[發明專利]基于光電探測器陣列的位移傳感器及其測量方法

在審

• 申請號: 202110778798.2
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113280739A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 張白;高峰;高洋;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 張玲

本發明提供了一種基于光電探測器陣列的位移傳感器及其測量方法，該位移傳感器包括：反射鏡一，用于接收激光束一被三角波反射鏡的第一反射面反射的激光束，且使其沿同一路徑反射至三角波反射鏡的第二反射面；光偏轉器一，用于使接收到的激光束的入射角度在設定角度區間內偏轉；光電探測器一陣列，包括多個光電探測器一，多個光電探測器一之間間隔設置，光電探測器一用于接收經光偏轉器一偏轉后的激光束；處理系統，用于根據光電探測器一接收到激光束的時間、光電探測器一與光偏轉器一的垂直距離、光電探測器一之間的間距、及光偏轉器一的偏轉速度，計算出被測物體的位移變化值。本發明可以提高位移傳感器的測量精度。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，特別涉及一種基于光電探測器陣列的位移傳感器及其測量方法。

背景技術

基于光學三角放大法的位移測量新原理，是在光學三角放大法的基礎上，結合三角波光學器件與高精度光電三極管(Position Seitive Device，位置靈敏探測器，也稱光電探測器)實現的。如圖4所示的一種位移傳感器，利用光偏轉器使反射激光束發生偏轉，且在一個偏轉周期內兩次被接收產生時間差，隨著移動的進行，一個光電探測器接收到反射激光束的時間差變大，而另一個電探測器接收到反射激光束的時間差變小，根據時間差及偏轉角度即可測算出位移量。該結構通過兩個光電探測器的時間測量結果實現了差分放大測量，但是該方案中存在非線性誤差，且對時間的均勻性要求也較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以提高測量精度的基于光電探測器陣列的位移傳感器，以降低非線性誤差的影響，進一步提高測量精度。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種基于光電探測器陣列的位移傳感器，包括：

三角波反射鏡，包括第一反射面和第二反射面；

激光束一，入射至三角波反射鏡的第一反射面；

反射鏡一，用于接收激光束一被三角波反射鏡的第一反射面反射的激光束，且使該激光束在激光束一入射至同一個第一反射面的測量過程中沿同一路徑反射至三角波反射鏡的第二反射面；

光偏轉器一，用于使三角波反射鏡的第二反射面反射的激光束的入射角度在設定角度區間內偏轉；

光電探測器一陣列，包括多個光電探測器一，多個光電探測器一之間間隔設置，光電探測器一用于接收經光偏轉器一偏轉后的激光束；

處理系統，用于根據光電探測器一接收到激光束的時間、光電探測器一與光偏轉器一的垂直距離、光電探測器一之間的間距、及光偏轉器一的偏轉速度，計算出被測物體的位移變化值。

更優化的方案中，每相鄰兩個光電探測器一之間的間距相等。通過設置光電探測器一等間距分布，可以避免測算每兩個光電探測器之間的間距，簡化計算過程，同時也降低運算量。

作為一種可實施方式，所述三角波反射鏡的第一反射面和第二反射面分別與水平面的夾角為150度，激光束一入射至第一反射面的入射角為30度，反射鏡一平行于第一反射面。

優選的，上述一種基于光電探測器陣列的位移傳感器還包括：

激光束二，入射至三角波反射鏡的第一反射面，且激光束一與激光束二分別在第一反射面的初始入射點位置不同；

反射鏡二，用于接收激光束二被三角波反射鏡的第一反射面反射的激光束，且使該激光束在激光束二入射至同一個第一反射面的測量過程中沿同一路徑反射至三角波反射鏡的第二反射面；

光偏轉器二，用于使三角波反射鏡的第二反射面反射的激光束的入射角度在設定角度區間內偏轉；

光電探測器二陣列，包括多個光電探測器二，多個光電探測器二之間間隔設置，光電探測器二用于接收經光偏轉器二偏轉后的激光束；