CN208751510U - 一种角度测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种角度测量传感器，所述角度测量传感器包括：激光器，用于射出激光束；可随被测物体同步转动的反射镜，用于接收所述激光器射出的激光束，并使该激光束反射至折射镜；所述折射镜，用于使所述反射镜反射的激光束发生折射，并射出；光电探测器，用于接收从所述折射镜折射出的激光束，并测量其入射位置；处理系统，用于根据光电探测器接收到的激光束的入射位置变化量计算出被测物体的转动角度。本传感器通过折射镜对反射的激光束进行折射从而对转动前后的反射角的变化进行放大，最后通过激光在光电探测器上入射位置的变化，从而计算出被测物体的转动角度。

Description

一种角度测量传感器

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，具体涉及一种角度测量传感器。

背景技术

当前，在小角度的高精度测量领域内，广泛采用光学方法进行测量，例如光学分度头法、多面棱体法、衍射法、自准直法、光纤法、声光调制法、光学内反射法、激光干涉法、环形激光法等。但该类方法测量量程小，成本高，结构相对复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种角度测量传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种角度测量传感器，包括：

激光器，用于射出激光束；

可随被测物体同步转动的反射镜，用于接收所述激光器射出的激光束，并使该激光束反射至折射镜；

所述折射镜，用于使所述反射镜反射的激光束发生折射，并射出；

光电探测器，用于接收从所述折射镜中折射出的激光束，并测量其入射位置；

处理系统，用于根据光电探测器接收到的激光束的入射位置变化量计算出被测物体的转动角度。

在进一步的方案中，所述反射镜安装在被测物体上。保证反射镜与被测物体的旋转角度一致。

在进一步的方案中，所述激光束入射至所述反射镜的旋转中点。保证激光束入射于反射镜上的同一点，防止激光束同一光路下在反射镜上的入射点不同从而对角度的测量造成偏差。

在进一步的方案中，所述折射镜为三棱镜。

在进一步的方案中，所述三棱镜包括棱镜面一与棱镜面二，所述激光束射入棱镜面一，并发生折射；棱镜面二接收棱镜面一折射的激光束，并使得激光再次发生折射，且使激光束从棱镜面二射出。

在进一步的方案中，所述棱镜面一与棱镜面二相接，所述棱镜面一与棱镜面二相接的夹角为锐角。

在进一步的方案中，所述激光束入射于棱镜面一的角度为锐角。保证激光束在棱镜内发生两次折射角度不为0的折射，从而使得位置变化量得到二次放大。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型根据同一道激光束在同一反射镜上的入射角不同，反射角也不同，并通过折射镜对反射的激光束进行折射从而对转动前后的反射角的变化进行放大，最后通过激光在光电探测器上入射位置的变化，从而计算出被测物体的转动角度。本实用新型测量结构简单，成本低，测量精度较传统方法有显著提高。

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单地介绍，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的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的一种角度测量传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的一种角度测量传感器的原理图；

图中标记说明

激光器1，激光束2，反射镜3，折射镜4，光电探测器5，棱镜面一41，棱镜面二42。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实施例示意性地公开了一种角度测量传感器，包括：激光器1，激光束2，反射镜3，折射镜4，光电探测器5。在本方案中，激光器1，用于射出激光束2；可随被测物体同步转动的反射镜3，用于接收所述激光器1射出的激光束2，并使该激光束2反射至折射镜4；所述折射镜4，用于使所述反射镜3反射的激光束2发生折射，并射出；光电探测器5。用于接收从所述折射镜4中折射出的激光束2，并测量其入射位置。处理系统，用于根据光电探测器5接收到的激光束2的入射位置变化量计算出被测物体的转动角度。

在进一步的方案中所述折射镜4为三棱镜。

再进一步地，所述三棱镜包括棱镜面一41与棱镜面二42，所述激光束2射入折射镜4的棱镜面一41，并发生折射，发生折射后的激光束2射入棱镜面二42时，棱镜面二42使得激光再次发生折射，并使激光束2从棱镜面二42射出。

其原理如图2所示，利用三棱镜对激光束进行两次折射，使得光电探测器上激光束的接收位置距离得到放大，使得被测物体的转动角度变化量得到放大，在实现提高角度测量精度的同时减小了测量臂。

如图1所示，箭头方向为被测物体与反射镜的转动方向，另外的，光电传感器采用PSD，转动前的反射镜与激光束用实线表示，转动后的反射镜与激光束用虚线表示，激光束传输路径如下：

转动前，激光器1发射激光束2，所述激光束2经反射面3反射至折射镜4的棱镜面一41，并发生折射，入射至棱镜面二42，棱镜面二42使得激光束2再次发生折射并入射至光电探测器5。光电探测器5接收经棱镜面二42折射并射出的激光束2，并测量其入射位置，此时记为第一入射位置。

转动后，激光器1发射激光束2，所述激光束2经反射面3反射至折射镜4的棱镜面一41，并发生折射，入射至棱镜面二42，棱镜面二42使得激光束2再次发生折射并入射至光电探测器5。光电探测器5接收经棱镜面二42折射并射出的激光束，并测量其入射位置，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得到入射光线的位置变化量，即可计算出被测物体的转动角度。

由于转动角度与位置变化量属于非线性关系，本发明同时提出一种上述角度测量传感器的位置变化量与转动角度标定方法，步骤如下：

步骤一：

在被测物体上设置反射镜，使得反射镜可与被测物体同步运行；

步骤二：

调整激光器、反射镜、折射镜与光电探测器的位置关系，在保证反射镜在转动过程中，激光入射点为同一位置的情况下，使得激光器射出的激光束入射至反射镜，经反射镜反射后入射至折射镜，经棱镜折射镜后被光电探测器接收；

步骤三：

给定转动角度α1、α2、α3…αn,记录对应转动角度下的光电探测器位置变化量，通过非线性拟合获得转动角度与光电探测器位置变化量的公式。

作为一种较优的实施方式，所述激光束2入射至所述反射镜3的旋转中点。保证激光束2入射于反射镜3上的同一点，防止激光束2同一光路下在反射镜3上的入射点不同从而对角度的测量造成偏差。

作为一种较优的实施方式，所述反射镜3安装在被测物体上。保证反射镜3与被测物体的旋转角度一致。

作为一种较优的实施方式，所述棱镜面一41与棱镜面二42相接，所述棱镜面一41与棱镜面二42相接的夹角为锐角。在保障激光束2入射折射镜4，折射镜4使所述激光束2发生折射，并射出去后，激光束2仍然能入射光电探测器5的情况下，不限制棱镜面一41与棱镜面二42的夹角度数。

作为一种较优的实施方式，所述激光束2入射于棱镜面一41的角度为锐角。从而使得位置变化量得到二次放大。在保证激光束2在折射镜4内发生两次折射角度不为0的折射的情况下，不限制激光束2入射于棱镜面一41的角度度数。

上述本实施例中提供的角度测量传感器，其基于折射镜实现，整个角度测量传感器的结构简单，成本低，且测量精度高。

基于上述角度测量传感器，其测量方法包括以下步骤：

在被测物体上设置反射镜，使得反射镜可与被测物体同步运行；

调整激光器、反射镜、折射镜与光电探测器的位置关系，在保证反射镜在转动过程中，激光入射点为同一位置的情况下，使得激光器射出的激光束入射至反射镜，经反射镜反射后入射至折射镜，经折射镜透射后被光电探测器接收；

被测物体进行转动，且转动过程中激光器发射的激光束沿同一光路传输至反射镜的同一位置，且被反光镜反射至棱镜；

根据光电探测器在运行过程中接收到的入射光线的位置变化量计算被测物体的转动角度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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)

1.一种角度测量传感器，其特征在于，包括：

激光器，用于射出激光束；

可随被测物体同步转动的反射镜，用于接收所述激光器射出的激光束，并使该激光束反射至折射镜；

所述折射镜，用于使所述反射镜反射的激光束发生折射，并射出；

光电探测器，用于接收从所述折射镜中折射出的激光束，并测量其入射位置；

处理系统，用于根据光电探测器接收到的激光束的入射位置变化量计算出被测物体的转动角度。

2.根据权利要求1所述的角度测量传感器，其特征在于，所述反射镜安装在被测物体上。

3.根据权利要求1所述的角度测量传感器，其特征在于，所述激光束入射至所述反射镜的旋转中点。

4.根据权利要求1所述的角度测量传感器，其特征在于，所述折射镜为三棱镜。

5.根据权利要求4所述的角度测量传感器，其特征在于，所述三棱镜包括棱镜面一与棱镜面二，所述激光束射入棱镜面一，并发生折射；棱镜面二接收棱镜面一折射的激光束，并使得激光再次发生折射，且使激光束从棱镜面二射出。

6.根据权利要求5所述的角度测量传感器，其特征在于，所述棱镜面一与棱镜面二相接，所述棱镜面一与棱镜面二相接的夹角为锐角。

7.根据权利要求5所述的角度测量传感器，其特征在于，所述激光束入射于棱镜面一的角度为锐角。