[发明专利]数字位移测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移测量设备。本文中位移测量的概念扩展至测量相对于参照位置的位置。位移测量设备通常记录传感器输出的模拟信息，将其转换成数字数据，并传输至计算器以便使用该位移测量结果。

背景技术

文档US2009/0248351介绍了一种使用光学传感器的位移测量设备。运动部件沿着与光束垂直的方向移动，CCD(Charged Coupled Device，电荷耦合器件)型或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)型的像素网线性光学传感器记录被运动部件部分遮挡后传来的光束数据。传感器输出的模拟信息被转换成数字数据，输入计算模块，并根据这些数字数据由计算模块确定运动部件的位置。

这种设备具有缺陷，尤其是在把传感器输出的模拟信息整体转换成数字数据时。事实上，模拟噪声增加了误差并加重了数字转换的噪声。这种干扰噪声限制了所测量的信号的动态性能(信噪比)。此外，转换所需的时间和计算功率也是不可忽略的。

尤其是当设备用在扩音器中时，背景噪声和数-模转换被认为是动态性能的主要限制因素。

因此，最好是绕开模拟动态性能的限制，尽可能地避开模-数转换的弊病。

发明内容

基于上述理由，本发明提出一种位移测量设备，用于测量运动部件沿至少一个方向的位移。该位移测量设备包括：

能够发射光束的光源；

至少一个能够拦截光束、并与运动部件相连以便跟随运动部件的运动的光学器件；

至少一个能够接收由光学器件关于光源的相对位置确定的所传播的光束的像素传感器，像素被布置成使得其中至少有一些像素接收到在运动部件的运动过程中随着运动部件的位置而变化的光照；

比较模块，能够将所述至少一个传感器的像素的输出值与两个不同的阈值相比较，以便向其指派这样的逻辑值：

向所有小于第一阈值的光照值指派同一个第一逻辑值；

向所有大于第二阈值的光照值指派同一个第二逻辑值；

向所有介于第一阈值和第二阈值之间的光照值分别指派代表该值的、能由计算装置处理的该值的转换值；

计算模块，能够根据比较模块输出的数据确定运动部件的位置

通过使用比较模块，可以给传感器的某些像素指派一个逻辑值，而该逻辑值不一定与将传感器接收到的模拟信号转换成数字信号相对应。于是位移测量设备并不仅仅依赖于转换器或相关计算装置的性能。

因此，确定运动部件位置所需的计算时间就减少了，相应的计算功率也减少了。数据传输因此减化，而且其速度提高了。

还可以注意到，确定运动部件位置的精度现在只依赖于所选像素的数量，只要增加其数量就可以提高精度。

具体而言，第一逻辑值可以是0，第二逻辑值可以是1。

阈值可以取介于0与1之间的任何值，具体举例来说，第一阈值介于0与0.5之间，第二阈值介于0.5与1之间。例如，第一阈值等于0.1，第二阈值等于0.9。

由此，只需转换几个模拟值就可以精确地确定光学器件的位置，从而限制了转换器的使用，同时又提高了设备的整体精度。

根据一种具体实施方式，光学器件包括一个遮挡片，其轮廓的至少一部分与运动部件的所述至少一个运动方向形成非零角度。

例如，用一个实心遮挡片，其轮廓相对于光源的移动使得传感器像素接收到的光照度发生变化。

或者用一个带开口或缝隙的遮挡片，其内轮廓的移动使得传感器像素接收到的光照度发生变化。

根据另一种具体实施方式，光学器件可以反射一部分光束。

在这种情况下光学器件被称作反光镜，随其运动反射光束的变化的一部分。光束的每个被反射的部分然后投射到传感器上。

根据一种可能的特征，设备还包括第二个光学器件，用于确定第一个光学器件的轮廓图像尺寸，并使其对焦。

使用这样的辅助器件可以改善传感器接收到的图像的质量，尤其是当该器件放在第一光学器件与传感器之间的路径中时。为达到此目的，第二光学器件可以是任何对焦装置、改向装置、或确定第一光学器件在传感器上的图像尺寸的装置，例如透镜、光纤或镜子。

根据一种可能的特征，传感器是由一排按照线性图案排列的像素构成的线性光学传感器。

采用这种方式，光学器件的位置可以通过计算标识其轮廓的像素之间的距离来简单地确定。也可以设计其它的像素排列。

为了校正与放置或计算相关的误差，对光学器件在与测量运动方向不同的另外方向上的移动进行三角法校正。