一種精確測量二維面內位置與位置變化的裝置和方法與流程
2023-09-16 07:58:55 2
本發明涉及測量裝置技術領域，特別是涉及一種精確測量二維面內位置與位置變化的裝置和方法。
背景技術：
二維平面內位置的測量被廣泛應用於控制、探測、測繪、機械生產自動化、圖像顯示以及研發等各個領域，如對目標對象進行位置的確定、跟蹤目標對象的移動等。本發明提出一種精確測量二維平面內位置與位置變化的裝置和方法，對控制、圖像顯示、機械生產自動化等眾多領域有著重要意義。
目前的二維平面內位置測量由觸摸傳感器，變換電路等來實現。主要被應用於筆記本電腦、移動電子設備等領域，用來對對象的位置和位置的變化進行測量。但此類裝置和方法結構較複雜，測量範圍小，測量距離有限，且成本較高，解析度較低，所採用的方法和原理較複雜，容易出故障，對應用產生不便。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種結構簡單，成本低廉的測量位置與位置變化的裝置及方法，該裝置能夠精確測量位置與位置的變化。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是：
一種精確測量二維面內位置與位置變化的裝置，包括光源、透明導電層、光敏電阻層、電阻層、第一電源、第二電源和電壓表；所述的透明導電層、光敏電阻層和電阻層依次層疊設置；所述的透明導電層和電阻層的兩端分別鍍有導電條作為正負電極引出端，且透明導電層的兩導電條和電阻層的兩導電條位置相互垂直；所述的第一電源的兩個接線端分別連接透明導電層的兩導電條；所述的第二電源的兩個接線端分別連接電阻層的兩導電條；所述電壓表的兩端分別連接透明導電層的一個導電條和電阻層的一個導電條；所述的光源與透明導電層相對設置。
所述的光源發出的光為雷射、聚焦的可見光、聚焦的紫外光或紅外光等各種光源。
所述的透明導電層由既透明又導電的材料製成，如ITO、AZO等；透明導電層的厚度為0～0.5mm。
所述的光敏電阻層由化合物半導體或元素半導體這類光電材料製成，化合物半導體如CdS、CdSe、PbS、PbSe、InSb等，元素半導體如Si或Ge等；光敏電阻層的厚度為0～0.1mm。
所述的電阻層由電阻材料製成，如鎳鉻合金或康銅等；電阻層的厚度為0～1mm。
所述的電源為直流電源或交流電源。
所述的透明導電層、光敏電阻層和電阻層均為二維面狀結構。
所述的透明導電層和電阻層兩端的導電條為均勻導電材料。
一種基於精確測量二維面內位置與位置變化的裝置的測量方法，其步驟如下：
計算光點X坐標：
步驟1：打開第一電源，為透明導電層提供恆定的電壓；
步驟2：打開光源，使光源發射的光照向透明導電層；
步驟3：通過電壓表測出透明導電層上的光照點位置到其導電條之間的電壓值；
步驟4：通過測得的電壓值計算出透明導電層上的光照點位置到其邊緣導電條的距離，進而得到該光照點在二維面內位置的x分量。如電壓表測得透明導電層上的光照點位置到其導電條之間的電壓為Ux，施加在透明導電層兩端的電壓為Ux0，透明導電層的總長度為Lx0，則根據Ux/Ux0＝x/Lx0，得到透明導電層上的光照點位置到其邊沿導電條的距離x，進而得到光照點位置的x分量；
計算光點Y坐標：
步驟5：斷開透明導電層上的第一電源，打開第二電源為電阻層提供恆定的電壓；
步驟6：通過電壓表測出電阻層上的光照點位置到其導電條之間的電壓值；
步驟7：通過測得的電壓值計算出電阻層上的光照點位置到其邊緣導電條的距離，進而得到光照點在二維面內位置的y分量。如通過電壓表測得電阻層上的光照點位置到其導電條之間的電壓為Uy，施加在電阻層兩端的電壓為Uy0，透明導電層的總寬度為Ly0，則根據Uy/Uy0＝y/Ly0，得到電阻層上的光照點位置到其邊沿導電條的距離y，進一步得到了光照點位置的y分量；
步驟8：通過步驟1-7，得到光照點在平面內位置的x分量與y分量，即得到光照點的位置。
步驟9：當光照點移動，電壓表測得的電壓值發生變化，根據變化前後電壓表的數值，換算出相應的光照位置變化情況。
進一步，步驟3具體包括：
步驟101.照射到透明導電層上的光透過透明導電層照射到光敏電阻層；
步驟102.被光照射到的光敏電阻層的阻值急劇減小，使得光照處透明導電層與電阻層之間導通，透明導電層光照點處所對應電壓即為電阻層相應光照點處所對應電壓，此時電壓表測得的電壓即為透明導電層上的光照點位置到其導電條之間的電壓。
同理，對於步驟6，電壓表測得的電壓為電阻層上的光照點位置到其導電條之間的電壓。
相對於現有技術，本發明具有以下優點：
本發明的測量裝置包括光源、透明導電層、光敏電阻層、電阻層、電源和電壓表。光照在該裝置後，透過透明導電層照射到光敏電阻層，光敏電阻層阻值急劇減小，使得光照處透明導電層與電阻層之間導通，透明導電層光照點處所對應電壓即為電阻層相應光照點處所對應電壓，此時通過測得透明導電層及電阻層上的光照點位置到其各自導電條之間的電壓，進而計算出平面內光點位置的X坐標及Y坐標，從而得到光照點的位置。當光照點移動，電壓表測得的電壓值發生變化，根據變化前後的數值，可換算出相應的光照位置變化情況。該方法和裝置具有結構和原理簡單、成本低廉的優點，可被用於監測、精密測量及自動化控制等領域。
本發明的測試方法為通過測量透明導電層及電阻層上的光照點位置到其各自導電條之間的電壓值，計算出二維平面內光照點位置的X坐標與Y坐標，最終得到光照點的位置。當光照點移動，測得的電壓值發生變化，可換算出相應的位置變化。該測量裝置的結構簡單，易於維護，降低了測量位置及位置變化的成本，測量精度較高。
【附圖說明】
圖1為本發明的結構示意圖；
圖中：1為光源；2為透明導電層；3為光敏電阻層；4為電阻層；5為第一電源；6為第二電源；7為電壓表。
【具體實施方式】
下面結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細闡述，但本發明不限於該實施例。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明具體的細節。
如圖1所示為本發明的一種二維平面內位置與位置變化精確測量的裝置，包括光源1、透明導電層2、光敏電阻層3、電阻層4、第一電源5、第二電源6以及電壓表7。所述光敏電阻層3位於電阻層4之上，透明導電層2位於光敏電阻層3之上，即光敏電阻層3位於透明導電層2與電阻層4之間。所述的透明導電層2和電阻層4的兩端分別鍍有導電條作為正負電極引出端，且透明導電層2和電阻層4的導電條位置相互垂直；所述第一電源5的兩個接線端分別連接透明導電層2的兩導電條；所述第二電源6的兩個接線端分別連接電阻層4的兩導電條。所述電壓表7的兩端分別連接透明導電層2的一個導電條和電阻層4的一個導電條；光源1發出的光照射到透明導電層2上的一點。
所述光源1發出的光可為雷射，聚焦的可見光，聚焦的紫外光或紅外光等各種光源；透明導電層2由既透明又導電的材料製成，如ITO、AZO等；透明導電層2的厚度為納米級到微米級。光敏電阻層3由化合物半導體或元素半導體這類光電材料製成，化合物半導體如CdS、CdSe、PbS、PbSe、InSb等，元素半導體如Si或Ge等；光敏電阻層3的厚度為納米級到微米級。電阻層4由電阻材料製成，如鎳鉻合金或康銅等；電阻層4的厚度為納米級到毫米級。
透明導電層2、光敏電阻層3和電阻層4均為二維面狀結構。
透明導電層2、光敏電阻層3、電阻層4等可以通過真空蒸鍍、磁控濺射、旋塗、等離子鍍膜、化學氣相沉積等各類鍍膜方式實現。
所述的透明導電層2和電阻層4兩端的導電條為均勻導電材料。
一種基於所述的二維面內位置與位置變化測量裝置的測量方法，其步驟如下：
步驟1：打開第一電源5，為透明導電層2提供恆定的電壓；
步驟2：打開光源1，使光源1發射的光照向透明導電層2；
步驟3：通過電壓表7測出透明導電層2上的光照點位置到其導電條之間的電壓值，具體包括：
步驟101.照射到透明導電層2上的光透過透明導電層2照射到光敏電阻層3；
步驟102.被光照射到的光敏電阻層3的阻值急劇減小，使得光照處透明導電層2與電阻層4之間導通，透明導電層2光照點處所對應電壓即為電阻層4相應光照點處所對應電壓，此時，電壓表7測得的電壓即為透明導電層2上的光照點位置到其導電條之間的電壓。
步驟4：通過測得的電壓值計算出透明導電層2上的光照點位置到其邊緣導電條的距離，進而得到該光照點在二維面內位置的x分量。如電壓表7測得透明導電層2上的光照點位置到其導電條之間的電壓為Ux，施加在透明導電層2兩端的電壓為Ux0，透明導電層2的總長度為Lx0，則根據Ux/Ux0＝x/Lx0，得到透明導電層2上的光照點位置到其邊沿導電條的距離x，進而得到光照點位置的x分量；
按照以上方法，計算光點Y坐標：
步驟5：關閉第一電源5，打開第二電源6，為電阻層4提供恆定的電壓；
步驟6：通過電壓表7測出電阻層4上的光照點位置到其導電條之間的電壓值，原理同步驟3；
步驟7：通過測得的電壓值計算出電阻層4上的光照點位置到其邊緣導電條的距離，進而得到光照點在二維面內位置的y分量。如通過電壓表7測得電阻層4上的光照點位置到其導電條之間的電壓為Uy，施加在電阻層4兩端的電壓為Uy0，透明導電層2的總寬度為Ly0，則根據Uy/Uy0＝y/Ly0，得到電阻層4上的光照點位置到其邊沿的距離y，進一步得到了光照點位置的y分量；
步驟8：通過步驟1-7，得到光照點在二維面內位置的x分量與y分量，即得到光照點的位置。
步驟9：當光照點移動，電壓表7測得的電壓值發生變化，根據變化前後電壓表7的數值，換算出相應的光照位置變化情況。
本發明由光源1、透明導電層2、光敏電阻層3、電阻層4、第一電源5、第二電源6及電壓表7所組成。測量原理是：光源1射出的光照射到透明導電層2，由於透明導電層2具有透光性，從光源1射出的光會透過透明導電層2到達光敏電阻層3，光敏電阻層3由半導體光敏電阻材料構成，受到光照電阻急劇減小，使得光照處透明導電層2與電阻層4導通，落在電阻層4上的光照點對應位置的電壓通過導通位置反映在透明導電層2上，此時電壓表7分別測得透明導電層2及電阻層4上的光照點位置到其各自導電條之間的電壓。根據測量電壓及提供的總電壓，進而計算出平面內光點位置的X坐標及Y坐標，從而得到光照點的位置。當光照點移動，測量的電壓值發生變化，可換算出相應的光照位置變化數值。本發明具有結構和原理簡單、成本低廉、精確度高等優點，可被應用於監測、精密測量及自動化控制等領域。
以上所述僅為本發明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案採取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。