CN104359409B - 一种基于光学的高精度位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光学的高精度位移传感器，包括底座、测量轴、螺旋参考器、CCD传感器、控制器、显示模块和手控模块，所述测量轴竖直设置在底座中心处，所述螺旋参考器套设在测量轴上，所述CCD传感器设在测量轴内，并与控制器连接，所述显示模块和手控模块均设置在底座上，分别与控制器连接，所述控制器设在底座内；通过手控模块启动位移传感器，螺旋参考器旋转产生位移，CCD传感器根据螺旋参考器的旋转感应外界光信号的变化，将光信号的变化转化为电信号后传递给控制器，控制器根据接收到的电信号获得螺旋参考器的位移变化量，并通过显示模块显示。与现有技术相比，本发明具有高分辨率，不受现场温度、电磁场的干扰，安全可靠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种位移传感器，尤其是涉及一种基于光学的高精度位移传感器。
背景技术
目前工业中常用的位移传感器主要有电位器式位移传感器、电感式位移传感器、、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等，其中，机械式、电阻式传感器只能用于接触式测量；电容式传感器可用于无接触式测量，但量程比较小，精度比较低，无法满足高精度领域的要求；而电感式传感器(如LVDT位移传感器)虽然具有较好的线性度和较大的量程，但测量频率很低。上述现有传感器在实际应用中均受不同程度的温度、电磁、机械振动干扰，测量精度低，且大多数传感器测量量程有限，存在一定的信号漂移，需要定期重标。
现有技术中比较好的精确位移测量方法是用光栅尺技术进行测量，光栅尺类位移传感器具有便于位移信号数字化、高分辨率、大量程、测量效率高、可靠性好等优点，因此被广泛应用。如中国专利CN203758459U公开一种基于线阵CCD的光栅位移传感器，它包括壳体，在壳体内设置有发出光线的光源，在光源的后方设有固用于将光源发出的光转换成平行光的透镜，在透镜的后方固设有光栅缝宽度可变的光栅机构，光栅机构固后方设有用于检测光栅机构衍射图像的线阵CCD模块，该传感器结构简单，测量精度较高，但没有对抗干扰方面的考虑。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量精度高、安全可靠性高的基于光学的高精度位移传感器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于光学的高精度位移传感器，包括底座、测量轴、螺旋参考器、CCD传感器、控制器、显示模块和手控模块，所述测量轴竖直设置在底座中心处，所述螺旋参考器套设在测量轴上，所述CCD传感器设在测量轴内，并与控制器连接，所述显示模块和手控模块均设置在底座上，分别与控制器连接，所述控制器设在底座内；
通过手控模块启动位移传感器，螺旋参考器旋转产生位移，CCD传感器根据螺旋参考器的旋转感应外界光信号的变化，将光信号的变化转化为电信号后传递给控制器，控制器根据接收到的电信号获得螺旋参考器的位移变化量，并通过显示模块显示。
所述测量轴一端固定在底座上，另一端穿出螺旋参考器，所述CCD传感器的顶面高度高于螺旋参考器的顶面。
所述螺旋参考器为中空圆柱体，包括固定部和旋转部，所述固定部固定在底座上，所述旋转部与固定部活动连接。
所述CCD传感器为高精度灰度线性CCD传感器。
所述显示模块包括液晶显示屏。
所述手控模块包括启停按键。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、控制精度、位移分辨率高。本发明采用CCD传感器和螺旋参考器的结合，位移分辨率高，控制精度高。
2、安全可靠性高。本发明测量期间不受任何温度、电磁场干扰，且不与被测物体接触，简单方便、安全可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图。
图中：1、底座，2、测量轴，3、螺旋参考器，4、线性CCD传感器，5、控制器，6、显示屏，7、手控装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1-图2所示，本发明实施例提供一种基于光学的高精度位移传感器，包括底座1、测量轴2、螺旋参考器3、CCD传感器4、控制器5、显示模块6和手控模块7，所述测量轴2竖直设置在底座1中心处，并，所述螺旋参考器3套设在测量轴2上，所述CCD传感器4设在测量轴2内，并与控制器5连接，所述显示模块6和手控模块7均设置在底座1上，分别与控制器5连接，所述控制器5设在底座1内。显示模块6包括液晶显示屏。手控模块7包括启停按键。
测量轴2一端固定在底座1上，另一端穿出螺旋参考器3，所述CCD传感器4的顶面高度高于螺旋参考器3的顶面。螺旋参考器3为中空圆柱体，包括固定部和旋转部，固定部固定在底座1上，旋转部与固定部活动连接，并套设在固定部外。
优选地，所述CCD传感器4为高精度灰度线性CCD传感器。
上述位移传感器的工作原理为：通过手控模块7启动位移传感器，螺旋参考器3旋转产生位移，CCD传感器4根据螺旋参考器3的旋转感应外界光信号的变化，将光信号的变化转化为电信号后传递给控制器5，光信号的变化包括光线临界坐标值和临界点区域的灰度值的变化，控制器5根据接收到的电信号获得螺旋参考器3的位移变化量，并通过显示模块6显示。
CCD位移分辨率计算方式为：CCD位移分辨率＝CCD宽度/(CCD点数*CCD灰度阶数)，以2700点数的灰度线性CCD为例，CCD感光区域长度27mm，每个像素点灰度阶数为256，则测量的位移分辨率为s＝27/(2700*256)＝39nm。因此通过提高CCD点数和CCD灰度阶数可以提高位移分辨率。由于本发明的结构中包含螺旋参考器，因此本发明的位移分辨率＝CCD位移分辨率/2πR，其中R为螺旋参考器半径。带有螺旋参考器定位的控制精度随着螺旋参考器的半径的改变而改变，其位移分辨率可以达到s＝39/2πR nm。螺旋参考器的半径越大、螺纹精密度越高，位移分辨率就越高，控制精度亦越高。
本发明通过高精度灰度线性CCD传感器感受外界光信号的变化，将螺旋参考器的位移信号转化为光信号，再转化为数字电信号，最终通过处理数据提取光线临界坐标值及临界点灰度值，计算出位移变化量，期间不受任何温度、电磁场干扰，且不与被测物体接触，简单方便、安全可靠。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，如变换光学传感器、改变位移发生装置等都应属于本发明的保护范围。本发明要求保护范围内由所附的权利要求书及其等效物界。
Claims (6)
1.一种基于光学的高精度位移传感器，其特征在于：包括底座(1)、测量轴(2)、螺旋参考器(3)、CCD传感器(4)、控制器(5)、显示模块(6)和手控模块(7)，所述测量轴(2)竖直设置在底座(1)中心处，所述螺旋参考器(3)套设在测量轴(2)上，所述CCD传感器(4)设在测量轴(2)内，并与控制器(5)连接，所述显示模块(6)和手控模块(7)均设置在底座(1)上，分别与控制器(5)连接，所述控制器(5)设在底座(1)内；
通过手控模块(7)启动位移传感器，螺旋参考器(3)旋转产生位移，CCD传感器(4)根据螺旋参考器(3)的旋转感应外界光信号的变化，将光信号的变化转化为电信号后传递给控制器(5)，控制器(5)根据接收到的电信号获得螺旋参考器(3)的位移变化量，并通过显示模块(6)显示。
2.根据权利要求1所述的基于光学的高精度位移传感器，其特征在于：所述测量轴(2)一端固定在底座(1)上，另一端穿出螺旋参考器(3)，所述CCD传感器(4)的顶面高度高于螺旋参考器(3)的顶面。
3.根据权利要求1所述的基于光学的高精度位移传感器，其特征在于：所述螺旋参考器(3)为中空圆柱体，包括固定部和旋转部，所述固定部固定在底座(1)上，所述旋转部与固定部活动连接。
4.根据权利要求1所述的基于光学的高精度位移传感器，其特征在于：所述CCD传感器(4)为高精度灰度线性CCD传感器。
5.根据权利要求1所述的基于光学的高精度位移传感器，其特征在于：所述显示模块(6)包括液晶显示屏。
6.根据权利要求1所述的基于光学的高精度位移传感器，其特征在于：所述手控模块(7)包括启停按键。
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