CN208751507U - 一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器，所述传感器包括光电探测器一，光电探测器二，至少一个反射镜一，至少一个反射镜二，反射镜一设置于光电探测器一与反射部件之间，激光束一被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜一，光电探测器一接收反射镜一反射后的激光束并显示其入射位置；反射镜二设置于光电探测器二与反射部件之间，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜二，光电探测器二接收反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置。本实用新型通过设置反射镜，不仅可以增大激光束的光臂长度，还可以减小PSD光斑的形变量，进而提高角度传感器的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密测试技术领域，特别涉及一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器。
背景技术
角度传感器是一种常用的几何量传感器，在航空航天、工业生产、机械制造以及军事科学等很多领域中都有广泛的使用。如图1所示，专利号为201510276409.0，名称为“一种连续增量式光臂放大型高精度角度传感器”的中国专利公开了一种角度传感器，该传感器结构简单，适用于被测物体角度连续增量的变化测量，测量可靠，易于实现批量制造。根据光臂放大式连续角度测量原理，光臂越长测量精度越高，通过增大PSD与反射部件之间的距离的方式可以增大光臂，但是同时增大了对空间的要求，而传感器的紧凑化设计要求使得空间有限。
实用新型内容
本发明的目的在于提供一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器，可以进一步提高测量精度。
为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器，包括：
激光束一、激光束二；
反射部件，所述反射部件用于固定被测物体，所述反射部件可旋转并且沿周向设有若干个反射面，每个所述反射面用于将所述激光束一、激光束二进行反射；
光电探测器一，光电探测器二，至少一个反射镜一，至少一个反射镜二；
反射镜一设置于光电探测器一与反射部件之间，激光束一被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜一，光电探测器一接收反射镜一反射后的激光束并显示其入射位置；
反射镜二设置于光电探测器二与反射部件之间，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜二，光电探测器二接收反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置；
处理系统，根据所述光电探测器一上所接收到的激光束一入射位置变化值和/或所述光电探测器二上所接收到的激光束二入射位置变化值，处理得到所述反射部件上被测物体的旋转角度值。
在进一步优化的方案中，反射镜一为两个，激光束一被反射部件中的反射面反射后入射至其中一个反射镜一，经该反射镜一反射后入射至另一个反射镜一，光电探测器一接收所述另一个反射镜一反射后的激光束并显示其入射位置。反射镜二为两个，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至其中一个反射镜二，经该反射镜二反射后入射至另一个反射镜二，光电探测器二接收所述另一个反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置，进一步增大了光臂的长度，且减小了PSD光斑的形变量，进一步提高测量精度，且整体结构很紧凑。
在进一步优化的方案中，当所述反射镜一为两个及以上时，所述反射镜一相互平行；当所述反射镜二为两个及以上时，所述反射镜二相互平行。
本实用新型同时还提供了一种上述新型光臂放大型高精度连续角度传感器的测量方法，包括以下步骤：
将所述反射部件固定在被测物体上；
调整激光束一、激光束二、反射部件、光电探测器一、光电探测器二、反射镜一和反射镜二的位置关系，使得激光束一被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜一，且光电探测器一能够接收反射镜一反射后的激光束，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜二，光电探测器二能够接收反射镜二反射后的激光束；
发射激光束一、激光束二，所述激光束一、激光束二分别经过所述反射部件的不同反射面反射后，所述光电探测器一、光电探测器二检测到该反射光束的初始位置；
被测物体旋转，在旋转过程中，所述光电探测器一、光电探测器二分别检测到所述激光束一、激光束二的反射激光束在各自探测器上入射位置的变化，直到被测物体旋转停止；
处理系统通过所述光电探测器一上所接收到的激光束一入射位置变化值和/或所述光电探测器二上所接收到的激光束二入射位置变化值，处理得到所述反射部件上被测物体的旋转角度值。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
通过反射镜一和反射镜二的设置，可以增大激光束的光臂长度，进而提高角度传感器的测量精度，且保障传感器的整体布置相对比较紧凑，尺寸小。
通过两个反射镜一和反射镜二的设置，可以减小PSD光斑的形变量，进一步提高角度传感器的测量精度。
通过将被测物体安装在反射部件上，激光束一、激光束二入射到反射部件的不同反射面后分别反射到光电探测器一、光电探测器二上；被测物体旋转时反射部件随之一起旋转，通过测量旋转过程中的反射部件上不同反射面反射出激光束一、激光束二分别位于光电探测器一、光电探测器二上的入射位置点的变化，处理系统能够根据两个光电探测器上激光束一、激光束二入射位置的变化来计算被测物体旋转角度的变化值，该传感器结构简单，适用于被测物体角度连续增量的变化测量，测量可靠，易于实现批量制造。
选用激光源一，然后通过分光镜和反光镜分别产生激光束一、激光束二，在保证测量结果的情况下，节约了能源，降低了成本。
光电探测器一和光电探测器二上均设置两个临界点作为检测对应反射面的旋转角度，两个光电探测器的配合，可以满足始终能够检测该反射部件的反射面反射其中一束激光束到对应光电探测器的位置；如当激光束一的反射激光超过光电探测器一上的两个临界点检测范围时，激光束二的反射激光则进入光电探测器二上的两个临界点检测范围，处理系统可以切换其检测结果来计算被测物体的旋转角度，运算更加简单方便。
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为现有技术中的连续增量式光臂放大型角度传感器测量被测物体的旋转角度示意图。
图2为光斑形状与入射角影响原理示意图。
图3为本实用新型角度传感器增大光臂的原理示意图。
图4为采用一个激光源得到两条激光束的原理示意图。
图中标号说明：
1-激光源一，2-激光源二，3-激光束一，4-激光束二，5-反射部件，6-反射面，7-光电探测器一，8-光电探测器二，9-反光镜，10-分光镜，11-安装孔，12-反射镜一。
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。
如图3所示，图3中仅展示了激光束一的传输过程，以展示增大光臂的原理。本实施例提供了一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器，包括激光束一3、激光束二4，还包括以下部件：
反射部件5，用于固定被测物体，反射部件5可旋转并且沿周向设有若干个反射面6，每个所述反射面6用于将所述激光束一3、激光束二4进行反射；
光电探测器一7，光电探测器二8，至少一个反射镜一12，至少一个反射镜二(图中未示出)；
反射镜一12设置于光电探测器一7与反射部件5之间，激光束一3被反射部件5中的一个反射面6反射后入射至反射镜一12，光电探测器一7接收反射镜一12反射后的激光束并显示其入射位置；
反射镜二设置于光电探测器二与反射部件之间，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜二，光电探测器二接收反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置；
处理系统，根据所述光电探测器一7上所接收到的激光束一3入射位置变化值和/或所述光电探测器二8上所接收到的激光束二4入射位置变化值，处理得到所述反射部件5上被测物体的旋转角度值。
如图3所示，激光束一经过反射镜反射后，可以增大光臂长度，进而可以提高角度传感器的角度测量精度。
如图2所示，PSD(光电探测器)入射角越大，则入射光斑椭圆化程度越大(图2中黑色框区域为入射光斑)，在PSD位移测量方向上长轴越长，这对于PSD位置测量精度带来了不利影响。
在图3所示结构中，反射镜一12为两个，激光束一3被反射部件5中的反射面6反射后入射至其中一个反射镜一12，经该反射镜一12反射后入射至另一个反射镜一12，光电探测器一7接收所述另一个反射镜一12反射后的激光束并显示其入射位置。激光束一3经过多次反射，不仅可以增大光臂长度，而且还有利于增大PSD入射角，减小PSD光斑形状变形量，进一步提高测量精度。
当然地，反射镜二也可以为两个，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至其中一个反射镜二，经该反射镜二反射后入射至另一个反射镜二，光电探测器二接收所述另一个反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置。
请参阅图1及图4，上述新型光臂放大型高精度连续角度传感器中，反射部件5设有便于固定被测物体的安装孔11，反射部件5上的全部反射面6形状大小相同，例如反射部件5为正多边形立柱，所述正多边形立柱的每个侧面为所述反射面，例如图1中反射部件为正十四边形立柱。
如图4所示，激光束一、激光束二由一个激光源一得到。具体的，激光源一1和正多边形立柱之间设有分光镜10，激光源一1发射的激光束到达分光射镜10经过透射和反射分后分别形成激光束一3、激光束二4，激光束一3经过所述正多边形立柱反射后入射至反射镜一12，经反射镜一12反射后入射至光电探测器一7，激光束二4入射到至少一个反光镜9后，再反射至反射镜二，经反射镜二反射后入射至光电探测器二8。如此可以降低激光源的成本。
另一个方案中，如图1所示，激光束一3、激光束二4也可以分别通过激光源一1和激光源二2发射得到。
光电探测器一7和光电探测器二8上均设置有对该两个光电探测器进行切换检测的两个临界点，两个临界点所对应的反射部件5的每个反射面6旋转角度的范围分别为该光电探测器的检测极大值和检测极小值，反射部件的两个不同反射面反射的两条激光束中至少有一条反射激光束位于该光电探测器中的两个临界点之间的检测区域；处理系统对光电探测器一7和光电探测器二8之间切换检测计算的方法为，当光电探测器一7、光电探测器二8中其中一个探测到反射激光束超出该光电探测器中两个临界点之间区域时，处理系统自动切换到采用另一个光电探测器检测区域内的激光束检测值进行计算。
另一个方案中，如图3所示，两个反射镜一12相互平行设置。同理的，两个反射镜二也可以相互平行设置，方便于结构布置。
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)
1.一种新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，包括：
激光束一、激光束二；
反射部件，所述反射部件用于固定被测物体，所述反射部件可旋转并且沿周向设有若干个反射面，每个所述反射面用于将所述激光束一、激光束二进行反射；
光电探测器一，光电探测器二，至少一个反射镜一，至少一个反射镜二；
反射镜一设置于光电探测器一与反射部件之间，激光束一被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜一，光电探测器一接收反射镜一反射后的激光束并显示其入射位置；
反射镜二设置于光电探测器二与反射部件之间，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至反射镜二，光电探测器二接收反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置；
处理系统，根据所述光电探测器一上所接收到的激光束一入射位置变化值和/或所述光电探测器二上所接收到的激光束二入射位置变化值，处理得到所述反射部件上被测物体的旋转角度值。
2.根据权利要求1所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，反射镜一为两个，激光束一被反射部件中的反射面反射后的激光束入射至其中一个反射镜一，经该反射镜一反射后入射至另一个反射镜一，光电探测器一接收所述另一个反射镜一反射后的激光束并显示其入射位置。
3.根据权利要求1或2所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，反射镜二为两个，激光束二被反射部件中的反射面反射后入射至其中一个反射镜二，经该反射镜二反射后入射至另一个反射镜二，光电探测器二接收所述另一个反射镜二反射后的激光束并显示其入射位置。
4.根据权利要求1所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，所述反射部件设有便于固定被测物体的安装孔。
5.根据权利要求1所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，所述反射部件上的全部所述反射面形状大小相同。
6.根据权利要求5所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，所述反射部件为正多边形立柱，所述正多边形立柱的每个侧面为所述反射面。
7.根据权利要求1所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，当所述反射镜一为两个及以上时，所述反射镜一相互平行；和/或，当所述反射镜二为两个及以上时，所述反射镜二相互平行。
8.根据权利要求1所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，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。
9.根据权利要求1所述的新型光臂放大型高精度连续角度传感器，其特征在于，还包括激光源一、分光镜和至少一个反光镜，所述激光源一发射的激光束入射到分光镜经反射和透射分别得到所述激光束一、所述激光束二，所述激光束一、激光束二经所述反射部件的两个不同反射面分别反射并被对应所述光电探测器一、光电探测器二所接收。
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| CN112325805A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 珠海市运泰利自动化设备有限公司 | 一种入射点非转动原点psd角度检测标定方法 |
| CN114705138A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-05 | 北方民族大学 | 一种多反射式角度测量系统及测量方法 |
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