[發明專利]CCD碼筒式角度傳感器

有效

• 申請號: 201310463145.0
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103486982A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 謝佑坤;謝佑興
• 申請（專利權）人: 謝佑坤;謝佑興
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 俞宗耀;俞昉

技術領域

本發明涉及一種角度傳感器，尤其涉及一種光電CCD碼筒式角度傳感器，屬工業自動化測量儀表技術領域。

背景技術

角度傳感器是儀表測量、工業自動化、航空航海等領域的一種重要的傳感器。在測控系統中，經常要使用角度傳感器采集各種角度參數或對轉動機構進行測速。在飛行姿態控制系統中，精密角度測量更是獲得高精度定位的關鍵技術和設備。角度傳感器的測量原理多種多樣，常用的有電位器式、光電碼盤式、光柵式等。電位器式結構簡單，但觸點易磨損，分辨率不高。碼盤式、光柵式精度及分辨率較高，角度測量范圍寬，但體積較大，后繼測量電路比較復雜。目前碼盤式角度傳感器應用較為廣泛，但受到碼盤刻線，軸的安裝及電氣響應等因素影響，難以達到角秒級的分辨率。

線性CCD器件在條形碼掃描已經廣泛應用的時候，人們也嘗試將它用于角度測量。專利號為200310100209.7，名稱為“單圈絕對式角度編碼器的通用編碼方法”的中國發明專利，以及專利號為200810116109.6，名稱為“光電式角度傳感器”的中國發明專利，都實現了線性CCD在碼盤式角度傳感器的應用。線性CCD器件是高度集成線狀排列尺寸微小的光電管，它在測量線度方向上可給出極其細微而又眾多的信息，在線性CCD的各種應用中，常常伴隨有各種條形碼，將需要測量的信息以條形碼形式集中在CCD的焦線上，供CCD讀碼。但上述專利仍舊延用了在碼盤上刻槽，點光源聚焦后透射過刻槽，照射到線性CCD上，獲取測量信息。碼盤的設計，制作難度高，而且很難充分發揮線性CCD器件在線度上測量信息量大，精度高的特性。由于CCD器件較長，盡管刻槽都安排在碼盤的邊緣處，碼盤也較大，設計的傳感器體積較大，CCD碼盤式角度傳感器，很難充分發揮出CCD讀碼的長處。

名稱為“分級編碼條碼標尺”的中國發明專利（專利號為201110432176.0），公開了一種DAB編碼分級編碼條碼標尺，能使用較少的碼元組合實現大量程水準測量，并具有條碼密度低的特點，給遠距離測量條碼定位創造了良好的條件，但在將這一新技術應用到碼盤式角度傳感器中時，長長的條碼標尺和長長的CCD器件與碼盤式角度傳感器又不相容。

發明內容

本發明的目的是：克服現有技術CCD碼盤式角度傳感器的缺陷，提供一種測量結構簡單、易于實現、并且使用方便的CCD碼筒式角度傳感器，以線性CCD器件和分級編碼條碼標尺為主要部件，以碼筒式二維分級編碼條碼標尺代替傳統的碼盤刻度，用線性CCD器件進行角度測量。

為達到上述目的，釆取的技術方案是：CCD碼筒式角度傳感器，包括碼筒、線性CCD器件和電路板，其特征在于：所述碼筒呈圓筒狀，所述碼筒的筒壁內側面置有碼筒式條碼標尺，所述線性CCD器件和照明燈與所述電路板固定連接，且面向所述碼筒式條碼標尺軸向安裝，并通過連桿隨輸出軸的旋轉而旋轉；

所述碼筒式條碼標尺為二維分級編碼條碼標尺，將碼筒周長n等分，每一等分為一碼字區，對應360/n度角；每一碼字區由碼頭和碼尾兩部分組成，碼頭TDAB碼編碼，置于所述碼筒式條碼標尺的下端，所述TDAB碼由從下向上依序排列的T碼、D碼、A碼、B碼組成；碼尾為所述碼頭上方的矩形區域，所述矩形區域內從下向上順時鐘方向傾斜設置有一條對角線，由CCD焦線與所述對角線相交點的髙度得到所述CCD焦線在所述碼字區的精細角度，所述CCD焦線的下端從碼頭TDAB碼讀得所述碼字區的起始角度，所述精細角度與起始角度之和為測得的實際角度。

所述T碼為圈數計數器，由與測角圈數相等的等間距的圓環線組成；所述D碼有二根D碼條，按寬度不同分別對應二進制位值0或1，構成二進制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度不同分別對應三進制位值的0、1、或2，構成AB碼三進制二位；同一碼字區TDAB碼計數值一致，代表其所在碼字區的區號，各碼字區的區號從刻度始端朝向終端方向依序遞增，且每次遞增的增量值為1。?

所述照明燈為LED燈或激光照明燈。

所述D碼有二根D碼條，每根D碼條按寬度分成二種：寬0.2mm對應二進制位值0，寬0.4mm對應二進制位值1，形成二進位制二位；所述A碼、B碼各有一根碼條，按寬度分成0.2mm、0.4mm和0.6mm三種，分別對應三進制位值的0、1、2，形成三進位制二位。

每兩根相鄰的D碼條之間，或A碼條、B碼條之間，或D碼條與A碼條、B碼條之間，均留有空隙。