[发明专利]光学测量物体角速度的装置和有这种装置的带扫描设备

说明书

本发明涉及一种用于光学测量转动物体角速度的装置，该装置包括：适合于由物体驱动的可转动的第一圆盘，和第二圆盘，而圆盘均具有位于圆盘表面的具有周期性间隔的转动对称的伸长了的遮断部分，用于同时照明整个遮断部分的照明系统，检测系统。

本发明还涉及适用于测量已伸长了的物体的线速度的这类装置。

本发明还涉及到无主动轴的带扫描装置，后者包括作为供给轴和收纳轴的两个轴，设置在由两个轴之间的磁带盖复着的通路中的扫描头，和用于控制作为收纳轴的轴速的带速检测器和控制回路。

一种光学的角速度检测装置已公开在美国专利4658132中。

目前已知有几种类型的无主轴带扫描装置，特别是由英国专利说明书1330923和美国专利3809335所公开的装置。正如该英国专利说明书中所述，若采用与用于以恒定线速度驱动磁带的压力机构相组合的主轴轴，可在以最低价格实现带速的精确控制以及自身控制等等方面具有一些优点。但是当采用主动轴时，会产生许多缺点，其中的三个已由该英国专利说明书指出，它们是引导盒式磁带的复杂的机构，磁带边缘的导向困难，以及较大的损害磁带的危险。而且，还存在有污染和磁带打滑等等问题。通过以不同于附装有主动轴的方式驱动磁带，即利用提供轴和/或收纳轴的方式，便可以克服所述的这些缺点和问题。这时，就必须制造出某种装置来保持在扫描头区域中的带速的稳定。英国专利说明书1330923中提及的一种可行的方案是利用带被驱动型速度计，这里不对其进行进一步的说明，而且它由于适用性不强而被放弃了。在该英国专利说明书中，选择了一种用控制信号和叠加在该控制信号上的并与绕在相关轴上的磁带的直径成反比的一个非线性信号来驱动这两个轴之一的系统。在用收纳轴的驱动机构控制带速的这种无主动轴的带扫描装置中，在该驱动机构中会出现打滑耦合现象，从而会损失能量。美国专利3809335公开了一种带驱动装置，它是驱动提供轴和收纳轴并测量加速度、减速度、速度及带的张力。该装置不包括分离的带速测量位置。

由于磁带放音机的扫描头距提供轴和收纳轴均有一定距离，故最好是利用在靠近扫描头的地方  分离的速度测量点，以便在需保持速度稳定的地方测量该速度。当处于由磁带上读取的信息信号时，也可以将速度测量点的信号用作为时基修正值。而且，由于光学装置的实施费用低且可用现有的技术制造的较小，由于它具有较高的分辨率和测量精度，故最好是使用光学测量装置。和磁性的角速度传感器相比，光学传感器具有下述优点，即所测得的输出信号的质量基本上与所进行测量的转动频率的范围无关，且对电干扰是不敏感的。在磁性传感器中，还常常发生磁铁和轴承之间的干扰耦合。

由美国专利4658132所示的且计划用于测量电动机角速度的光学角速度测量装置，可被认为是用在带速测量点处的。由美国专利4658132所公开的装置包括有随电动机轴一起转动的第一圆盘，在圆盘上设置呈环状的由光可穿过的若干槽缝构成的间断部分，具有设置成环状的若干个辐射敏感检测元件的第二固定圆盘，检测元件的数目可由可转动圆盘上的槽缝数目来决定。照明圆盘，并用检测元件接收穿过这些槽缝的辐射。当电动机转动时，槽缝将相对于检测元件移位，从而使得由检测元件接收到的辐射量在最大值和最小值之间变化。这些元件的输出信号的总和是一个周期信号，其频率响应着带槽圆盘的角速度，从而响应着电动机的角速度。

德国专利申请2155970中公开了另一种角速度传感器，它包括弯曲成圆形的管状辐射源，在其中设置有一个可转动的带槽鼓轮和一个固定的带槽鼓轮，一束光导纤维将穿过了这两个带槽鼓轮的辐射传递至检测器。

本发明的一个目的是要提供一种新颖的光学角速度测量装置，它和公开在美国专利4658132中的装置相比，具有许多优点，其中最重要的就是有更高的分辨率和更好的辐射利用率。根据本发明构造的装置的特征在于，照明系统中包括有呈二极管形的辐射源，和用于将源辐射聚焦成其横截面与遮断部分相适配的光束的辐射波导组件，检测系统中包括用于接收由照明系统发出的，穿过这两个遮断部分的辐射，且用于将该辐射聚焦成具有圆形横截面的辐射波导组件，和用于将该光束的强度变化转换为电信号的信号检测器。

辐射源二极管为光发射二极管(LED)或是半导体激光器。信号检测器为，比如说常规的光敏二极管。角速度传感器为用常规元件和非常小且不昂贵的元件构成。