[發明專利]非接觸式的位移或角度傳感器及其測量位移或角度的方法

無效

• 申請號: 201310227987.6
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103267486A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 張明亮
• 申請（專利權）人: 張明亮
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司 31113
• 代理人: 陳志良

技術領域

本發明涉及一種傳感器技術，特別是公開一種非接觸式的位移或角度傳感器及其測量位移或角度的方法，是一種基于圖像處理的用于檢測旋轉運動或直線運動的非接觸式的測量傳感器，應用于油門踏板位置傳感器，節氣門位置傳感器，或其它用途的角度或位移傳感器。

背景技術

現代機電系統中經常要求測量位移或角度。許多動態參數，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移或角度測量為基礎的。

關于位移或角度測量的方法有很多，大多是采用各種電測或非電測的位移或角度傳感器，將位移或角度轉換成模擬量或者數字量。根據測量的原理不同可以分為以下幾種：

（1）傳感器結構隨位移變化，使其位移量轉換成電量，如電位器式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、差動變壓器式傳感器、電渦流式傳感器、霍爾傳感器等均可以實現位移測量。

（2）利用某些材料的特殊功能，諸如壓電傳感器、金屬應變片、半導體應變片等，通過將小位移轉換成電荷或者阻值的變化，實現位移測量。

海拉胡克股份公司（Hella）擁有專利技術的感應式位置傳感器能夠在一個簡單、緊湊的空間條件下能夠實現對線位移和角位移的非接觸式測量，另外，它對制造精度和周圍的環境要求較低，在汽車制造領域內獲得了廣泛的應用，如節氣門傳感器、加速踏板傳感器和轉向傳感器等。

感應式位置傳感器同其他角傳感器一樣，也是由定子和轉子組成的。在PCB上的定子由激勵線圈、3個感應接受線圈和其他信號處理電子元件組成，轉子是一塊簡單的沖壓金屬片。激勵線圈中電流產生的電磁場在轉子中產生感應電流。第一次感應耦合與角位置無關，其作用僅是通過感應耦合將能量傳遞給轉子。傳感器的相關信息是通過轉子與接受線圈之間的第二次感應耦合來實現的，這次感應與轉子相對于定子的相對位置有關。在第二次感應中，定子上的電壓幅值隨相對位置而變化，信號處理單元接受線圈的電壓信號，進行整流、放大并成對地將其按比例輸出，就可以獲得角度位置信息。

感應傳感原理的應用不僅僅局限于旋轉機構，同樣也可以將傳感器設計成線性結構。

上述的傳感器在許多場合得到了應用，但是，上述的傳感器零部件數目多，安裝復雜，需要對被測對象進行機械改動等缺點，實際上利用圖像處理技術的最新進展，圖像傳感器和中央處理器的性能不斷提高，但是價格卻在不斷下降，因此有可能實現成本更低、功能更強而安裝使用更方便的角度或位移傳感器。

發明內容

本發明的目的是充分利用集成電路技術領域和圖像處理技術領域的最新技術，設計一種低成本的非接觸式的位移或角度傳感器。

本發明是這樣實現的：一種非接觸式的位移或角度傳感器，所用的測量部件包括非接觸式的位移或角度傳感器及被測運動部件的表面圖案A，其特征在于：所述的非接觸式的傳感器包括圖像傳感器，中央處理器，存儲器，被測運動部件的表面圖案A，光學鏡頭，殼體，光源等部分。所述的光學鏡頭設在圖像傳感器與被測運動部件的表面圖案A的光路上，與圖像傳感器相隔距離為光學鏡頭的焦距，所述的光源位于光學鏡頭的下側方或上方，所述的光源位于光學鏡頭的上方時需增加一個棱鏡；圖像傳感器與中央處理器、存儲器之間采用電連接，封裝在一個保障圖像傳感器、光學鏡頭及被測運動部件的表面圖案A構成光路的殼體中，其中殼體的光學鏡頭部分為透明殼體，成為非接觸式的位移或角度傳感器總成。所述的光學鏡頭設在圖像傳感器的正下方或側方；所述的光學鏡頭在圖像傳感器側方時，需增加一個棱鏡。

中央處理器和存儲器可以是獨立的，也可以是由一個集成芯片實現。例如，單片機或數字處理器（DSP），已經包含了存儲器。所述的存儲器，可以是程序存儲器，也可以是數據存儲器。圖像傳感器，能感受光學圖像信息并轉換成可用輸出信號的傳感器。它是組成數字攝像頭的重要組成部分。根據元件的不同，可分為CCD（Charge?Coupled?Device，電荷耦合元件）和CMOS（Complementary?Metal-Oxide?Semiconductor，金屬氧化物半導體元件）兩大類。?實際中，光源、光學鏡頭、圖像傳感器、中央處理器、存儲器等可以被封裝在一個單獨的殼體內，輸出結果是被測的角度或位移。更進一步它們可以被集成在一起，作為一個ASIC（Application?Specific?Integrated?Circuit）制造，可以顯著降低系統的成本。

所述非接觸式的位移或角度傳感器測量位移或角度的方法如下：

A）所述被測運動部件的表面圖案A，包含至少一個圖形G；