[實用新型]激光柵角位移傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720188480.4
• 申請日: 2007-12-11
• 公開（公告）號: CN201133824Y
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 張興紅;彭東林;萬文略;劉小康;向險峰;陳錫侯;楊偉;王先全
• 申請（專利權）人: 重慶工學院
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本實用新型屬于角位移傳感器技術。

背景技術

各種圓分度傳感器精度最終受限于機械加工精度。這是因為目前關于幾何量精密測量的理論、方法和技術都是建立在精密機械基礎上的。

以計算機技術為代表的現(xiàn)代信息技術卻突飛猛進，日新月異。用于視聽設備的CD、VCD、超級VCD、DVD……等光盤數(shù)據系統(tǒng)已經深入千家萬戶。一張光盤，錄制費用低廉，且不需要任何“安裝精度”，隨便放進碟片倉，就可以精確地讀取上面大量精密刻制的信息，這是一個很好的啟示。如果能將光盤數(shù)據系統(tǒng)的成套技術移植到以圓分度為代表的幾何量測量上來，就可以形成又一種新型角位移傳感器——激光柵角位移傳感器。

發(fā)明內容

本實用新型的目的在于用光盤數(shù)據系統(tǒng)的激光讀數(shù)技術和相關硬件技術，提出一種新的可同時兼顧動、靜態(tài)測量的激光柵角位移傳感器(簡稱激光柵)。

如圖1所示，激光柵角位移傳感器主要由刻錄有編碼信息的雙面光盤1、動激光讀數(shù)頭2、參考激光讀數(shù)頭3和信號處理電路4構成。直流電機帶動光盤恒速旋轉動，對直流電機轉速采用脈寬調制方式，運用數(shù)字PID校正和環(huán)技術實現(xiàn)閉環(huán)控制，保證轉速的恒定。動讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭垂直于光盤表面對稱分布在光盤兩側。動讀數(shù)頭隨被測可動部件轉動，參考讀數(shù)頭不隨轉動部件轉動。恒速旋轉的光盤相繼掠過動讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭時，根據光盤上的分度信息編碼可以確定光盤掠過兩個讀數(shù)頭的時間差，該時間差與動激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭的夾角一一對應，動激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭的信號接入信號處理電路4，測出時間差即可實現(xiàn)角位移測量。

雙面光盤兩個側面的對稱位置上刻錄完全相同的圓分度信息編碼，該編碼是確定光盤相繼掠過動讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭時間差的標志。除此之外在參考讀數(shù)頭所對的光盤表面上，除了刻錄有圓分度信息編碼外，還在不同的圓周上分別刻錄有絕對零點編碼、誤差修正和補償編碼、糾錯編碼等信息，參考激光讀數(shù)頭如常規(guī)的光盤數(shù)據系統(tǒng)一樣，做徑向運動，分別讀取上述各種信息。

本實用新型設計的傳感器盡管用激光讀數(shù)頭的尋跡和聚焦技術精確讀取普通光盤上的編碼信息，但是錄制光盤信息點的位置誤差，信號處理電路中的相關環(huán)節(jié)和其他因素引起的系統(tǒng)誤差等都會影響傳感器的精度，所以還需要利用諧波誤差修正和補償以實現(xiàn)高精度測量，以下是其基本原理：

光盤上錄制的圓分度編碼隨光盤高速旋轉，誤差都周期性地出現(xiàn)，所有的誤差均為周期函數(shù)，按富里葉級數(shù)可展開成i(0～∞)次諧波的合成，用標定裝置對傳感器進行標定，得出誤差曲線，進而得出修正和補償數(shù)據。把這些修正和補償數(shù)據以編碼的形式刻錄在光盤上，在信號處理過程中參考讀數(shù)頭精確讀出這些編碼信息，采用信號處理電路中的微處理器進行諧波校正，可以大大提高傳感器的精度，實現(xiàn)高精度位移測量。

因此，本傳感器依靠激光讀數(shù)頭的反復跟蹤制導和聚焦以及光盤數(shù)據系統(tǒng)的糾錯能力和誤差修正補償，而不是機械一次性安裝定位來保證測量精度，傳感器容錯力和抗干擾力強，具有成本低，結實耐用，經得起惡劣工作環(huán)境的摔打碰撞的特點，可以取代當今任何一種靜、動態(tài)測量手段來實現(xiàn)高精度測量。

附圖說明

圖1A是角位移傳感器立體結構示意圖；

圖1B是圖1A的正視圖；

圖2是傳感器的角位移測量示意圖；

圖3是時間差信號示意圖。

具體實施方式

下面以“獨碼”編碼為例說明激光柵的工作原理：

直流電機帶動光盤作恒角速度，在光盤1兩面分裝兩套獨立的激光讀數(shù)頭(及控制電路)，一面的一個讀數(shù)頭作為動激光讀數(shù)頭，隨被測轉動部件沿圓周轉動，只讀取該面上刻錄的圓分度編碼信息；另一面的一個讀數(shù)頭作為參考激光讀數(shù)頭，可以讀取光盤上該面的所有編碼信息。此時兩個讀數(shù)頭處于相同的半徑圈，在光盤兩面的這一半徑圈的軌跡上同一位置上分別刻錄一個點，就構成一個“獨碼”，可以說，再也找不到比這種碼更簡單的編碼了。采用單線(點)的獨碼時，一個圓周上只有一道刻線，按照圓周封閉原則，就沒有刻劃誤差。如圖2所示，動讀數(shù)頭2和參考讀數(shù)頭3形成夾角θ，光盤上恒速旋轉的獨碼相繼掠過動讀數(shù)頭2和參考讀數(shù)頭3時，兩個讀數(shù)頭上輸出的信號如圖3所示，由于光盤的轉速恒定，兩路信號的周期恒定為T，它所對應的角度是360°，時間差為Δt，信號處理電路測出Δt，就可以計算出夾角θ：