[发明专利]一种基于交变光场的时栅直线位移传感器

权利要求书

1.一种基于交变光场的时栅直线位移传感器，包括定极板（2）和动极板（3），定极板与动极板相对平行设置，且留有间隙，其特征在于：

所述定极板（2）的上、下部分别具有一排均匀分布的呈方形的定极板透光面（21），位于上部的一排定极板透光面的起始位置与位于下部的一排定极板透光面的起始位置相差1/2个定极板透光面宽度，在一排定极板透光面中，相邻两个定极板透光面之间的距离与一个定极板透光面宽度相等；所述定极板的后方上、下部分别设置有一组互不干扰的发光器件；

所述动极板（3）的上、下部分别具有两个呈半正弦形的动极板透光面，动极板透光面正对定极板透光面，动极板透光面的宽度与定极板透光面宽度相等，动极板透光面的高度小于1/2定极板透光面高度，位于动极板下部的两个动极板透光面与位于动极板上部的两个动极板透光面的排列方式相同，且起始位置对齐，位于动极板上部的两个动极板透光面的起始位置在沿动极板宽度方向间隔一个动极板透光面宽度，在沿动极板高度方向间隔的距离大于一个动极板透光面高度小于1/2定极板透光面高度；在动极板上固定有四个与动极板透光面对应的光敏接收单元（4），该光敏接收单元的光电接收面覆盖在动极板透光面上，固定在动极板上部的两个光敏接收单元的一个电势同极性端相短接，该两个光敏接收单元的另外一个电势同极性端分别作为电信号输出端，固定在动极板下部的两个光敏接收单元的一个电势同极性端相短接，该两个光敏接收单元的另外一个电势同极性端分别作为电信号输出端；

两组发光器件分别提供等幅等频光强按正弦、余弦规律变化的交变光源，该交变光源在定极板表面形成等间距分布的上、下两排光强按正弦、余弦规律变化的交变光场，动极板相对定极板移动，四个光敏接收单元输出反应动极板透光面的光通量变化的电信号，经求差后得到两个反应动极板透光面的透光面积差动变化的光场耦合信号Uoa、Uob，再经加法电路合成一路行波信号Uo，该行波信号Uo与一路相位固定的等频率参考信号Ur经整形电路整形后，由比相电路进行比相，两路信号的相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经标度变换得到动极板相对于定极板的直线位移值。

2.根据权利要求1所述的基于交变光场的时栅直线位移传感器，其特征在于：所述发光器件为侧光光纤（1），其固定安装在定极板后方上、下部，由相位相差90°的两个等幅等频正弦激励电源驱动两个半导体激光器照射两组侧光光纤而产生所述交变光源。

3.根据权利要求1所述的基于交变光场的时栅直线位移传感器，其特征在于：所述光敏接收单元（4）为光电池或者贴片光敏二极管。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于交变光场的时栅直线位移传感器，其特征在于：固定在动极板（3）上部的两个光敏接收单元输出的所述电信号经第一差分放大电路（5）求差后得到所述光场耦合信号Uoa，固定在动极板（3）下部的两个光敏接收单元输出的所述电信号经第二差分放大电路（6）求差后得到所述光场耦合信号Uob。

5.根据权利要求1-3任一所述的基于交变光场的时栅直线位移传感器，其特征在于：所述行波信号Uo与等频率参考信号Ur经整形电路整形成方波后，再进行比相，通过计算两个方波信号过零点的时间差来得到动极板相对于定极板的直线位移值。