CN213812146U - 激光位移传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光位移传感器，包括壳体、激光发射组件、感光元件和反光元件。所述壳体包围形成容纳腔。所述激光发射组件设置于所述容纳腔。所述激光发射组件用于向被测物体发射激光。所述感光元件和所述反光元件均设置于所述容纳腔。所述反光元件用于将被所述被测物体反射的所述激光反射至所述感光元件。通过灵活调整所述反光元件在所述容纳腔中的位置和接收所述激光的角度，可以使得所述激光向不同的方向传播。因此可以提高所述感光元件位置调整的灵活性。通过调整所述反光元件和所述感光元件的位置和角度，可以减少所述激光发射组件和所述感光元件之间的距离。进而可以缩小所述激光位移传感器的体积，便于使用和携带。

Description

激光位移传感器

技术领域

本实用新型涉及精密测量技术领域，特别是涉及一种激光位移传感器。

背景技术

激光位移传感器在工业自动化领域具有广泛的应用。激光位移传感器使用激光三角测距原理，具有非接触测量、精度高、响应速度快的性能特点。

近年来，特别是随着人工智能的发展，对激光位移传感器的性能要求越来越高。但是，现有的激光位移传感器尺寸较大，不便于携带，在狭小的空间内不便使用。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种激光位移传感器。

一种激光位移传感器，包括：

壳体，包围形成容纳腔；

激光发射组件，设置于所述容纳腔，用于向被测物体发射激光；

感光元件，设置于所述容纳腔；以及

反光元件，设置于所述容纳腔，用于将被所述被测物体反射的所述激光反射至所述感光元件，以减少所述激光发射组件和所述感光元件之间的距离。

在一个实施例中，还包括聚焦元件，设置于所述容纳腔，被所述被测物体反射的所述激光经过所述聚焦元件照射至所述反光元件。

在一个实施例中，所述壳体的同侧间隔设置有激光出口和激光入口，所述激光发射组件通过所述激光出口向所述被测物体发射所述激光，经所述被测物体反射的所述激光通过所述激光入口射至所述反光元件。

在一个实施例中，所述感光元件设置于所述激光发射组件和所述反光元件之间。

在一个实施例中，所述激光发射组件包括：

激光二极管和准直透镜，所述激光二极管发出所述激光并经过所述准直透镜射出；

激光发射控制电路，与所述激光二极管连接，用于控制所述激光二极管的工作状态。

在一个实施例中，还包括控制器，分别与所述激光发射组件和所述感光元件电连接，所述控制器用于控制所述激光发射组件的工作状态，以及接收所述感光元件发送的信号。

在一个实施例中，还包括信号调理电路，电连接于所述感光元件和所述控制器之间，用于减少所述感光元件的曝光时间。

在一个实施例中，所述信号调理电路包括：

差分减法电路，所述差分减法电路的输入端与所述感光元件电连接，用于消除所述感光元件发送的信号中的无用直流偏置分量信号；

放大电路，所述放大电路的输入端与所述差分减法电路的输出端电连接，用于将所述感光元件发送的信号中的交流分量信号放大；

有源滤波电路，所述有源滤波电路的输入端与所述放大电路的输出端连接，用于对所述交流分量信号过滤，所述有源滤波电路的输出端与所述控制器电连接。

在一个实施例中，所述控制器包括模数转换装置，所述源滤波电路的输出端与所述模数转换装置电连接。

在一个实施例中，还包括数据储存装置、显示装置和输入输出装置，分别与所述控制器电连接。

本申请实施例提供的所述激光位移传感器包括壳体、激光发射组件、感光元件和反光元件。所述壳体包围形成容纳腔。所述激光发射组件设置于所述容纳腔。所述激光发射组件用于向被测物体发射激光。所述感光元件和所述反光元件均设置于所述容纳腔。所述反光元件用于将被所述被测物体反射的所述激光反射至所述感光元件。通过灵活调整所述反光元件在所述容纳腔中的位置和接收所述激光的角度，可以使得所述激光向不同的方向传播。所述感光元件不必设置于经过所述被测物体反射的激光的直线路径上。因此可以提高所述感光元件位置调整的灵活性。通过调整所述反光元件和所述感光元件的位置和角度，可以减少所述激光发射组件和所述感光元件之间的距离。进而可以缩小所述激光位移传感器的体积，便于使用和携带。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请一个实施例提供的激光位移传感器内部结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的激光位移传感器的光路图；

图3为本申请一个实施例提供的激光位移传感器中各个模块之间的关系图；

图4为本申请一个实施例提供的感光元件、定时器和模数转换装置的关系图；

图5为本申请一个实施例提供的时钟、激光发射和曝光占空比示意图。

附图标记说明：

激光位移传感器10、壳体100、光路结构体101、容纳腔110、激光出口120、激光入口130、感光元件210、反光元件220、聚焦元件230、激光发射组件240、激光二极管242、准直透镜244、激光发射控制电路246、控制器300、模数转换装置310、信号调理电路400、差分减法电路410、放大电路420、有源滤波电路430、数据储存装置510、显示装置520、输入输出装置530、线缆540、电源模块550、被测物体600。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

请参见图1和图2，本申请实施例提供一种激光位移传感器10。所述激光位移传感器10包括壳体100、激光发射组件240、感光元件210和反光元件220。所述壳体100包围形成容纳腔110。所述激光发射组件240设置于所述容纳腔110。所述激光发射组件240用于向被测物体600发射激光。所述感光元件210和所述反光元件220均设置于所述容纳腔110。所述反光元件220用于将被所述被测物体600反射的所述激光反射至所述感光元件210。通过所述反光元件220可以减少所述激光发射组件240和所述感光元件210之间的距离。

所述激光位移传感器10可以采用激光三角测距法。所述激光三角测距法的测距原理是：所述激光发射组件240发出的所述激光束照射在所述被测物体600上。所述激光经过所述被测物体600反射并聚焦到所述感光元件210。当所述被测物体600的位置发生变化时，所述感光元件210接受的所述激光的角度也会随之改变。所述激光在所述感光元件210上的光斑的位置也有所不同。这样通过计算聚焦在所述感光元件210上光斑位置的移动量，可以得到所述被测物体600的位移。

所述壳体100的形状和材料不限。例如所述壳体100可以为立方体或者圆柱形结构。所述壳体100中还可以设置有光路结构体101。所述激光发射组件240、感光元件210和反光元件220可以分别固定于所述光路结构体101。所述光路结构体101可以对应设置有光路通道。

在一个实施例中，所述激光发射组件240、感光元件210和反光元件220等光学器件可以通过螺纹连接的形式固定于所述光路结构体101。可以理解，所述光路结构体101可以通过开模注塑的方式形成。所述光路结构体101可以预先设置不同的安装位置，以安装不同光学器件或者电学器件。所述壳体100还可以开设有用于通过线缆540的开口。以连接内部的光学或者电学器件。

所述壳体100的材料可以为聚酯或者金属材料。所述激光发射组件240可以发射激光。所述感光元件210可以接收所述激光，并根据所述激光在所述感光元件210表面的位置输出信号。所述反光元件220可以为反光镜。可以理解，当没有所述反光元件220时，从所述被测物体600反射的激光呈直线传输。所述感光元件210只能设置在所述激光传输的直线路径。通过设置反光元件220，可以灵活调整所述感光元件210在所述容纳腔110中的位置，使得所述激光能够通过所述反光元件220反射到所述感光元件210。通过减小所述激光发射组件240和所述感光元件210之间的距离，可以减小光路和所述感光元件210在所述容纳腔110中的延伸长度。即可以减小所述壳体100的体积，进而缩小所述激光位移传感器10的体积。

本申请实施例提供的所述激光位移传感器10包括壳体100、激光发射组件240、感光元件210和反光元件220。所述壳体100包围形成容纳腔110。所述激光发射组件240设置于所述容纳腔110。所述激光发射组件240用于向所述被测物体600发射激光。所述感光元件210和所述反光元件220均设置于所述容纳腔110。所述反光元件220用于将被所述被测物体600反射的所述激光反射至所述感光元件210。通过灵活调整所述反光元件220在所述容纳腔110中的位置和接收所述激光的角度，可以使得所述激光向不同的方向传播。所述感光元件210不必设置于经过所述被测物体600反射的激光的直线路径上。因此可以提高所述感光元件210位置调整的灵活性。通过调整所述反光元件220和所述感光元件210的位置和角度，可以减少所述激光发射组件240和所述感光元件210之间的距离。进而可以缩小所述激光位移传感器10的体积，便于使用和携带。

在一个实施例中，所述感光元件210可以为CMOS图像传感器。所述MOS图像传感器可以由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成。这几部分可以被集成在同一块硅片。所述CMOS图像传感器具有电路简单，精度高的优点。

在一个实施例中，所述激光位移传感器10还包括聚焦元件230。所述聚集元件设置于所述容纳腔110。被所述被测物体600反射的所述激光经过所述聚焦元件230照射至所述反光元件220。所述聚焦元件230可以为受光透镜。所述聚焦元件230可以使得所述被测物体600在测量范围内的不同位置反射回来的光斑都能在所述感光元件210上聚焦，即恒形成聚焦光路。

在一个实施例中，所述壳体100的同侧间隔设置有激光出口120和激光入口130。所述激光出口120和激光入口130之间的距离不做限定，可以根据实际需要调整。所述激光发射组件240通过所述激光出口120向所述被测物体600发射所述激光。经所述被测物体600反射的所述激光通过所述激光入口130射至所述反光元件220。所述壳体100可以为立方结构。所述激光出口120和所述激光入口130可以设置于所述立方结构的同一表面。所述激光出口120和所述激光入口130可以与所述立方结构的一个边平行。所述激光出口120和所述激光入口130也可以设置于所述立方结构的一个面的两个对角。可以理解，上述激光出口120和激光入口130的位置关系还可以采用其他形式，而不限于上述实施例已经提到的形式，只要其能够达到发射和接收激光的功能即可。

所述激光经过所述激光出口120可以射向所述被测物体600。所述被测物体600反射的激光可以经过所述激光入口130射到所述反光元件220。所述激光出口120的面积可以小于所述激光入口130。即所述激光入口130的面积可以更大。因此在所述激光的入射角度发生较大的变化时，所述激光也能通过所述激光入射口射到所述反光元件220。所述激光出口120和所述激光入口130的形状可以为圆形、椭圆形、矩形等结构。

在一个实施例中，所述感光元件210设置于所述激光发射组件240和所述反光元件220之间。即所述感光元件210、所述激光发射组件240和所述反光元件220大致位于一条直线。所述激光发射组件240发射的激光经过所述被测物体600反射后，被所述反光元件220反射到所述感光元件210。因此，光路由所述激光发射组件240射出后，经过所述被测物体600反射，再经过所述感光元件210大致构成一个三角形结构。所述感光元件210不必设置在所述反光元件220远离所述被测物体600的一端，从而可以减小所述壳体100的延伸的长度。

在一个实施例中，所述激光发射组件240包括激光二极管242和准直透镜244。所述激光二极管242发出所述激光并经过所述准直透镜244射出。所述准直透镜244可以将来自孔径栏中每一点的光线变成一束平行的准直光柱，因此可以提高测量精度。所述激光二极管包括单异质结(SH)、双异质结(DH)和量子阱(QW)激光二极管。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点。可以理解，上述激光发射组件240还可以采用其他形式，而不限于上述实施例已经提到的形式，只要其能够达到完成发射激光的功能即可。

请参见图3，在一个实施例中，所述激光发射组件240还可以包括激光发射控制电路246。所述激光发射控制电路246与所述激光二极管242连接。所述激光发射控制电路246用于控制所述激光二极管242的工作状态。所述激光发射控制电路246可以控制所述激光二极管242发射激光的时间、发射激光的强度和发射激光延续的时间等。

在一个实施例中，所述激光位移传感器10还包括控制器300。所述控制器300分别与所述激光发射组件240和所述感光元件210电连接。所述控制器300用于控制所述激光发射组件240的工作状态。以及接收所述感光元件210发送的信号。所述控制器300可以为单片机(MCU)。所述控制器300可以控制所述激光发射组件240发射激光的时间、发射激光的强度和发射激光延续的时间等。所述控制器300可以通过控制所述激光发射控制电路246控制所述激光二极管242的工作状态。经过所述被测物体600反射的所述激光被所述感光元件210采集后，所述感光元件210就可以向所述控制器300发送信号。所述控制器300可以根据所述信号计算所述被测物体600的移动距离。

在一个实施例中，所述激光位移传感器10还包括信号调理电路400。所述信号调理电路400电连接于所述感光元件210和所述控制器300之间。所述信号调理电路400用于减少所述感光元件210的曝光时间。当所述感光元件210输出的信号较小时，通常需要增加曝光时间来得到有效的信号。通过所述信号调理电路400可以增加所述感光元件210输出的信号的强度，进而可以减少曝光时间，提高所述激光位移传感器10的响应速度和检测精度。

在一个实施例中，所述信号调理电路400包括差分减法电路410、放大电路420和有源滤波电路430。所述差分减法电路410的输入端与所述感光元件210电连接。所述差分减法电路410用于消除所述感光元件210发送的信号中的无用直流偏置分量信号。因此可以提高后续所述控制器300中的模数转换装置310的分辨率的使用率。所述放大电路420的输入端与所述差分减法电路410的输出端电连接。所述放大电路420用于将所述感光元件210发送的信号中的交流分量信号放大。所述差分减法电路410将所述信号中的直流偏置分量过滤后，剩下所述交流分量信号。通过对所述交流分量信号放大，可以减少曝光时间，进而可以提高所述激光位移传感器10的响应速度。所述有源滤波电路430的输入端与所述放大电路420的输出端连接。所述有源滤波电路430用于对所述交流分量信号过滤，因此可以减少噪声信号的干扰。所述有源滤波电路430的输出端与所述控制器300电连接。因此，经过所述信号调理电路400处理的信号可以输入到所述控制器300。经过所述控制器300计算处理可以得到所述被测物体600的移动距离。

在一个实施例中，所述控制器300包括模数转换装置310。所述源滤波电路的输出端与所述模数转换装置310电连接。通过所述模数转换装置310可以将模拟信号转换为数字信号，便于所述控制器300进行计算处理。

在一个实施例中，所述激光位移传感器10还包括数据储存装置510、显示装置520、输入装置。所述数据储存装置510、所述显示装置520和所述输入装置分别与所述控制器300电连接。所述数据储存装置510可以用于存储用户设置的关键数据。所述显示装置520可以显示数据，并可以通过所述显示装置520进行设置操作。可以理解，所述显示装置520可以具有触摸屏。所述显示装置520也可以起到输入信息的作用。所述显示装置520可以起到人机交互的作用。所述输入输出装置530可以用于输入控制信号，例如可以向所述控制器300输入高低电平，进而通过所述控制器300控制所述激光发射组件240的工作状态。所述输入输出装置530还可以输出所述控制器300的运算结果，并在所述显示装置520显示。所述激光位移传感器10还可以包括电源模块550。通过所述电源模块550可以给所述激光位移传感器10供电。

请参见图4，在一个实施例中，所述控制器300中还可以设置定时器。所述定时器可以向感光元件210发送时钟信号和曝光控制信号。所述曝光控制信号可以控制所述感光元件210的曝光时序。所述定时器也可以向所述模数转换装置310发送时序控制信号，从而控制所述模数转换装置310对所述感光元件210输出的信号进行模数转换。

请参见图5，在一个实施例中，所述控制器300控制所述激光发射组件240发射的占空比大于所述感光元件210曝光的占空比，因此可以避免所述感光元件210曝光时采集到无用信息，避免降低信号采集的效率。

可以理解，上述信号调理电路还可以采用其他形式，而不限于上述实施例已经提到的形式，只要其能够达到完成减少曝光时间，提高所述激光位移传感器10的响应速度和检测精度的功能即可。此外，尽管在上述这些实施例中使用有源滤波电路430，但可替换地，可以使用其它滤波电路。

在一些实施例中，其中模数转换装置310包括比较器，用于将对应于参考分量的信号和对应于信号分量的信号与用于AD转换的参考信号相比；以及计数器，其使用异步计数器以向下计数模式或向上计数模式执行计数并且在该比较器中保持完成比较时的计数值。然而，上述这些实施例中的AD转换方案可以应用到使用AD转换以用于转换两个信号分量之间的差信号分量的任何电子装置，而不限于固态成像器件。

例如，通过使用比较器和计数器基于从固态成像器件捕获的模拟像素信号在固态成像器件的外部执行AD转换，能构造一种电子装置，该电子装置获得真信号分量的数字数据(像素数据)并且基于该像素数据执行期望的数字信号处理。

此外，不必将涉及这些实施例所描述的AD转换器提供为包括在固态成像器件或电子装置中，而可以以集成电路(IC)或AD转换模块的形式提供为独立的器件。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光位移传感器，其特征在于，包括：

壳体，包围形成容纳腔；

激光发射组件，设置于所述容纳腔，用于向被测物体发射激光；

感光元件，设置于所述容纳腔；以及

反光元件，设置于所述容纳腔，用于将被所述被测物体反射的所述激光反射至所述感光元件，以减少所述激光发射组件和所述感光元件之间的距离。

2.如权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，还包括聚焦元件，设置于所述容纳腔，被所述被测物体反射的所述激光经过所述聚焦元件照射至所述反光元件。

3.如权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述壳体的同侧间隔设置有激光出口和激光入口，所述激光发射组件通过所述激光出口向所述被测物体发射所述激光，经所述被测物体反射的所述激光通过所述激光入口射至所述反光元件。

4.如权利要求3所述的激光位移传感器，其特征在于，所述感光元件设置于所述激光发射组件和所述反光元件之间。

5.如权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述激光发射组件包括：

激光二极管和准直透镜，所述激光二极管发出所述激光并经过所述准直透镜射出；

激光发射控制电路，与所述激光二极管连接，用于控制所述激光二极管的工作状态。

6.如权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，还包括控制器，分别与所述激光发射组件和所述感光元件电连接，所述控制器用于控制所述激光发射组件的工作状态，以及接收所述感光元件发送的信号。

7.如权利要求6所述的激光位移传感器，其特征在于，还包括信号调理电路，电连接于所述感光元件和所述控制器之间，用于减少所述感光元件的曝光时间。

8.如权利要求7所述的激光位移传感器，其特征在于，所述信号调理电路包括：

差分减法电路，所述差分减法电路的输入端与所述感光元件电连接，用于消除所述感光元件发送的信号中的无用直流偏置分量信号；

放大电路，所述放大电路的输入端与所述差分减法电路的输出端电连接，用于将所述感光元件发送的信号中的交流分量信号放大；

有源滤波电路，所述有源滤波电路的输入端与所述放大电路的输出端连接，用于对所述交流分量信号过滤，所述有源滤波电路的输出端与所述控制器电连接。

9.如权利要求8所述的激光位移传感器，其特征在于，所述控制器包括模数转换装置，所述源滤波电路的输出端与所述模数转换装置电连接。

10.如权利要求9所述的激光位移传感器，其特征在于，还包括数据储存装置、显示装置和输入输出装置，分别与所述控制器电连接。

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