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专利号: 2019100547745
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,包括发光元件(1)、动尺基体(2)、定尺基体(3)、光电探测器(4)和信号处理电路,发光元件(1)固定安装在动尺基体后方,定尺基体(3)平行正对且固定安装在动尺基体前方,光电探测器(4)固定安装在定尺基体前方;其特征在于:所述发光元件(1)发出的光能形成光强交变的光照区域,构成光场;

所述动尺基体(2)上并排设有绝对码道(21)和增量码道(22),增量码道(22)由多个相同的矩形透光面Ⅰ沿测量方向均匀间隔 排列构成,一个矩形透光面Ⅰ的宽度等于 绝对码道(21)由多个高度相等、宽度为d1的矩形透光面Ⅱ按照十进制移位编码的顺序排列构成,所述十进制移位编码的方式为:如果一个矩形透光面Ⅱ满足W≤d1<2W,则将该矩形透光面Ⅱ作为一个编码,如果一个矩形透光面Ⅱ满足d1≥2W,则将该矩形透光面Ⅱ的宽度为d1-W的部分透光面作为一个编码、宽度为W的另一部分透光面作为另一个编码,将绝对码道上的多个所述矩形透光面Ⅱ沿测量方向依次编码,第1个矩形透光面Ⅱ的编码称为1号码,其余矩形透光面Ⅱ的编码沿测量方向依次称为2号码至r号码,相邻两奇数号码之间的距离为20W,相邻两偶数号码之间的距离为21W,从1号码开始,每十个奇数号码和十个偶数号码作为一个大组,奇数号码的宽度为W,同一大组内偶数号码的宽度相等且第一个偶数号码与第二个奇数号码间隔9W,第i大组内偶数号码的宽度为 其中,W表示传感器的栅距,N表示将一个栅距等分的份数,如果 为整数,则 如果 为小数,则 符号int()表示取整运算,i依次取1至N的所有整数;

所述定尺基体(3)上设有与绝对码道(21)正对的长条形透光面(31)和与增量码道(22)正对且结构相同的第一组、第二组、第三组、第四组透光面(321、322、323、324),每组透光面都由k个相同的双正弦形透光面沿测量方向均匀间隔 排列构成,一个双正弦形透光面的宽度等于 沿测量方向,第二组透光面(322)的起始位置与第一组透光面(321)的起始位置相差 第三组透光面(323)的起始位置与第一组透光面(321)的起始位置相差第四组透光面(324)的起始位置与第三组透光面(323)的起始位置相差n1、n2、n3为整数;长条形透光面(31)沿测量方向的长度大于或等于21W,长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面在垂直于定尺基体的方向上能被光场完全覆盖;

所述光电探测器(4)包括测头基体(43)和安装在测头基体上的光电测头,所述光电测头平行正对长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面,能同时接收长条形透光面以及第一组、第二组、第三组、第四组透光面的全部光通量,并独立输出反映绝对位置的电信号和四路反映增量位移的光电流信号;

动尺基体(2)相对于发光元件(1)、定尺基体(3)、光电探测器(4)移动,光电测头输出的四路反映增量位移的光电流信号输入到信号处理电路中,经处理后得到增量位移值,光电测头输出的反映绝对位置的电信号输入到信号处理电路中,经处理后得到绝对位置值,将绝对位置值与增量位移值相加,得到绝对直线位移值。

2.根据权利要求1所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述信号处理电路包括模数转换模块、缓存器和微处理器;所述光电测头输出的反映绝对位置的电信号为与光电测头上21W长度的线性单元的光强值对应的电压信号,该电压信号经模数转换模块转换后存在缓存器内,微处理器通过阈值比较将存在缓存器内的信号编成

21位0和1的序列,透光部分编为高电平1,不透光部分编为低电平0,然后利用位置解码算法公式: 计算得到绝

对位置值xabs;其中,p表示沿光电测头读取方向的第一个高电平以前的低电平编码个数,m表示沿光电测头读取方向的第一个高电平与第二个高电平之间低电平编码个数,n表示沿光电测头读取方向的第二个高电平以后的低电平编码个数,j表示当前所处的大组,1≤j≤i。

3.根据权利要求2所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述信号处理电路还包括放大隔离模块和整形电路,所述光电测头输出的四路反映增量位移的光电流信号经放大隔离模块转换为电行波信号Uo,该电行波信号Uo与相位固定的同频参考信号Ur经整形电路分别整形成方波后,送入微处理器进行比相,相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示,再经标度变换得到增量位移值。

4.根据权利要求1至3任一所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述光电测头包括第一光敏阵列(41)和结构相同且分别与第一组、第二组、第三组、第四组透光面(321、322、323、324)正对的第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件(421、422、423、424);第一光敏阵列(41)平行正对长条形透光面(31),接收长条形透光面的全部光通量,并输出所述反映绝对位置的电信号,第一组光敏元件(421)接收第一组透光面(321)的全部光通量,输出第一路反映增量位移的光电流信号,第二组光敏元件(422)接收第二组透光面(322)的全部光通量,输出第二路反映增量位移的光电流信号,第三组光敏元件(423)接收第三组透光面(323)的全部光通量,输出第三路反映增量位移的光电流信号,第四组光敏元件(424)接收第四组透光面(324)的全部光通量,输出第四路反映增量位移的光电流信号。

5.根据权利要求4所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述第一光敏阵列(41)为图像传感器线阵CCD,所述第一组、第二组、第三组、第四组光敏元件(421、422、423、424)为光电池。

6.根据权利要求4所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述发光元件(1)由半导体线光源(11)和半导体面光源(12)构成,半导体线光源(11)由直流电源或者叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动,发出的光形成直线光照区域,作用于绝对码道(21),半导体面光源(12)由一个叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动,发出的光形成一个光强交变的光照区域,作用于增量码道(22)。

7.根据权利要求4所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述发光元件(1)为单一的半导体面光源,该半导体面光源由叠加有直流偏置的正弦交流电信号驱动,发出的光形成一个光强交变的光照区域,作用于绝对码道(21)和增量码道(22)。

8.根据权利要求6所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述增量码道(22)只有一排,该排增量码道(22)位于绝对码道(21)上方或者下方。

9.根据权利要求7所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述增量码道(22)只有一排,该排增量码道(22)位于绝对码道(21)上方或者下方。

10.根据权利要求7所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述增量码道(22)有两排,其中一排增量码道位于绝对码道(21)上方、另一排增量码道位于绝对码道(21)下方;所述第一组透光面(321)、第二组透光面(322)处于同一排,且与位于绝对码道(21)上方的增量码道正对;第三组透光面(323)、第四组透光面(324)处于同一排,且与位于绝对码道(21)下方的增量码道正对;所述第一组光敏元件(421)、第二组光敏元件(422)处于同一排,且位于第一光敏阵列(41)上方;所述第三组光敏元件(423)、第四组光敏元件(424)处于同一排,且位于第一光敏阵列(41)下方。

11.根据权利要求8所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述双正弦形透光面的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形。

12.根据权利要求9所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述双正弦形透光面的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形。

13.根据权利要求10所述的基于十进制移位编码的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述双正弦形透光面的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形。