[实用新型]模块化低成本的位移测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器、信号检测与处理领域，是一种利用光电传感器阵列来检测被测物体位移量的装置。

背景技术

位移测量装置根据工作原理的不同，可以分为电感式、电容式、霍尔式、光电式等多种类型。由于本实用新型属于光电式，故以下内容都只是针对采用光电式的同类技术。光电式位移测量装置又可以分为光栅式和激光式，下面对这几种技术的基本原理和优缺点进行简要的分析。

光栅式位移测量装置的基本原理是：当一对光栅中的主光栅和副光栅发生相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白相间的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大、整形，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。光栅式位移测量装置具有精度高、测量范围广等优点，但是其制造工艺相对复杂，对工作环境要求较高，油污和灰尘都会影响其可靠性，因而大多适用于实验室和环境较好的车间。此外，光栅位移测量装置的价格较高，不太适用于一些低成本的应用场合。

激光式位移测量装置主要采用激光三角测量法来检测位移(注：激光回波分析法适用于长距离检测，对短距离的位移检测精度较差)，是一种非接触式的方法。其基本原理是：激光器发出光束经会聚透镜投射到被测物体表面发生散射，其中一部分散射光经过接收透镜成像于图像传感器上，如果被测物体发生位移，将导致物体表面的光点在激光束的方向上移动，进而图像传感器上的像点也要随之移动，通过后续处理就可以计算出被测物体的位移，目前大多数此类产品的分辨率在10μm以下。这种方法需要精确设计光路，测量装置体积较大、成本高。

通过对现有技术的检索，目前大多数光电式位移测量装置也都是基于上述两种原理。例如：华中科技大学王生怀等人的中国专利“一种激光相位光栅干涉位移传感器”[申请号200710168674.2]、哈尔滨工业大学孙立宁等人的中国专利“双光栅位移传感器计数方式的位置检测装置及其检测方法”[申请号200510010288.1]、北京交通大学谢芳等人的中国专利“利用光纤光栅的光纤干涉型在线微位移测量系统”[申请号200710063770.0]等都是光栅型位移测量装置。厦门大学王磊等人的中国专利“离轴旋转对称型激光三角位移传感器”[申请号200810070652.7]则是基于激光三角测量法来检测位移的。此外，清华大学刘刚等人的中国专利“基于双频激光器的自混合干涉位移传感器”[申请号200510011230.9]、重庆工学院张兴红等人的中国专利“基于光盘数据系统的激光栅角位移传感器”[申请号200710093117.9]都具有结构和原理复杂的特点，相应的实现成本也较高。济南大学艾长胜等人的中国专利“基于激光图像及对应像素距离度量的位移测量装置及方法”[申请号200810014281.0]是一种与本实用新型相类似的技术，但通过仔细分析，1.已公开的发明专利的激光光源和图像传感器是分开的，因而成本较高；2.已公开的发明专利的光源限定为激光；3.已公开的发明专利的图像处理设备为通用DSP芯片。如上所述，已公开的光电式位移传感器大都具有成本高、结构复杂、工作环境要求苛刻等缺陷。

实用新型内容

本实用新型旨在克服当前光电式位移传感器成本高、结构复杂、工作环境要求苛刻等缺陷，为此，本实用新型提供一种低成本、低功耗、模块化、简单可靠、性能优越的位移检测装置。该实用新型预期批量化成本可以控制在300RMB以下，位移测量分辨率可以达到10μm以下，具有极高的性价比，且对工作环境要求很低，能够满足绝大多数接触式位移测量的需要。

为达成所述目的，本实用新型的模块化低成本位移测量装置，由框架、滑动导轨、位移检测模块以及通信显示电路组成一体结构，其中：框架是由三个或三个以上的边框组成的封闭或半封闭的中空结构，在其中的两个边框上具有两个相对的滑动孔；滑动导轨安装在滑动孔中，滑动导轨的两端位于框架外部，且滑动导轨只能够顺着滑动孔沿轴向前后移动；滑动导轨的一端与被测物体固定连接，且滑动导轨随着被测物体的位移沿着滑动孔移动；位移检测模块固接在框架的内壁上，且位移检测模块的工作面正对滑动导轨且与之保持合适的距离；位移检测模块用于检测滑动导轨的位移量并间接得到被测物体的位移量；通信显示电路与位移检测模块连接，负责通信显示电路与位移检测模块两者之间的通信和控制，同时通信显示电路用于显示被测物体的位移量、提供通信接口供外部使用。

其中，所述框架为封闭或半封闭的中空圆柱体结构、中空长方体结构、中空正方体结构、中空四边形结构和中空三角形结构中的任意一种结构。