一种位移测量传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种位移测量传感器。该传感器包括光源、一号柱面镜、一号凸透镜、胶合透镜、二号柱面镜、二号凸透镜和四象限光电耦合探测器，所述胶合透镜由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成。光源发出的光，经过一号柱面镜和一号凸透镜进行光路整形得到平行光；所得平行光经过胶合透镜后入射至二号柱面镜，并经过二号柱面镜出射至目标面上形成光斑；所形成光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜，并被胶合透镜反射到二号凸透镜；二号透镜对接收的光束进行聚焦，在四象限光电耦合探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。本实用新型专利技术位移测量传感器采用非接触式的测量方法，测量方便且精度高。

A Displacement Measurement Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种位移测量传感器
本技术涉及光电传感器
，特别是一种位移测量传感器。
技术介绍
现有的距离传感器分为接触式与非接触式两种，接触式中常用的是电容式，而非接触式常用的是超声波式。上述方式存在以下问题：第一、接触式距离传感器直接作用力在被测物上，易造成被测物损坏；第二、现有的非接触式距离传感器对被测物表面有较高的要求，体积较大，且测量精度较低。中国专利CN103109463B公开了一种电容式距离传感器，包括一个导电、延长的平坦传感器表面，该传感器表面含有数个孔洞；虽然该传感器是柔性的，但是导电部分依然是金属的，不能完全避免接触的危害。中国专利CN107896506A公开了另一种距离传感器，包括投影光源、第一光引导装置、衍射光学元件和图像捕捉装置，这是一种非接触式的距离传感器，但是由于算法与外界的影响，测量精度低且无法实现小型化。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种结构简单、测量精度高的位移测量传感器。实现本技术目的的技术解决方案为：一种位移测量传感器，包括光源、一号柱面镜、一号凸透镜、胶合透镜、二号柱面镜、二号凸透镜和四象限光电耦合探测器；所述光源发出的光，经过一号柱面镜和一号凸透镜进行光路整形得到平行光，该平行光经过胶合透镜后入射至二号柱面镜，并经过二号柱面镜出射至目标面上形成光斑，该光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜，并被胶合透镜反射到二号凸透镜，经过二号透镜的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。进一步地，所述胶合透镜由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成，其中第一直角棱镜、第二直角棱镜的最长面粘接在一起形成一个分光棱镜，该分光棱镜的出光面与所述柱面镜的平面相粘接；一号凸透镜出射的平行光，顺次通过第一直角棱镜、第二直角棱镜、柱面镜后，入射至二号柱面镜。进一步地，所述一号凸透镜设置于一号柱面镜的一倍焦距位置。进一步地，所述四象限光电耦合探测器设置于二号凸透镜的焦点处，并且探测器与成像形成的十字呈45°夹角。进一步地，所述一号凸透镜、二号凸透镜的表面均镀有645nm-655nm的窄带宽滤光膜。本技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)采用非接触式的测量方法，不会造成被测物的损坏，且对被测物表面没有特定的要求；(2)当点光斑通过一组交叉放置的柱面镜时，在一个周期内的像与像距是一一对应的，这保证了在量程内的位移测量精度非常高；(3)结构紧凑、占用空间小，可适用于不同形状和材质的被测物，精度可达0.07μm。附图说明图1是本技术位移测量传感器的光学系统示意图。图2是本技术位移测量传感器的柱面镜原理示意图。图3是本技术位移测量传感器的四象限光电耦合探测器光斑变化示意图。具体实施方式结合图1～2，本技术位移测量传感器，包括光源1、一号柱面镜2、一号凸透镜3、胶合透镜4、二号柱面镜5、二号凸透镜6和四象限光电耦合探测器7；所述光源1发出的光，经过一号柱面镜2和一号凸透镜3进行光路整形得到平行光，该平行光经过胶合透镜4后入射至二号柱面镜5，并经过二号柱面镜5出射至目标面上形成光斑，该光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜4，并被胶合透镜4反射到二号凸透镜6，经过二号透镜6的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器7上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。进一步地，所述胶合透镜4由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成，其中第一直角棱镜、第二直角棱镜的最长面粘接在一起形成一个分光棱镜，该分光棱镜的出光面与所述柱面镜的平面相粘接；一号凸透镜3出射的平行光，顺次通过第一直角棱镜、第二直角棱镜、柱面镜后，入射至二号柱面镜5。胶合透镜4的作用是减少空间，降低安装难度；同时用于分光棱镜的特性，回路的光也可以很好地接受。进一步地，所述一号凸透镜3设置于一号柱面镜2的一倍焦距位置。进一步地，所述四象限光电耦合探测器7设置于二号凸透镜6的焦点处，并且探测器与成像形成的十字呈45°夹角。进一步地，所述一号凸透镜3、二号凸透镜6的表面均镀有645nm-655nm的窄带宽滤光膜。本技术的位移测量方法，包括以下步骤：步骤1，光源1发出的光，经过一号柱面镜2和一号凸透镜3进行光路整形得到平行光；步骤2，步骤1所得平行光经过胶合透镜4后入射至二号柱面镜5，并经过二号柱面镜5出射至目标面上形成光斑；步骤3，步骤2所形成光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜4，并被胶合透镜4反射到二号凸透镜6；步骤4，二号透镜6对接收的光束进行聚焦，在四象限光电耦合探测器7上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。进一步地，步骤4所述在四象限光电耦合探测器7上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离，具体如下：把探测器的四个象限分为A、B、C、D，根据A、B、C、D四个象限内能量的比值k得到唯一对应的距离，k的取值公式如下：其中，VA、VB、VC、VD分别是A、B、C、D四个象限通过光电效应产生的电压值。本技术的原理是：柱面镜能够减小球差和色差，原因是它能改变成像的尺寸大小。它可以把一个点光斑转换成一条线光斑。当点光斑通过一组交叉放置的柱面镜时，在一个周期内的像与像距是一一对应的，这保证了测量原理的精度。以下结合附图，详细说明本技术的实施方式。实施例本技术位移测量传感器，包括光源1、一号柱面镜2、一号凸透镜3、胶合透镜4、二号柱面镜5、二号凸透镜6和四象限光电耦合探测器7；所述光源1发出的光，经过一号柱面镜2和一号凸透镜3进行光路整形得到平行光，该平行光经过胶合透镜4后入射至二号柱面镜5，并经过二号柱面镜5出射至目标面上形成光斑，该光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜4，并被胶合透镜4反射到二号凸透镜6，经过二号透镜6的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器7上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。所述胶合透镜4由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成，其中第一直角棱镜、第二直角棱镜的最长面粘接在一起形成一个分光棱镜，该分光棱镜的出光面与所述柱面镜的平面相粘接；一号凸透镜3出射的平行光，顺次通过第一直角棱镜、第二直角棱镜、柱面镜后，入射至二号柱面镜5。所述一号凸透镜3设置于一号柱面镜2的一倍焦距位置。所述四象限光电耦合探测器7设置于二号凸透镜6的焦点处，并且探测器与成像形成的十字呈45°夹角。更进一步的，为了提高测量的精度，在一号凸透镜3和二号凸透镜6上需镀上645nm-655nm的窄带宽的滤光膜。结合图1，光源1发出的光并不是平行光，所以需要经过一号柱面镜2和一号凸透镜3进行光路整形变为平行光。胶合透镜4是由两块直角棱镜和一块柱面镜胶合而成的，点光源1经过胶合透镜4后继续向前到达二号柱面镜5射出外壳打在目标面上。在目标面上的光斑部分会反射回去，在经过胶合透镜4时被反射到二号凸透镜6，经过二号凸透镜6的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器7上以能量强弱的形式输出电信号，经过算法可得到一一对应的距离。结合图2，点光源8在x和y方向上是对称的，当通过正柱面镜9时，形成的像10在y方向没有明显变化，x方向收缩。当到达极限时，点光斑将变成线光斑。结合图3，通过一组交叉放置的柱面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位移测量传感器，其特征在于，包括光源(1)、一号柱面镜(2)、一号凸透镜(3)、胶合透镜(4)、二号柱面镜(5)、二号凸透镜(6)和四象限光电耦合探测器(7)；所述光源(1)发出的光，经过一号柱面镜(2)和一号凸透镜(3)进行光路整形得到平行光，该平行光经过胶合透镜(4)后入射至二号柱面镜(5)，并经过二号柱面镜(5)出射至目标面上形成光斑，该光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜(4)，并被胶合透镜(4)反射到二号凸透镜(6)，经过二号透镜(6)的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器(7)上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。

【技术特征摘要】
1.一种位移测量传感器，其特征在于，包括光源(1)、一号柱面镜(2)、一号凸透镜(3)、胶合透镜(4)、二号柱面镜(5)、二号凸透镜(6)和四象限光电耦合探测器(7)；所述光源(1)发出的光，经过一号柱面镜(2)和一号凸透镜(3)进行光路整形得到平行光，该平行光经过胶合透镜(4)后入射至二号柱面镜(5)，并经过二号柱面镜(5)出射至目标面上形成光斑，该光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜(4)，并被胶合透镜(4)反射到二号凸透镜(6)，经过二号透镜(6)的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器(7)上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。2.根据权利要求1所述的位移测量传感器，其特征在于，所述胶合透镜(4)由第一直角棱镜、第二直角...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏群，秦建秋，
申请(专利权)人：南京华群光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32