[發(fā)明專(zhuān)利]一種光學(xué)非接觸式壓力傳感器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810299454.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108225631A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉菲菲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 孝感銳創(chuàng)機(jī)械科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/24
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/24;G01L11/02
• 代理公司: 北京匯信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 王秀麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)非接觸式壓力傳感器，包括由激光器、半反半透鏡、第一反射鏡、相位補(bǔ)償板、濾光透鏡、第二反射鏡和可移動(dòng)反射鏡組成的邁克爾遜干涉系統(tǒng)，及水平支板、第一滑動(dòng)支桿、第一平行導(dǎo)軌、第一彈簧、第二滑動(dòng)支桿、第二平行導(dǎo)軌、第二彈簧、固定水平臺(tái)、CCD相機(jī)、信號(hào)處理機(jī)。水平支板在向下壓力作用下導(dǎo)致可移動(dòng)反射鏡向下移動(dòng)，CCD相機(jī)采集到的邁克爾遜干涉系統(tǒng)的干涉條紋變化，通過(guò)對(duì)條紋信息進(jìn)行幀間強(qiáng)度相關(guān)處理，得到干涉條紋的相位變化值，信號(hào)處理機(jī)實(shí)時(shí)解算干涉條紋的相位變化信息最終得到壓力值。本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)特，采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到非接觸式檢測(cè)壓力的目的，且具有精度高、響應(yīng)快及動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非接觸式壓力傳感器，尤其涉及一種光學(xué)非接觸式壓力傳感器，屬于非接觸式壓力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于抗電磁干擾、高精度、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，光纖傳感器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種物理量的測(cè)量，如溫度、應(yīng)力、磁場(chǎng)、方位、振動(dòng)等。而光學(xué)傳感器主要應(yīng)用于振動(dòng)、流量及水平位移的測(cè)量，這里提出了一種光學(xué)非接觸式壓力傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)非接觸式壓力傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種光學(xué)非接觸式壓力傳感器，它包括激光器、半反半透鏡、第一反射鏡、相位補(bǔ)償板、濾光透鏡、第二反射鏡、可移動(dòng)反射鏡、水平支板、第一滑動(dòng)支桿、第一平行導(dǎo)軌、第一彈簧、第二滑動(dòng)支桿、第二平行導(dǎo)軌、第二彈簧、固定水平臺(tái)、CCD相機(jī)及信號(hào)處理機(jī)。

上述方案中的激光器、半反半透鏡、第一反射鏡、相位補(bǔ)償板、濾光透鏡及第二反射鏡構(gòu)成邁克爾遜干涉系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)第一反射鏡的激光光路為參考光路，經(jīng)過(guò)相位補(bǔ)償板、濾光透鏡、第二反射鏡及可移動(dòng)反射鏡的激光光路為信號(hào)光路，所述濾光透鏡對(duì)所述激光器產(chǎn)生激光透過(guò)率大于90％，所述激光器產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)為380nm至760nm之間的可見(jiàn)光波段。

進(jìn)一步的，上述方案中水平支板在向下的壓力作用下，第一滑動(dòng)支桿與第二滑動(dòng)支桿分別壓縮第一彈簧與第二彈簧向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)可移動(dòng)反射鏡向下移動(dòng)，導(dǎo)致CCD相機(jī)采集到的邁克爾遜干涉系統(tǒng)的干涉條紋發(fā)生移動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)處理機(jī)對(duì)干涉條紋圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的核心算法為幀間強(qiáng)度相關(guān)算法，所述幀間強(qiáng)度相關(guān)算法先提取干涉圖像的圖像系數(shù)矩陣，再對(duì)相鄰干涉圖像的系數(shù)矩陣進(jìn)行強(qiáng)度相關(guān)運(yùn)算，通過(guò)最小二乘迭代得到每幀干涉圖樣的相位變化值。

進(jìn)一步的，所述的第一反光鏡與可移動(dòng)反射鏡為鏡面反射鏡或漫反射鏡。

本發(fā)明的工作原理如下：當(dāng)水平支板在向下的壓力作用下，第一滑動(dòng)支桿與第二滑動(dòng)支桿分別壓縮第一彈簧與第二彈簧向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)可移動(dòng)反射鏡向下移動(dòng)，導(dǎo)致CCD相機(jī)采集到的邁克爾遜干涉系統(tǒng)的干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理機(jī)對(duì)條紋信息進(jìn)行幀間強(qiáng)度相關(guān)處理，得到干涉條紋的相位變化值，因此可以通過(guò)信號(hào)處理機(jī)實(shí)時(shí)解算干涉條紋的相位變化信息而解算出水平支板向下移動(dòng)的距離，從而進(jìn)一步得到向下的壓力大小。

因?yàn)楸景l(fā)明采用以上技術(shù)方案，所以具備以下有益效果：

一、本發(fā)明中的水平支板在向下的壓力作用下，第一滑動(dòng)支桿與第二滑動(dòng)支桿分別壓縮著第一彈簧與第二彈簧向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)可移動(dòng)反射鏡向下移動(dòng)，邁克爾遜干涉系統(tǒng)信號(hào)光與參考光的光程差，將壓力大小轉(zhuǎn)化為干涉條紋的相位信息，系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)特。

二、采用邁克爾遜干涉儀系統(tǒng)，具有精度高、響應(yīng)快及動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于操作，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能提高的相關(guān)改進(jìn)。

四、本發(fā)明中的幀間強(qiáng)度相關(guān)方法在處理干涉圖像方面，不僅對(duì)干涉圖像的對(duì)比度要求不高，而且具有相當(dāng)高的精度和計(jì)算速度。