[发明专利]一种新型小量程超高精度位移传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密测量技术及仪器领域，特别涉及一种新型小量程超高精度 位移传感器及测量方法。

背景技术

位移传感器是一种常用的几何量传感器，在航空航天、工业生产、机械制 造以及军事科学等很多领域中都有广泛的使用。位移的测量方式有很多种，较 小位移(如小于1cm)通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔 传感器来检测，较大的位移(如大于1cm)常用感应同步器、光栅、容栅、磁 栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分 辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、 使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块 长条形的光学玻璃尺或金属尺上密集等间距平行的刻线，刻线密度为10～100 线/毫米。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能 提高测量精度。

光栅传感器由于光刻工艺的物理结构限制，造成其测量精度很难再有提 升，无法满足越来越高的测量精度的需求，迫切需要开发一种结构简单，精度 更高的传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有光栅传感器由于光刻工 艺的物理结构限制，造成其测量精度很难再有提升，无法满足越来越高的测量 精度的需求上述不足，提供一种新型小量程超高精度位移传感器及测量方法， 该传感器结构简单，适用于被测物体位移连续变化的测量，测量可靠，精度较 高，易于实现批量制造。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种新型小量程超高精度位移传感器，包括激光束、两块反射镜、光电探 测器和处理系统，两块所述反射镜平行设置并且能够相对移动，所述激光束与 光电探测器相对设置在两块所述反射镜两端，所述激光束入射到其中一块所述 反射镜上，经过两块所述反射镜交替反射后，出射到所述光电探测器上被感应， 所述处理系统用于处理所述光电探测器接收到所述激光束的位置。

采用本发明所述的一种新型小量程超高精度位移传感器，通过所述激光束 在一组平行设置的两块反射镜之中不断反射，最终照射到所述光电探测器上一 个位置，改变两块反射镜的间距，即会改变所述激光束的反射路径，最终照射 到所述光电探测器上另一个位置，所述处理系统根据这两个不同位置处理得到 一个探测距离值，这个探测距离值远远大于两块反射镜间距的真实改变值，所 述处理系统能够通过这个探测距离值来计算出两块反射镜间距的真实改变值， 该传感器结构简单，适用于被测物体位移连续变化的测量，测量可靠，精度较 高，易于实现批量制造。

优选地，所述位移传感器的量程为0-1um。

优选地，两块反射镜分别是固定反射镜和移动反射镜，所述移动反射镜通 过一刚性件连接被测物体，移动所述被测物体，带动所述移动反射镜，改变了 所述激光束的反射路径，所述处理系统根据两条出射所述激光束分别在所述光 电探测器上两个感应位置的间距，得出所述被测物体的位移。

采用这种结构设置，在所述被测物体移动时，带动所述移动反射镜产生位 移，改变了所述移动反射镜与所述固定反射镜的间距，所述移动反射镜发生位 移前后的所述激光束第一次照射到所述固定反射镜上的反射路径不会改变，最 终所述被测物体的位移值即所述移动反射镜的位移值被反映到所述光电探测 器上，这种只改变所述移动反射镜位移的结构方式能够使所述处理系统的处理 算法简单化，同时简化传感器结构，易于制造与使用。

优选地，所述光电探测器采用的是一种对光点位置敏感的光电器件，可以 测出光点的一维坐标的长方形器件。比如，光电探测器可选择一维线性光电探 测器(简称一维PSD)，也可选择成二维平面光电探测器(简称二维PSD)。

优选地，还包括用于发射所述激光束的激光源。

作为进一步优选地，还包括壳体，所述激光源、固定反射镜、移动反射镜 和光电探测器均位于所述壳体内，形成读数头，所述读数头设有安装孔或粘贴 件。

采用这种结构设置，所述读数头便于与所述被测物体或者相对静止的部件 适配、卡接或粘贴，方便拆装。

优选地，所述移动反射镜连接至少一个连接件，所述连接件为刚性件，所 述连接件伸出所述读数头外部。