CN111442726A - 一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置 - Google Patents

一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置 Download PDF

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李学胜
蒋传生
袁颖华
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Abstract

本发明公开了光学测量技术领域的一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，旨在解决现有技术中的光电式位移装置均采用透镜或透镜组来实现光线的准直，由于光学透镜的自身特点，导致加工成本高、结构复杂、适用场景限制等技术问题。所述装置包括点光源、菲涅尔透镜、线阵CCD、数据采集处理电路，线阵CCD与数据采集处理电路电性连接；点光源发出的发散光束通过菲涅尔透镜准直为平行光束，照射于线阵CCD上，菲涅尔透镜与线阵CCD之间的照射路径上用于布设被测物或其标识物。

Description

一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置
技术领域
本发明涉及一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，属于光学测量技术领域。
背景技术
光电式位移装置是采用光电感应原理实现非接触测量的一类测量设备。其主要用于安装在水工建筑物或其他工程建筑物上，用于自动测量建筑物水平方向和垂直方向的位移。由于该类装置可真正实现非接触式测量，且具有测量精度高、无漂移、可靠性强、安装方便等特点，因而得到了广泛的推广应用。
光电式位移装置所测量的是被测物或其标识物平行于线阵光电耦合器件（ChargeCoupled Device，CCD）且沿着CCD方向的一维方向上的变化量。由于点光源所发出的光是发散的，如果不进行准直，即使被测物或其标识物未发生平行于线阵CCD方向上移动，假如被测物或其标识物发生垂直线阵CCD移动，由点光源照射被测物或其标识物而在线阵CCD上的阴影位置也会发生变化，因而便无法实现光电式位移装置的精确测量。因此，为满足光电式位移装置测量精度，必须先将点光源发出的光准直成平行光。
目前，光电式位移装置均采用透镜组来实现光线的准直，其工作原理均为：首先将点光源发出的光经过透镜准直成平行光，平行光照射到被测物或其标识物上，在其后的线阵CCD上形成一阴影，通过信号采集及处理，测量出该阴影在线阵CCD上的位置，从而可以得到被测物或其标识物相对于装置的位置坐标。为将点光源准直成平行光，需要采用高品质的准直透镜。光学透镜加工工艺复杂，加工成本高，为消除球差，需采用两个正负透镜进行胶合，同时为了控制仪器体积，有时还需要增加一片扩束镜片，为了将这些镜片装卡在一起，还需要加工一装配附件，不仅增加了结构的复杂性，还增加了生产加工成本。另外，由于光学透镜容易受潮发霉，如果应用在大坝观测这种潮湿环境下，难以解决其长期工作条件下的稳定性和可靠性，因而对其使用场景造成了很大限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，以解决现有技术中的光电式位移装置均采用透镜或透镜组来实现光线的准直，由于光学透镜的自身特点，导致加工成本高、结构复杂、适用场景限制等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，包括点光源、菲涅尔透镜、线阵CCD、数据采集处理电路，线阵CCD与数据采集处理电路电性连接；点光源发出的发散光束通过菲涅尔透镜准直为平行光束，照射于线阵CCD上，菲涅尔透镜与线阵CCD之间的照射路径上用于布设被测物或其标识物。
进一步地，还包括一侧开口的外壳和压合于外壳开口处的底板，所述外壳设有两个对向透光的腔室，点光源和菲涅尔透镜设于其中一个腔室内，线阵CCD、数据采集处理电路设于另一个腔室内，所述被测物或其标识物布设于两腔室之间。
进一步地，底板与外壳之间压合有垫片。
进一步地，还包括光源座和光源支架，所述点光源设于光源座上，所述光源座通过光源支架与底板或／和外壳固定连接。
进一步地，还包括透镜支架，所述菲涅尔透镜通过透镜支架与底板或／和外壳固定连接。
进一步地，还包括与底板或／和外壳固定连接的CCD驱动板，所述线阵CCD设于CCD驱动板上，线阵CCD通过CCD驱动板与数据采集处理电路电性连接。
进一步地，点光源与菲涅尔透镜之间或／和菲涅尔透镜与线阵CCD之间的照射路径上还设有反射镜。
进一步地，还包括反光镜支架，所述反射镜通过反光镜支架与底板或／和外壳固定连接。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：采用菲涅尔透镜代替传统光学透镜作为准直部件，由于菲涅尔透镜成本比普通凸透镜低很多，因此大幅降低了准直部件的成本，同时解决了玻璃镜头因工作环境潮湿发霉影响仪器长期稳定性及可靠性的问题，扩大了环境适应性。由于一片菲涅尔透镜可以代替多个镜片组成的镜片组，因而简化了准直部件的结构，同时不再需要镜片的装卡部件，也简化了仪器结构，方便仪器装配调试，减少人员投入，利于推广应用。
附图说明
图1是本发明装置实施例的原理示意图；
图2是本发明装置实施例的外部结构示意图；
图3是本发明装置实施例的内部结构示意图。
图中：1、点光源；11、光源座；12、光源支架；2、菲涅尔透镜；21、透镜支架；3、被测物或其标识物；4、线阵CCD；41、CCD驱动板；5、阴影；6、数据采集处理电路；7、底板；71、外壳；8、垫片；9、反射镜；91、反光镜支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
菲涅尔透镜（Fresnel lens）又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，其纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。菲涅尔透镜具有凸透镜的功能，但其成本比普通凸透镜低很多，且具有薄、轻以及便于加工等特点，因此广泛应用于太阳能聚光、投影仪、背投电视、汽车前灯、便携式放大镜上。迄今为止，还未发现有将菲涅尔透镜应用在光电式位移装置上的相关论文和专利的文献报道。
基于菲涅尔透镜具有凸透镜的功能，且成本低、体积小、易加工、不易霉变的特点，本发明具体实施方式提出了一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置。如图1所示，是本发明装置实施例的原理示意图，点光源1发出某一中心波长的光，该光以一定的发散角向前传播，直至照射到菲涅尔透镜2上，由于菲涅尔透镜2的聚光作用，在光穿过菲涅尔透镜2后，发散光束被准直成平行光束，平行光束照射到被测物或其标识物3上，在其后的线阵CCD 4上形成一阴影5，数据采集处理电路6根据该阴影5的位置，便可得到被测物或其标识物3与线阵CCD 4 在竖直方向上的相对位置，当被测物或其标识物3发生竖直方向移动时，其在线阵CCD 4 上的阴影5的相对位置也会发生相应变化，根据线阵CCD 4上阴影位置变化量，反推出被测物体或其标识物3的移动量，进而得到待测建筑物在该测点处的变形量，实现建筑物位移的自动化测量。
如图2所示，是本发明装置实施例的外部结构示意图，包括一侧开口的外壳71和压合于外壳71开口处的底板7，底板7与外壳71之间压合有垫片8，起到密封作用，避免外界灰尘对内部元器件造成污染。所述外壳71设有两个对向透光的腔室，两腔室之间通过预先开设的透光口进行光线传递，透光口镶嵌有有机玻璃，被测物或其标识物3布设于两腔室之间。本发明装置实施例为一种基于菲涅尔透镜的光电式引张线仪，本实施例中，被测物或其标识物3为一线体，起到位置参照标识的作用，将本发明装置固定安装于待测建筑物上，通过测量本发明装置与线体之间的位置变化来测量建筑物的位移。
更具体地，如图3所示，是本发明装置实施例的内部结构示意图，点光源1和菲涅尔透镜2设于其中一个腔室内，暂设定其为第一腔室；线阵CCD4、数据采集处理电路6设于另一个腔室内，暂设定其为第二腔室。点光源1设于光源座11上，所述光源座11通过光源支架12与底板7或外壳71固定连接；菲涅尔透镜2通过透镜支架21与底板7或外壳71固定连接；线阵CCD4设于CCD驱动板41上，线阵CCD4通过CCD驱动板41与数据采集处理电路6电性连接。点光源1发出的发散光束通过菲涅尔透镜2准直为平行光束，照射于线阵CCD4上，菲涅尔透镜2与线阵CCD4之间的照射路径上的被测物或其标识物3在线阵CCD4上产生阴影5，数据采集处理电路6根据阴影5位置变化测量被测物或其标识物3的位移量。为尽可能地控制本发明装置的体积大小，在第一腔室内，点光源1与菲涅尔透镜2之间的照射路径上还设有反射镜9，该反射镜9通过反光镜支架91与底板7或外壳71固定连接。通过增设反射镜9能够改变光路方向和缩短光束直线传播距离，因而有利于减小装置体积。也可将该反射镜9布设于第二腔室内，即在菲涅尔透镜2与线阵CCD4之间的照射路径上设置反射镜9，同样能够起到减小装置体积的目的。本发明除应用于本文提到的光电式引张线仪外，还可以应用于光电式垂线坐标仪、光电式静力水准仪、光电式双金属管标等采用菲涅尔透镜将点光源准直为平行光的测量位移变化的装置，根据不同仪器对光电式位移装置的要求不同，其结构可做相应的调整，另外，本发明还可以根据现场需要增减现场显示功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，包括点光源（1）、菲涅尔透镜（2）、线阵CCD（4）、数据采集处理电路（6），线阵CCD（4）与数据采集处理电路（6）电性连接；
点光源（1）发出的发散光束通过菲涅尔透镜（2）准直为平行光束，照射于线阵CCD（4）上，菲涅尔透镜（2）与线阵CCD（4）之间的照射路径上用于布设被测物或其标识物（3）。
2.根据权利要求1所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，还包括一侧开口的外壳（71）和压合于外壳（71）开口处的底板（7），所述外壳（71）设有两个对向透光的腔室，点光源（1）和菲涅尔透镜（2）设于其中一个腔室内，线阵CCD（4）、数据采集处理电路（6）设于另一个腔室内，所述被测物或其标识物（3）布设于两腔室之间。
3.根据权利要求2所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，底板（7）与外壳（71）之间压合有垫片（8）。
4.根据权利要求2所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，还包括光源座（11）和光源支架（12），所述点光源（1）设于光源座（11）上，所述光源座（11）通过光源支架（12）与底板（7）或／和外壳（71）固定连接。
5.根据权利要求2所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，还包括透镜支架（21），所述菲涅尔透镜（2）通过透镜支架（21）与底板（7）或／和外壳（71）固定连接。
6.根据权利要求2所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，还包括与底板（7）或／和外壳（71）固定连接的CCD驱动板（41），所述线阵CCD（4）设于CCD驱动板（41）上，线阵CCD（4）通过CCD驱动板（41）与数据采集处理电路（6）电性连接。
7.根据权利要求2所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，点光源（1）与菲涅尔透镜（2）之间或／和菲涅尔透镜（2）与线阵CCD（4）之间的照射路径上还设有反射镜（9）。
8.根据权利要求7所述的基于菲涅尔透镜的光电式位移装置，其特征是，还包括反光镜支架（91），所述反射镜（9）通过反光镜支架（91）与底板（7）或／和外壳（71）固定连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116678340A (zh) * 2023-07-28 2023-09-01 华能澜沧江水电股份有限公司 引张线测量装置及其控制方法

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0403665A4 (en) * 1989-01-10 1991-10-02 Fanuc Ltd Arc sensor having object transmission window with anti-fouling structure
CN1059039A (zh) * 1990-08-15 1992-02-26 中国科学院长春光学精密机械研究所 大面积紫外光刻(曝光)方法及其装置
US20040052473A1 (en) * 2002-09-03 2004-03-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Optical fiber connector part
CN101788269A (zh) * 2010-03-22 2010-07-28 西安交通大学 一种自带基准的位移测量装置及测量方法
CN102576266A (zh) * 2009-07-16 2012-07-11 Opdi科技股份有限公司 对物体的位置编码的装置、***以及方法
CN102841497A (zh) * 2012-09-20 2012-12-26 王勇竞 一种新的背投影屏幕
CN103196361A (zh) * 2013-02-28 2013-07-10 哈尔滨工业大学 用于微球表面形貌快速检测的短相干瞬时移相干涉测量仪及测量方法
CN104457619A (zh) * 2014-12-08 2015-03-25 上海建工集团股份有限公司 垂直度传感器在超长圆管柱上的安装结构及其安装方法
CN104567699A (zh) * 2013-10-21 2015-04-29 中冶建筑研究总院有限公司 一种增强型非接触式垂线坐标仪
CN104976960A (zh) * 2015-06-11 2015-10-14 西北农林科技大学 一种雨滴物理特性观测方法及装置
CN205860997U (zh) * 2016-05-31 2017-01-04 耐世特汽车***（苏州）有限公司 一种用于汽车助力转向的传感器电路板的视觉检测装置
CN106705889A (zh) * 2016-12-07 2017-05-24 西安知象光电科技有限公司 一种大景深可编程模拟光栅生成方法
CN107782244A (zh) * 2017-10-24 2018-03-09 南京航空航天大学 一种基于视觉的六自由度小位移检测方法
CN108050939A (zh) * 2017-12-06 2018-05-18 柳州市融智科技服务有限公司 一种位移检测装置
CN209696077U (zh) * 2018-04-27 2019-11-29 中南大学湘雅三医院 一种可调节光纤照射头的喉部光动力治疗仪

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0403665A4 (en) * 1989-01-10 1991-10-02 Fanuc Ltd Arc sensor having object transmission window with anti-fouling structure
CN1059039A (zh) * 1990-08-15 1992-02-26 中国科学院长春光学精密机械研究所 大面积紫外光刻(曝光)方法及其装置
US20040052473A1 (en) * 2002-09-03 2004-03-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Optical fiber connector part
CN102576266A (zh) * 2009-07-16 2012-07-11 Opdi科技股份有限公司 对物体的位置编码的装置、***以及方法
CN101788269A (zh) * 2010-03-22 2010-07-28 西安交通大学 一种自带基准的位移测量装置及测量方法
CN102841497A (zh) * 2012-09-20 2012-12-26 王勇竞 一种新的背投影屏幕
CN103196361A (zh) * 2013-02-28 2013-07-10 哈尔滨工业大学 用于微球表面形貌快速检测的短相干瞬时移相干涉测量仪及测量方法
CN104567699A (zh) * 2013-10-21 2015-04-29 中冶建筑研究总院有限公司 一种增强型非接触式垂线坐标仪
CN104457619A (zh) * 2014-12-08 2015-03-25 上海建工集团股份有限公司 垂直度传感器在超长圆管柱上的安装结构及其安装方法
CN104976960A (zh) * 2015-06-11 2015-10-14 西北农林科技大学 一种雨滴物理特性观测方法及装置
CN205860997U (zh) * 2016-05-31 2017-01-04 耐世特汽车***（苏州）有限公司 一种用于汽车助力转向的传感器电路板的视觉检测装置
CN106705889A (zh) * 2016-12-07 2017-05-24 西安知象光电科技有限公司 一种大景深可编程模拟光栅生成方法
CN107782244A (zh) * 2017-10-24 2018-03-09 南京航空航天大学 一种基于视觉的六自由度小位移检测方法
CN108050939A (zh) * 2017-12-06 2018-05-18 柳州市融智科技服务有限公司 一种位移检测装置
CN209696077U (zh) * 2018-04-27 2019-11-29 中南大学湘雅三医院 一种可调节光纤照射头的喉部光动力治疗仪

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116678340A (zh) * 2023-07-28 2023-09-01 华能澜沧江水电股份有限公司 引张线测量装置及其控制方法
CN116678340B (zh) * 2023-07-28 2023-12-12 华能澜沧江水电股份有限公司 引张线测量装置及其控制方法

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