[实用新型]一种基于线阵CCD的数字差分式张力传感器

说明书

本实用新型涉及一种基于线阵CCD的数字差分式张力传感器，包括由弹性材料制成的悬梁，悬梁的内端固定、中部的正反面分别设置镜面反射区、外端为自由受力端；悬梁内端的上方和下方对称设置有第一激光发射器和第二激光发射器，两激光发射器的光路倾斜设置且朝向镜面反射区，悬梁外端的上方和下方对称设置能感应激光反射光的第一线阵CCD元件和第二线阵CCD元件，两个线阵CCD元件的信号输出端与一控制电路电连接。本实用新型结构简单、方便可靠，检测精度、线性度和灵敏度高，实现了微张力的数字化测量。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体的说是一种基于线阵CCD的数字差分式张力传感器。

背景技术

张力传感器主要有应变式、压阻式和压电式等，这些传感器的敏感元件与力学弹性元件直接接触，其抗瞬变冲击的能力弱，常因过载而造成传感器的损坏，降低了传感器的使用寿命。张力传感器数据读取为模拟信号，再经数模转换器转换为数字信号，使得测量繁琐并且增加了成本。

非接触测量技术中常用光和磁作为测量媒介，检测元件则用光敏器件和磁敏器件，为了克服环境光和磁的影响，常用差动测量技术来提高线性度和灵敏度，并提高抗干扰能力。

电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)用电荷量来表示光强度的大小，电荷量以移位传输的耦合方式输出光强图像信号，分为线阵CCD和面阵CCD，其基本功能可实现光强分布和图形尺寸的数字化非接触测量,其中线阵CCD具有动态范围大、空间分辨率高、可输出数字化信息的特点，常用来设计力学传感器。

基于上述问题，本发明通过激光照射敏感元件实现非接触测量且利用两个对称线阵CCD做差分处理实现数字差分式测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于线阵CCD的数字差分式张力传感器，该传感器结构简单，设计精巧，使用寿命长，测量误差小，检测精度高，尤其适用于微张力的数字化测量。

为解决上述技术问题，本发明的基于线阵CCD的数字差分式张力传感器的结构特点是包括由弹性材料制成的悬梁，悬梁的内端固定、中部的正反面分别设置镜面反射区、外端为自由受力端；悬梁内端的上方和下方对称设置有第一激光发射器和第二激光发射器，两激光发射器的光路倾斜设置且朝向镜面反射区，悬梁外端的上方和下方对称设置能感应激光反射光的第一线阵CCD元件和第二线阵CCD元件，两个线阵CCD元件的信号输出端与一控制电路电连接。

优选的，激光发射器的光路与悬梁呈45度夹角，初始状态下线阵CCD的感光面与悬梁呈45度夹角。

对于镜面发射区，所述镜面反射区通过在悬梁中部的正反面贴附反光层形成，或者，镜面反射区由悬梁中部的正反面经镜面抛光后形成。

对于控制电路，所述控制电路为单片机电路，第一线阵CCD元件和第二线阵CCD元件的信号输出端分别连接到单片机电路的信号输入端，单片机电路的信号输出端连接有显示器。其中，所述显示器为四位七段数码管模块。

本发明的工作原理是：在悬梁不受力时，两个激光发射器分别发射激光经悬梁反射点反射至线阵CCD元件的中心位置，两个线阵CCD元件的感光面与反射后的光路垂直；在悬梁施力端垂直向下施加张力，使得激光反射角度发生变化，线阵CCD元件感光面上的感应光斑发生位移，该位移被控制电路记录，将激光照射线阵CCD的像元间隔数经单片机通过显示屏显示并记录，通过像元间隔数与张力的关系得出施加张力的大小。

本发明具有如下优点效果：1)采用线阵CCD元件，具有传输速度高、暗电流小和驱动时序简单的优点；2)采用激光照射的非接触式测量，延长了传感器的使用寿命；3)利用线阵CCD元件直接读取数字离散信息，不需经ADC数模转换器，实现了数字化测量；4)采用悬梁上下两侧对称放置线阵CCD元件，实现了差分式测量，避免了非线性影响，减小误差，提高了测量的精度。