[其他]位移測定的裝置和方法

無效

• 申請號: 86105345
• 申請日: 1986-09-06
• 公開（公告）號: CN86105345A
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發明（設計）人: 戈登·里斯·瓊斯;詹姆斯·洛多維科·莫魯齊;阿卡·納普拉加達·約拉亞納普拉薩德
• 申請（專利權）人: 利物浦大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01J3/28;G01J3/46;G01J3/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 吳增勇,吳秉芬

本發明涉及對一個物體進行位移測定的裝置和方法。

已知的位移測量系統的工作范圍取決于單一波長下的光強的絕對測量值。這類系統，特別是使用纖維光學的這種系統易受時效影響并會因一點故障而喪失可靠性。

還有一種測量位移的已知方法是利用某種光學諧振結構一其諧振特性作為所述位移的一個函數而變化。然而要實現這樣一種結構是相當復雜而昂貴的。

本發明的一個目的是為提供一種用于對物體進行位移測定的設備和方法，該設備和方法減少了已知系統所涉及的各種問題和不足。

根據本發明的第一個方面，所提供的對物體進行位移測定的設備包括一個光源，該光源將多色光信號沿一條通路傳送到一個檢測器，該檢測器能檢測多種不同波長的入射輻射光的強度，該設備還包括一個輻射調制裝置一被機械地連到所述物體，以便同時移動，使物體的位移引起輻射調制裝置在所述通路上的位移，從而去改變到達檢測器的光譜組分的分布（distributed????spectral????content????of????the????light）。

此處和所附權利要求中所用的“多色光”一詞是指包含多種波長的電磁輻射一它既可以是可見的、也可為不可見的電磁輻射或包括可見和不可見兩種電磁輻射。

多色的光源可產生（例如）一種白光信號;借助于輻射調制裝置使物體的位移引起該白光信號的“（顏）色調制”，然后分析這“（顏）色調制”的光譜成分，從而確定引起該光譜的物體的位移。

在某些實施例中，檢測器的“色彩分辨力”上流（upstream）可借助傳統裝置來實現-諸如一塊棱鏡或衍射光柵;然后實際的檢測可通過諸如電荷-耦合陣列等傳統裝置或通過對光敏元件進行掃描來完成。必要時，檢測器的輸出電信號可借助微處理機技術加以處理。

信號分析的最簡單形式就是采取對兩種獨立的光波長的強度之比進行監測。另一種可能形式即是可對到達檢測器的光的實際顏色進行量化。涉及采用一臺微處理器的圖形分辨程序的更復雜的分析方法可用于多參數（multiparameter）或多倍精度（multiprecision）測量。

光從光源到輻射調制裝置和從輻射調制裝置到檢測器最好通過兩根光纖來傳輸，這兩根光纖縱向地被隔開一個間隙，而輻射調制裝置可在最后的間隙中移動。

在最簡單的情況下，輻射調制裝置可包括一個濾光條（filter????strip），該濾光條將發送的各個波長的強度衰減至不同的程度。將物體的運動安排成濾光器的移動，以改變濾光器阻截由光源傳播的光信號的范圍。

濾光器最好構成能耐受高溫和/或有腐蝕物質的惡劣環境。

這樣一種濾光器的一個實例包括涂敷一層高溫陶瓷釉面作為光激活媒質的玻璃。這種器件不用專用設備，易于制造，可安排成易于獲得一種理想的光譜性能的變化，這類器件價廉而又不易受時效影響（同傳統地用于科研目的的精密濾光器相比較，它們具有所需的確定帶寬是精確而又昂貴的），從而改變白光的光譜成分，即對某些波長的光信號的衰減比對其余波長的衰減要大得多。通過測量光譜成分，則濾光器相對于載有光信號的光纖的位移（因而也是對應于物體的位移）可通過校正來確定。由于某些波長（通常在紅外線區內，是不受濾光器影響的，所以可利用這些波長的光去訪問系統的狀態。

通過適當選擇要監測的波長即可獲得位移的粗、細分辨度。

通過采用兩個互相垂直移動并具有不同光譜響應的濾光器，可用同一個檢測系統同時地監測位移的兩個參數而不用附加光纖。這可利用合適的軟件控制而用作獲得位移傳感器溫度補償的一種手段。

雖然采用提供“寬帶濾光器調制”（“broad????band????filter????modulation”）的濾光器適用于許多應用場所，但在位于兩根光纖之間間隙的濾光器的行程開端存在一個不靈敏區。還有在諸如延長的長度定標之類的其它用途中，在位移量程的靈敏度不足部分則是不合格的。

為了克服這些問題，該簡單的濾光條可用一個著色的透明球來代替。這能起到雙重作用：既能用來調制光譜成分（如在濾光條的情況一樣），同時又能提供聚焦作用。可將這種聚焦作用設置成：提高由球面發送的波長的光強而降低濾光后波長的光強。這能導致一個更大的隨位移而變的相對光強的線性變化，從而在不損害靈敏度的情況下增大了范圍。

為測定多個方向上的位移，可采用多個這樣的著色球-它還可用于測定所經距離大于單個球的大小的位移。

稱之為“紅寶石球”的就是這類著色球的一個實例。這些彩球易于獲得、易于精確地加工成所需尺寸而且價格低廉。

現僅以舉例方式對本發明的具體的實施例參照附圖加以描述，附圖中：