[發明專利]基于雙曲面透鏡的角度傳感器及其測量方法

在審

• 申請號: 201810689944.2
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108458672A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 張白;康學亮
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 林輝輪;張玲

本發明提供了一種基于雙曲面透鏡的角度傳感器及其測量方法，該角度傳感器包括光電探測器一和光電探測器二，雙曲面透鏡一和雙曲面透鏡二，所述雙曲面透鏡一設置于所述光電探測器一與所述透射部件之間，在光束從透光孔透射至同一個光電探測器的測量過程中，從透光孔射出的光束入射至雙曲面透鏡一，經雙曲面透鏡一透射后入射至光電探測器一；處理系統，根據所述光電探測器一和/或所述光電探測器二上所接收到的光束的入射位置變化值，處理得到被測物體的旋轉角度值。本新型角度傳感器不僅可以實現連續角度測量，而且精度高、計算速度快。

技術領域

本發明涉及精密測試技術領域，特別涉及一種基于雙曲面透鏡的角度傳感器及其測量方法。

背景技術

角度傳感器是一種常用的幾何量傳感器，在航空航天、工業生產、機械制造以及軍事科學等很多領域中都有廣泛的使用。如圖1所示，專利號為201510276409.0，名稱為“一種連續增量式光臂放大型高精度角度傳感器”的中國專利公開了一種角度傳感器，該傳感器結構簡單，適用于被測物體角度連續增量的變化測量，測量可靠，易于實現批量制造。根據光臂放大式連續角度基本測量原理可知，該角度傳感器的計算過程復雜，耗時長，且系統中存在非線性誤差，導致測量精度有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙曲面透鏡的角度傳感器及其測量方法，可以進一步提高測量精度與計算速度。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種基于雙曲面透鏡的角度傳感器，包括：

光源，用于發射光束；

透射部件，所述透射部件用于同被測物體相連接，所述透射部件可旋轉并且沿周向設有若干個透光孔，透射部件設有中空部，光源位于所述中空部，且位于透射部件的中心，且位置固定不變，光源發射的光束通過所述透光孔透射出去；

光電探測器一和光電探測器二，雙曲面透鏡一和雙曲面透鏡二，

所述雙曲面透鏡一設置于所述光電探測器一與所述透射部件之間，在光束從透光孔透射至同一個光電探測器的測量過程中，從透光孔射出的光束入射至雙曲面透鏡一，經雙曲面透鏡一透射后入射至光電探測器一；

所述雙曲面透鏡二設置于所述光電探測器二與所述透射部件之間，在光束從透光孔透射至同一個光電探測器的測量過程中，從透光孔射出的光束入射至雙曲面透鏡二，經雙曲面透鏡二透射后入射至光電探測器二；

光電探測器一和光電探測器二分別接收從雙曲面透鏡一和雙曲面透鏡二透射出的光束，并顯示其入射位置，且在測量過程中，光電探測器一和光電探測器二中至少有一個能夠接收到光束；

上述方案中，通過在光電探測器與透射部件之間設置雙曲面透鏡，可以實現透射部件轉動角度與光斑位置成線性關系，消除非線性誤差，進而提高角度傳感器的測量精度。

進一步優化的方案中，所述透射部件包括一體成型的透射部和定位部，所述透射部沿周向設置有所述若干個透光孔，所述被測物體固定于所述定位部。通過將透射部件設置為透射部和定位部一體成型的構件，裝配時可以操作(例如夾持)定位部實現透射部件與光電探測器、光源等部件之間的定位，被測物體與光源分別位于透射部件的不同位置，也可避免被測物體與光源之間的相互影響。

在進一步優化的方案中，所述定位部為正多邊形立柱或圓柱。正多邊形立柱結構本身具有較強的定位效果，可以更好地實現發射部件與光電探測器、光源等部件之間的定位。

在進一步優化的方案中，所述中空部由沿透射部的軸向設置的圓柱形通孔形成。如此設置，可使得透光孔沿圓柱形的孔壁分布，實現更好地進行角度測量。

在進一步優化的方案中，所述透射部和定位部為形狀相同的正多邊形立柱或圓柱。如此設置，便于生產，即透射部件為一個整體結構，只需要將立柱沿軸向劃分為兩部分，其中上部分的每個側面設置透光孔，即形成透射部。