[發(fā)明專利]一種基于菲涅爾透鏡的光電式位移裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010128270.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN111442726A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李學(xué)勝;蔣傳生;袁穎華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京南瑞水利水電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G02B3/08
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 李跟根

本發(fā)明公開了光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的一種基于菲涅爾透鏡的光電式位移裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的光電式位移裝置均采用透鏡或透鏡組來實(shí)現(xiàn)光線的準(zhǔn)直，由于光學(xué)透鏡的自身特點(diǎn)，導(dǎo)致加工成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用場(chǎng)景限制等技術(shù)問題。所述裝置包括點(diǎn)光源、菲涅爾透鏡、線陣CCD、數(shù)據(jù)采集處理電路，線陣CCD與數(shù)據(jù)采集處理電路電性連接；點(diǎn)光源發(fā)出的發(fā)散光束通過菲涅爾透鏡準(zhǔn)直為平行光束，照射于線陣CCD上，菲涅爾透鏡與線陣CCD之間的照射路徑上用于布設(shè)被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于菲涅爾透鏡的光電式位移裝置，屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光電式位移裝置是采用光電感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的一類測(cè)量設(shè)備。其主要用于安裝在水工建筑物或其他工程建筑物上，用于自動(dòng)測(cè)量建筑物水平方向和垂直方向的位移。由于該類裝置可真正實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，且具有測(cè)量精度高、無(wú)漂移、可靠性強(qiáng)、安裝方便等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

光電式位移裝置所測(cè)量的是被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物平行于線陣光電耦合器件（ChargeCoupled Device，CCD）且沿著CCD方向的一維方向上的變化量。由于點(diǎn)光源所發(fā)出的光是發(fā)散的，如果不進(jìn)行準(zhǔn)直，即使被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物未發(fā)生平行于線陣CCD方向上移動(dòng)，假如被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物發(fā)生垂直線陣CCD移動(dòng)，由點(diǎn)光源照射被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物而在線陣CCD上的陰影位置也會(huì)發(fā)生變化，因而便無(wú)法實(shí)現(xiàn)光電式位移裝置的精確測(cè)量。因此，為滿足光電式位移裝置測(cè)量精度，必須先將點(diǎn)光源發(fā)出的光準(zhǔn)直成平行光。

目前，光電式位移裝置均采用透鏡組來實(shí)現(xiàn)光線的準(zhǔn)直，其工作原理均為：首先將點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過透鏡準(zhǔn)直成平行光，平行光照射到被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物上，在其后的線陣CCD上形成一陰影，通過信號(hào)采集及處理，測(cè)量出該陰影在線陣CCD上的位置，從而可以得到被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物相對(duì)于裝置的位置坐標(biāo)。為將點(diǎn)光源準(zhǔn)直成平行光，需要采用高品質(zhì)的準(zhǔn)直透鏡。光學(xué)透鏡加工工藝復(fù)雜，加工成本高，為消除球差，需采用兩個(gè)正負(fù)透鏡進(jìn)行膠合，同時(shí)為了控制儀器體積，有時(shí)還需要增加一片擴(kuò)束鏡片，為了將這些鏡片裝卡在一起，還需要加工一裝配附件，不僅增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，還增加了生產(chǎn)加工成本。另外，由于光學(xué)透鏡容易受潮發(fā)霉，如果應(yīng)用在大壩觀測(cè)這種潮濕環(huán)境下，難以解決其長(zhǎng)期工作條件下的穩(wěn)定性和可靠性，因而對(duì)其使用場(chǎng)景造成了很大限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于菲涅爾透鏡的光電式位移裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的光電式位移裝置均采用透鏡或透鏡組來實(shí)現(xiàn)光線的準(zhǔn)直，由于光學(xué)透鏡的自身特點(diǎn)，導(dǎo)致加工成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用場(chǎng)景限制等技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于菲涅爾透鏡的光電式位移裝置，包括點(diǎn)光源、菲涅爾透鏡、線陣CCD、數(shù)據(jù)采集處理電路，線陣CCD與數(shù)據(jù)采集處理電路電性連接；點(diǎn)光源發(fā)出的發(fā)散光束通過菲涅爾透鏡準(zhǔn)直為平行光束，照射于線陣CCD上，菲涅爾透鏡與線陣CCD之間的照射路徑上用于布設(shè)被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物。

進(jìn)一步地，還包括一側(cè)開口的外殼和壓合于外殼開口處的底板，所述外殼設(shè)有兩個(gè)對(duì)向透光的腔室，點(diǎn)光源和菲涅爾透鏡設(shè)于其中一個(gè)腔室內(nèi)，線陣CCD、數(shù)據(jù)采集處理電路設(shè)于另一個(gè)腔室內(nèi)，所述被測(cè)物或其標(biāo)識(shí)物布設(shè)于兩腔室之間。

進(jìn)一步地，底板與外殼之間壓合有墊片。

進(jìn)一步地，還包括光源座和光源支架，所述點(diǎn)光源設(shè)于光源座上，所述光源座通過光源支架與底板或／和外殼固定連接。

進(jìn)一步地，還包括透鏡支架，所述菲涅爾透鏡通過透鏡支架與底板或／和外殼固定連接。

進(jìn)一步地，還包括與底板或／和外殼固定連接的CCD驅(qū)動(dòng)板，所述線陣CCD設(shè)于CCD驅(qū)動(dòng)板上，線陣CCD通過CCD驅(qū)動(dòng)板與數(shù)據(jù)采集處理電路電性連接。

進(jìn)一步地，點(diǎn)光源與菲涅爾透鏡之間或／和菲涅爾透鏡與線陣CCD之間的照射路徑上還設(shè)有反射鏡。