[其他]軟片長光柵角位移傳感裝置

無效

• 申請號: 85204150
• 申請日: 1985-07-25
• 公開（公告）號: CN85204150U
• 公開（公告）日: 1986-05-21
• 發明（設計）人: 歐陽萬里
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 重慶大學專利事務所
• 代理人: 李世鶯,胡正順

本發明屬角位移傳感裝置。

現有的角位移傳感裝置，如圓光柵盤、光學軸角編碼器（碼盤）、旋轉同步感應器、圓磁柵等等，可以大大提高角度計量的準確性，使得測量結果易于數字化，有利于記錄與控制的自動化。但是，都存在制造工藝復雜或材料昂貴等問題。如圓光柵盤和碼盤都需使用大面積的優質玻璃，因而造價很高，以致除在要求較高的場合（如要求讀數分辯率在5″以下）外，通常難以推廣使用。美國專利US4430－566－A就報道了這種分辯率和精度都很高，但成本昂貴的園光柵盤傳感器。

另一方面，在工業生產和普通實驗中，大量使用的是機械式圓游標讀數裝置。這種角度測量方法陳舊落后，讀數遲緩，誤差很大，若刻線一旦污損或銹蝕即無法讀數，其最主要的缺點是分辯率很低，一般低于30″。欲提高其測量的精度和分辯率，必須配合高級精密的光學讀數系統，必然大大提高成本。此外，這類系統也難以實現測量結果的數字化。因此，研制一種價格相對低廉，性能又比較優異的角位移測量裝置是工業計量的迫切需要。

研制本裝置的目的，一是為了給工業生產和科學研究提供一種價格低廉（與光柵盤測角裝置相比），性能優異（與圓游標型測角裝置相比）的計量工具；二是為了提供一種較理想的教學儀器，使學生從中學到一系列現代測量技術和方法。

本裝置由轉盤、軟片光柵、莫爾信號光電轉換系統、電子細分電路及可逆計數器組成，圖1即為本裝置示意圖。轉盤（1）是熱脹系數較小的金屬圓盤，它被一個精密的軸系（0）所支承，以減少旋轉時的晃動。盤的園柱面即為圓基準面，其上圍貼軟片光柵帶（2），在其附近另安裝上一般圓弧形的軟片指示光柵（3），并使二者的軸線重合（同軸）。當λ射的準平行白光（6）透射（2）、（3）的光柵區（5）后，適當調整二者間的相對位置，便可得到合適的莫爾條紋。當轉臺轉動時，相應的莫爾條紋的明暗變化由光電元件（4）接收，經放大后可得兩路相差為π／2的準正弦信號，然后經過一組邏輯組合及判向電路，便可送入一個可以顯示度、分、秒的可逆計數器以示出角位移的量值。

本裝置采用的莫爾信號光電轉換及電子細分電路與一般計量光柵電路相似。若采用四細分法（示波管細分），除光柵接縫外，轉臺轉動一周內的各處均有相應的計數信號輸出，可達到15″的分辯率；采用六細分電路，分辯率可達10″；若用對徑的雙頭讀數，并采用12細分，則不僅可使分辯率為5″，而且還可實現包括接縫處在內的360°滿周測量。圖2、3是實現六細分時的光電轉換與電子細分的原理圖。

軟片光柵可用光刻法也可用動態或靜態拷貝法復制。考慮到靜態拷貝法簡單易行，成本較低。故本裝置使用的軟片長光柵采用此法復制。為保證拷貝時母光柵尺（玻璃尺、光柵區長約1米）與軟片（要求解象力在200線／mm以上，高反差）能在全長上各處均能緊密貼合，應采用真空拷貝機（印刷制板用大型曬板機），曝光光源可用40W日光燈管（或制板用的高壓汞燈）作成線狀光源，使之平行于光柵尺，相距應不小于2.2公尺，以保證全長上的照度不均勻性達到10％以下。為了保證軟片光柵的穩定性，最好使用聚酯型片基的感光軟片，如國產CR型軟片。若在軟片上復制出絕對零位光柵，則傳感器就可以具有固定的零點，即使在偶然停電時，復電后仍可找到與零點相距的確定角度值，給生產中自動控制帶來便利。為了消除復制光柵帶來的精度損失和誤差，可以事先測出這種系統誤差的數值并存貯在計算機內，測量時再由計算機逐點處理。

本裝置的光柵付間隙可達2mm左右，在計量光柵中屬于較大的，這樣就使得對轉動軸系等的要求可適當放寬，便于加工和降低費用。

光源可使用6V3W的直絲電珠，使用4.0V電壓（DC），有利于延長電珠的使用壽命。

由于軟片光柵價格極其低廉，若遇損壞或污染時，更換新的軟片光柵不致對用戶造成可觀的負擔。

本裝置若適當配以準直光管和自準望遠鏡等部件，即可構成一臺數字式分光計（測角儀）。分光計是物理光學實驗中的基本儀器之一，大量用于實驗室及光學車間，國產的圓游標分光計的分辯率一般不超過30″，現行價格約2500元，若以本裝置構成數字式分光計，考慮分辯率為10″的情況，全部成本不超過2000元，具有很強的竟爭力。

軟片長光柵角位移傳感裝置具有材料低廉，制造簡單，分辯率較高的優點，便于在生產和教學中推廣使用，