[发明专利]一种基于光强正交调制的时栅角位移传感器

权利要求书

1.一种基于光强正交调制的时栅角位移传感器，包括发光元件(1)、动盘基体(2)、定盘基体(3)和光电探测器(4)，其特征在于：

所述发光元件(1)安装在动盘基体(2)上方，发光元件由大小相等且互不干扰的第一、第二、第三、第四光源体(11、12、13、14)沿圆周方向依次间隔排列构成，第一、第二、第三、第四光源体分别通入频率、幅值相等，相位为0°、90°、180°、270°的正弦激励电信号驱动，形成四组频率、幅值相等，相位相差90°的交变光源，将圆周等分为四个互不干扰的光照区域；

所述动盘基体(2)上设有一圈沿圆周方向均匀间隔分布的呈扇环形的动盘透光面(21)，相邻两个动盘透光面间隔的圆心角等于一个动盘透光面的圆心角；

所述定盘基体(3)平行同轴安装在动盘基体(2)下方，定盘基体(3)上沿圆周方向设有第一组、第二组、第三组、第四组定盘透光面(31、32、33、34)，所述第一组定盘透光面的空间相位为0°，在轴向与第一光源体(11)的光照区域对应，所述第二组定盘透光面的空间相位为90°，在轴向与第二光源体(12)的光照区域对应，所述第三组定盘透光面的空间相位为180°，在轴向与第三光源体(13)的光照区域对应，所述第四组定盘透光面的空间相位为270°，在轴向与第四光源体(14)的光照区域对应；各组定盘透光面的个数相同、大小相等且都呈半正弦形，各组中相邻两个定盘透光面间隔的圆心角等于一个定盘透光面的圆心角，各个定盘透光面的圆心角等于动盘透光面的圆心角，各个定盘透光面的径向高度小于动盘透光面的径向高度；第一组、第二组、第三组、第四组定盘透光面与动盘透光面(21)的对应关系满足：当第一组定盘透光面与动盘透光面完全正对时，第二组定盘透光面相对于动盘透光面错开半个动盘透光面的圆心角，第三组定盘透光面相对于动盘透光面错开一个动盘透光面的圆心角，第四组定盘透光面相对于动盘透光面错开1.5个动盘透光面的圆心角；

所述光电探测器(4)固定安装在定盘基体(3)下方，光电探测器包括测头基体(41)和固定在测头基体上的光电测头(42)，所述光电测头能同时接收到第一组、第二组、第三组、第四组定盘透光面(31、32、33、34)的全部光通量，并转换为电信号输出；

动盘基体相对定盘基体转动，光电测头输出反应第一组、第二组、第三组、第四组定盘透光面光通量变化的电信号，经放大、隔离后转换为电行波信号U₀，该电行波信号U₀与相位固定的同频参考信号U_r分别整形后，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盘基体相对定盘基体的角位移值。

2.根据权利要求1所述的基于光强正交调制的时栅角位移传感器，其特征在于：所述第一、第二、第三、第四光源体(11、12、13、14)都采用扇环形的发光二极管阵列或者扇环形的半导体面光源。

3.根据权利要求1或2所述的基于光强正交调制的时栅角位移传感器，其特征在于：所述光电测头(42)为圆环形光电池或者圆环形光敏阵列。

4.根据权利要求1或2所述的基于光强正交调制的时栅角位移传感器，其特征在于：所述光电测头(42)由大小相等的呈扇环形的第一、第二、第三、第四光敏阵列(421、422、423、424)沿圆周方向依次间隔排列构成，分别接收第一组、第二组、第三组、第四组定盘透光面(31、32、33、34)的光通量。