[发明专利]一种位移测量传感器及方法

说明书

本发明公开了一种位移测量传感器及方法。该传感器包括光源、一号柱面镜、一号凸透镜、胶合透镜、二号柱面镜、二号凸透镜和四象限光电耦合探测器，所述胶合透镜由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成。方法为：光源发出的光，经过一号柱面镜和一号凸透镜进行光路整形得到平行光；所得平行光经过胶合透镜后入射至二号柱面镜，并经过二号柱面镜出射至目标面上形成光斑；所形成光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜，并被胶合透镜反射到二号凸透镜；二号透镜对接收的光束进行聚焦，在四象限光电耦合探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。本发明位移测量传感器采用非接触式的测量方法，测量方便且精度高。

技术领域

本发明涉及光电传感器技术领域，特别是一种位移测量传感器及方法。

背景技术

现有的距离传感器分为接触式与非接触式两种，接触式中常用的是电容式，而非接触式常用的是超声波式。上述方式存在以下问题：第一、接触式距离传感器直接作用力在被测物上，易造成被测物损坏；第二、现有的非接触式距离传感器对被测物表面有较高的要求，体积较大，且测量精度较低。

中国专利CN103109463B公开了一种电容式距离传感器，包括一个导电、延长的平坦传感器表面，该传感器表面含有数个孔洞；虽然该传感器是柔性的，但是导电部分依然是金属的，不能完全避免接触的危害。中国专利CN107896506A公开了另一种距离传感器，包括投影光源、第一光引导装置、衍射光学元件和图像捕捉装置，这是一种非接触式的距离传感器，但是由于算法与外界的影响，测量精度低且无法实现小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、测量精度高的位移测量传感器及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种位移测量传感器，包括光源、一号柱面镜、一号凸透镜、胶合透镜、二号柱面镜、二号凸透镜和四象限光电耦合探测器；

所述光源发出的光，经过一号柱面镜和一号凸透镜进行光路整形得到平行光，该平行光经过胶合透镜后入射至二号柱面镜，并经过二号柱面镜出射至目标面上形成光斑，该光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜，并被胶合透镜反射到二号凸透镜，经过二号透镜的聚焦作用，在四象限光电耦合探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。

进一步地，所述胶合透镜由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成，其中第一直角棱镜、第二直角棱镜的最长面粘接在一起形成一个分光棱镜，该分光棱镜的出光面与所述柱面镜的平面相粘接；一号凸透镜出射的平行光，顺次通过第一直角棱镜、第二直角棱镜、柱面镜后，入射至二号柱面镜。

进一步地，所述一号凸透镜设置于一号柱面镜的一倍焦距位置。

进一步地，所述四象限光电耦合探测器设置于二号凸透镜的焦点处，并且探测器与成像形成的十字呈45°夹角。

进一步地，所述一号凸透镜、二号凸透镜的表面均镀有645nm-655nm的窄带宽滤光膜。

一种位移测量方法，包括以下步骤：

步骤1，光源发出的光，经过一号柱面镜和一号凸透镜进行光路整形得到平行光；

步骤2，步骤1所得平行光经过胶合透镜后入射至二号柱面镜，并经过二号柱面镜出射至目标面上形成光斑；

步骤3，步骤2所形成光斑的反射光沿原路返回至胶合透镜，并被胶合透镜反射到二号凸透镜；

步骤4，二号透镜对接收的光束进行聚焦，在四象限光电耦合探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。

进一步地，步骤4所述在四象限光电耦合探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离，具体如下：