[發(fā)明專利]一種基于光電探測器的角度位置傳感器及其測量方法

有效

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• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111998875B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮偉;李言;張海霞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京市漢華環(huán)球科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01D5/34
• 分類號: G01D5/34;G01B11/26;G01K13/00
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 13128
• 代理人: 張培元

1.一種基于光電探測器的角度位置傳感器，其特征在于包括：

圍繞同一軸線圓心對稱的四個扇形光電探測器（1），用于接收光照產(chǎn)生感應(yīng)電流，兩個非相鄰的扇形光電探測器（1）串聯(lián)連接形成一組，兩組扇形光電探測器分別輸出兩個感應(yīng)電流值；

LD激光二極管（2），位于四個扇形光電探測器（1）的軸線上，用于向扇形光電探測器（1）的受光面發(fā)射激光；

溫度傳感器（3），用于測量扇形光電探測器（1）的溫度；

與四個扇形光電探測器（1）同軸設(shè)置的兩個遮光片（4），兩個遮光片（4）固定在待測旋轉(zhuǎn)軸（5），兩個遮光片（4）對稱設(shè)置，遮光片（4）位于扇形光電探測器（1）和LD激光二極管（2）之間，用于隨待測旋轉(zhuǎn)軸（5）旋轉(zhuǎn)，對扇形光電探測器（1）的受光面進(jìn)行遮擋；待測旋轉(zhuǎn)軸（5）的旋轉(zhuǎn)角度范圍是±30°；

電流計算模塊（6），用于計算輸出的兩個感應(yīng)電流值的差值；電流計算模塊（6）的兩個輸入端（IN）分別通過第一電阻（R1）和第二電阻（R2）連接至第一運(yùn)放（A1）的反向輸入端和正向輸入端，第一運(yùn)放（A1）的反向輸入端通過第三電阻（R3）連接至第一運(yùn)放（A1）的輸出端，第一運(yùn)放（A1）的正向輸入端通過第四電阻（R4）接地，第一運(yùn)放（A1）的輸出端通過第五電阻（R5）連接至電流計算模塊（6）的輸出端（OUT），第一運(yùn)放（A1）的輸出端通過第六電阻（R6）連接至第二運(yùn)放（A2）的反向輸入端，第二運(yùn)放（A2）的正向輸入端能通過第七電阻（R7）接地，第二運(yùn)放（A2）的反向輸入端通過第一電容（C1）連接至第二運(yùn)放（A2）的輸出端，第二運(yùn)放（A2）的輸出端連接至三極管（Q）的基極，三極管（Q）的基極通過第八電阻（R8）連接至第一運(yùn)放（A1）的輸出端，三極管（Q）的集電極通過第二電容（C2）接地，三極管（Q）的發(fā)射極連接至電流計算模塊（6）的輸出端（OUT），三極管（Q）的基極通過第三電容（C3）接地；

溫度補(bǔ)償模塊（7），用于對扇形光電探測器（1）的輸出值進(jìn)行溫度補(bǔ)償；

角度位置計算模塊（8），用于根據(jù)補(bǔ)償后的感應(yīng)電流差值計算待測旋轉(zhuǎn)軸（5）的角度位置。

2.一種權(quán)利要求1所述的基于光電探測器的角度位置傳感器的測量方法，其特征在于包括以下步驟：

A、LD激光二極管（2）通過遮光片（4）向四個扇形光電探測器（1）發(fā)射激光，待測旋轉(zhuǎn)軸（5）帶動遮光片（4）同步轉(zhuǎn)動，扇形光電探測器（1）在受光后產(chǎn)生感應(yīng)電流；

B、電流計算模塊（6）計算兩組扇形光電探測器輸出的兩個感應(yīng)電流值的差值；

C、溫度補(bǔ)償模塊（7）對扇形光電探測器（1）的輸出值進(jìn)行溫度補(bǔ)償；

D、角度位置計算模塊（8）根據(jù)補(bǔ)償后的感應(yīng)電流差值計算待測旋轉(zhuǎn)軸（5）的角度位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光電探測器的角度位置傳感器的測量方法，其特征在于：步驟C中，進(jìn)行溫度補(bǔ)償包括以下步驟，

C1、根據(jù)溫度傳感器（3）檢測到的溫度值曲線，在溫度-電流漂移量曲線上取對應(yīng)的曲線段，溫度檢測值為對應(yīng)溫度-電流漂移量曲線段的中點(diǎn)；

C2、將步驟C1取得的所有曲線段按照時序進(jìn)行排序，對重疊部分的曲線進(jìn)行合并，獲得與溫度值曲線對應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)曲線；

C3、使用補(bǔ)償系數(shù)曲線對溫度值曲線進(jìn)行補(bǔ)償計算。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光電探測器的角度位置傳感器的測量方法，其特征在于：步驟C2中，對重疊部分的曲線進(jìn)行合并包括以下步驟，

C21、遍歷曲線重疊部分，將曲線間差值超出設(shè)定閾值的部分進(jìn)行標(biāo)記；

C22、在標(biāo)記部分的曲線上設(shè)置若干組標(biāo)記點(diǎn)，每組標(biāo)記點(diǎn)的橫坐標(biāo)相同，根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)距離所在曲線段中點(diǎn)的距離賦予標(biāo)記點(diǎn)權(quán)重值，標(biāo)記點(diǎn)的權(quán)重值與其和曲線段中點(diǎn)的距離成反比；

C23、對每組標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)平均，求得擬合點(diǎn)；

C24、將全部擬合點(diǎn)進(jìn)行插值擬合，得到擬合曲線；

C25、將非標(biāo)記部分的曲線進(jìn)行擬合，擬合過程滿足以下兩個條件，

[1]、擬合后的曲線與原始曲線的差值小于設(shè)定閾值；

[2]、擬合后的曲線與步驟C24得到的擬合曲線的相似度大于設(shè)定閾值。