化量，处理得到被测物体的位移变化值。

7.根据权利要求6所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，所述激光束一、激光束二分别通过激光源一和激光源二发射得到。

8.根据权利要求6所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，激光束一和激光束二均入射至三角波反射镜的同一个第一反射面，或者，激光束一和激光束二分别入射至三角波反射镜的两个不同的第一反射面。

9.根据权利要求1所述的光路一致式位移传感器，其特征在于，光电探测器为位置敏感探测器。