[發明專利]光電式微位移測量裝置

無效

• 申請號: 201010528023.1
• 申請日: 2010-11-02
• 公開（公告）號: CN101979959A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發明（設計）人: 楊寧;王恒坤;韓旭東;劉長順
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及光電測量技術領域，具體涉及光電測量技術中測量微位移的裝置。

背景技術

光柵尺是目前應用較為廣泛的具有代表性的測量位移傳感器，由于受碼盤刻畫、溫度以及裝調工藝等因素的影響，使測量裝置體積和測量分辨率及精度成為業內人事十分關心的問題。

以往在空間小的環境下對微位移測量的裝置主要是靠霍爾元件，直線電位器等模擬器件，它們有易受電器噪聲干擾，分辨率較低，穩定性差等特點。

發明內容

本發明為解決現有微位移測量裝置的體積大，測量精度低且穩定差，易受電器噪聲干擾等問題，提供一種光電式微位移測量裝置。

光電式微位移測量裝置，包括殼體、主光柵固定架、主軸、導向軸、主光柵、發光組件、指示光柵、指示光柵固定架、光電接收組件、信號處理元件和接觸探頭；主光柵固定架固定在主軸上，主光柵固定在主光柵固定架上，指示光柵固定在指示光柵固定架上，所述指示光柵固定架固定在與主光柵固定架相對位置的殼體上；所述光電接收組件和信號處理元件分別固定在指示光柵固定架外側的殼體上，發光組件和導向軸分別固定在主光柵固定架外側的殼體上；接觸探頭設置在主軸的底端。

本發明的工作原理：本發明所述的光電式微位移測量裝置的測量方式采用接觸式測量，由發光組件發出紅外光源準直照射在主光柵上，當本裝置的接觸探頭隨主軸帶動主光柵固定架與被測設備發生微小位移時，所述主光柵與固定在指示光柵固定架的指示光柵之間產生相對運動出現明暗交錯變化的莫爾條紋，而位于指示光柵后面的光電接收組件將接收的光信號轉變成電信號，從而形成有規律的正弦信號和零位信號，這些電信號包含了被測設備位移信息。主光柵每移動一個柵距，光電信號變換一個正弦周期，通過電路信號處理模塊中的細分處理及信號輸出模塊，將高精度的位移信息傳給設備控制系統及數據顯示系統。

本發明的有益效果：本發明所述的裝置體積?。黄溲b置的外形尺寸為30毫米×30毫米×30毫米，本發明的裝置能夠自動快速準確地測量出微位移變化并以數字形式輸出。同時本裝置具有高可靠性、高頻率響應和系統重復穩定性。本裝置使用方便，當發生微小距離位移變化時直接輸出距離的數字數據。上位機容易采集，無需再轉換計算，大大地縮短了運算時間，提高了系統工作效率。

附圖說明

圖1為本發明所述的光電式微位移測量裝置的外形結構示意圖；

圖2為本發明所述的光電式微位移測量裝置的內部連接結構示意圖；

圖3為本發明所述的光電式微位移測量裝置中信號處理元件的模擬信號處理電路圖；

圖4為本發明所述的光電式微位移測量裝置中信號處理元件的CPU處理器的軟件流程圖。

圖中：1、殼體，2、主光柵固定架，3、主軸，4、導向軸，5、主光柵，6、發光組件，7、指示光柵，8、指示光柵固定架，9、光電接收組件，10、信號處理元件，11、接觸探頭。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1至圖4說明本實施方式，光電式微位移測量裝置，包括殼體1、主光柵固定架2、主軸3、導向軸4、主光柵5、發光組件6、指示光柵7、指示光柵固定架8、光電接收組件9、信號處理元件10和接觸探頭11；主光柵固定架2固定在主軸3上，主光柵5固定在主光柵固定架2上，指示光柵7固定在指示光柵固定架8上，所述指示光柵固定架8固定在與主光柵固定架2相對位置的殼體1上；所述光電接收組件9和信號處理元件10分別固定在指示光柵固定架8外側的殼體1上，發光組件6和導向軸4分別固定在主光柵固定架2外側的殼體1上；接觸探頭11設置在主軸3的底端。

本實施方式所述的導向軸4用來限制主軸的轉動。

本實施方式所述的信號處理元件10的功能包括信號放大與整形、CPU處理器、信號輸出件、電源模塊及計算機軟件程序；信號處理元件的工作原理：

結合圖3和圖4進行說明，所述光柵尺輸出四路相位相差90度的模擬信號經電阻放大和比較器整形，成為相位相差90度的方波通過CPU進行計數運算。四路相位相差90度的模擬信號通過CPU集成的AD采集接口轉變成數字信息，由軟件差分放大成兩路相位相差90度的數字信號，再經軟件細分成分辨率為0.015微米的數據并以串口形式輸出的測量裝置。

本實施方式所述的CPU處理器的型號為C8051F020；CPU處理器采用KeiluVision3編程。

本發明的信號處理元件中的電路板尺寸為27毫米×24毫米。由于采用高集成單片機處理芯片大大的減小了體積，把光電模擬信號轉變成數字信號提高了裝置的可靠性，采用軟件細分提高了裝置的分辨率和重復性。