光電式直線位移傳感器的製造方法
2023-06-23 12:47:56
光電式直線位移傳感器的製造方法
【專利摘要】一種無接觸直線位移測量的光電式直線位移傳感器，在其可伸縮金屬管的A端管腔放有雷射二極體並與雷射二極體驅動電路輸出端相連，雷射二極體驅動電路輸入端與標準脈衝信號源的輸出端相連，在其B端管腔內放有雪崩光電二極體並與放大處理電路輸入端相連，放大處理電路的輸出端與高精度時間間隔測量電路輸入端相連，標準脈衝信號源經雷射二極體驅動電路驅動雷射二極體由A端向B端產生一傳播距離固定大小的雷射脈衝束，可伸縮金屬管長度變化，雪崩光電二極體在雷射脈衝束固定傳播軌跡中光電轉換時間長短發生改變，經光電轉換成的脈衝信號電壓脈寬變化量反映就是位移變化量，此脈衝電壓經過放大整形處理後由高精度時間間隔測量電路脈寬變化的時間，達到無接觸直線位移測量的目的。
【專利說明】光電式直線位移傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種直線位移測量的傳感裝置，尤其通過光電效應實現無接觸直線位移測量的傳感器。
【背景技術】
[0002]目前公知的直線位移傳感器電阻尺包含以下組成部分:阻軌、電刷、激勵單元、對位軸承、外殼。電刷裝配連接到機械激勵器，使阻軌(導電塑料)產生一個電壓分配器。電位計的阻軌兩端連接到穩定的輸入直流電壓(允許小電流)。當在電刷和修正阻軌之間測量時，信號電壓是電壓分配器的主要部分，並且與阻軌上的電刷位置成正比，電阻尺本質是一個滑動變阻器，在直線位移測量過程當作分壓器使用，以相對電壓的大小來反映測量位置，因此電阻尺在使用的過程中存在以下缺陷:一、供電電壓要穩定，工業電源要求±0.1%的穩定性，比如基準電壓10V，允許有±0.0lV的波動，否則，會導致顯示的較大波動。二、供電電源要有足夠的容量，如果電源容量太小，容易發生如下情況:合模運動會導致射膠電子尺顯示跳動，或熔膠運動會導致合模電子尺的顯示波動。特別是電磁閥驅動電源於電子尺供電電源在一起時容易出現上述情況，嚴重時可以用萬用表的電壓檔測量到電壓的波動。三、不能有外界的幹擾，包括靜電幹擾和高頻幹擾。因此，設備的強電線路與電子尺的信號線應分開線槽。電子尺應使用強制接地支架，且使電子尺外殼(可測量端蓋螺絲與支架之間的電阻，應小於1Ω電阻)良好接地，信號線應使用屏蔽線，且在電箱的一端應予將屏蔽線接地或接直流電源負極.四、不能接錯電子尺的三條線，1#、3#線是電源線，2#是輸出線，除1#、3#線電源線可以調換外，2#線只能是輸出線。上述線一旦接錯，將出現線性誤差大，控制精度差，容易顯示跳動等現象。五、安裝對中性要好，角度容許±12°誤差，平行度偏差容許±0.5_，如果角度誤差和平行度誤差都偏大，就會導致顯示數字跳動。六、對於使用時間很久的電子尺，由於前期產品無密封，可能有很多雜質，並有油、水混合物，影響電刷的接觸電阻，導致顯示數字跳動。
【發明內容】
[0003]為了克服一般的電阻尺使用過程中對電源電壓穩定並且要有足夠高的容量，外界高頻和靜電幹擾容易對測量產生影響，接錯線容易對線性度產生影響；安裝角度和平行度的問題導致顯示數字跳動；以及密封老化油水混合物進入影響接觸電阻導致顯示數字跳動，本實用新型公開了一種全新的無接觸型光電式直線位移傳感器，該光電式直線位移傳感器不但解決了電阻尺因安裝角度，平行度和接觸電阻等因素導致數字顯示跳動的問題，同時消除了電刷與阻軌之間磨損的問題，大大提高了直線位移測量的速度和直線位移傳感器的使用壽命。
[0004]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:採用兩個管徑大小不相同的兩個金屬管，小管徑金屬管的外徑與大管徑金屬管的內徑相吻合，並且小管徑的金屬管插入大管徑金屬的管腔內，小管徑金屬管的外壁與大管徑金屬管的內壁緊密相貼並在其管腔內移動，形成一個長度可以變化的相對封閉式可伸縮金屬管，小管徑金屬管的另一端為可伸縮金屬管的A端，大管徑金屬管的另一端為可伸縮金屬管的B端，在可伸縮金屬管中，金屬管A端管腔內固定有雷射二極體，雷射二極體兩端通過A端金屬管上下的引線孔引出與雷射二極體驅動電路的輸出端相連，雷射二極驅動電路的輸入端與標準脈衝信號源的輸出端相連，B端管腔內固定有雪崩光電二極體，雪崩光電二極體兩端通過B端金屬管上下的引線孔引出與放大處理電路的輸入端相連，放大處理電路的輸出端與高精度時間間隔測量電路輸入端相連，在可伸縮金屬管中A端的雷射二極體的發光窗口與B端的雪崩光電二極體的受光窗口在與雷射脈衝束傳播軌跡固定為d大小所在同一直線上保持相對,標準脈衝信號源產生一個脈寬為T (常量)大小的標準脈衝，通過雷射二極體驅動電路驅動A端雷射二極體向B端發出一個傳播距離固定為d大小的雷射脈衝束，雷射脈衝束與可伸縮金屬管管壁保持平行，標準脈衝的脈寬T大小決定雷射脈衝的持續時間和傳播距離，其脈寬T穩定度決定雷射脈衝束固定傳播距離的穩定度和整體位移測量的線性度，B端的雪崩光電二極體接收由A端發來的雷射脈衝，並把它轉為電信號後由放大處理電路放大，整形等處理後由高精度時間間隔測量電路測量輸出脈衝電壓脈寬時間，由於標準脈衝的脈寬T為常量不變，所以雷射脈衝束的傳播距離固定為d (常量)不變距離，當可伸縮金屬管長度變化時，B端雪崩光電二極體在雷射脈衝束的固定傳播軌跡中移動，同時進行光電轉過程，由於雷射脈衝束傳播軌跡距離固定為d (常量)大小，所以雪崩光電二極體的受光窗口在其固定傳播軌跡中與雷射脈衝束接觸的時間長短，即光電轉換的時間長短只與雪崩光電二極體在雷射脈衝束固定傳播軌跡中的位置保持線性變化的關係，實現了位移量與輸出脈衝電壓的脈寬t大小變化量的線性變化關係，輸出脈衝電壓的脈寬變化量反映的就是直線位移量的大小，將此脈衝電壓加到高精度時間間隔測量電路輸入端，測量輸出脈衝電壓脈寬t的大小，並轉為輸出數字量顯示出來，達到無接觸位移測量的目的。
[0005]本實用新型的有益效果是:在一個相對封閉的可伸縮金屬管環境中，雪崩光電二極體只受雷射脈衝的影響，而不受周圍光線的影響，位移測量過程中只要標準脈衝的脈寬T穩定不變，並控制雷射脈衝束的傳播距離d固定不變，位移量就與輸出脈衝電壓的脈寬t保持線性變化，即使電源電壓發生波動；外界存在高頻和靜電幹擾；安裝角度和平行度存在誤差；金屬管內進入灰塵等雜質等；只要雪崩光電二極體能有效接收到雷射脈衝，都不會對測量結果造成影響，同時用雷射脈衝束取代了電阻尺的阻軌，雪崩光電二極光管取代了電阻尺的電刷，所以也不存在電刷與阻軌之間磨損並影響接觸電阻導致顯示數字跳動的問題，實現了無接觸位移測量，大大提高了電阻尺的使用壽命和直線位移測量速度。
[0006]【專利附圖】
【附圖說明】:
[0007]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0008]圖1是本實用新型的結構框圖。
[0009]圖2是本實用新型的工作原理示意圖。
[0010]圖1中:1.標準脈衝信號源，2.雷射二極體驅動電路，3.雷射二極體，4.可伸縮金屬管，5.雷射脈衝束固定傳播軌跡,6.雪崩光電二極體,7.放大處理電路,8.高精度時間間隔測量電路。
[0011]【具體實施方式】:
[0012]在圖1中，標準脈衝信號源(I)輸出端與雷射二極體驅動電路(2)的輸入端相連，雷射二極體驅動電路(2)輸出端通過A端金屬管上下引線孔與雷射二極體(3)兩端相連，雪崩光電二極體(6)兩端通過B端金屬管上下引線孔與放大處理電路(7)輸入端相連，放大處理電路(7)輸出端與高精度時間間隔測量電路(8)輸入端端相連，在可伸縮金屬管(4)中，小管徑金屬管外徑與大管徑金屬管內徑吻合，小管徑金屬管插入大管徑金屬管管腔中，其管壁與大金屬管管腔內壁相貼並在其管腔內移動，小管徑金屬管另一端為可伸縮金屬管A端，大管徑金屬管另一端為可伸縮金屬管B端，在A端管腔內固定雷射二極體(3)，並向雪崩光電二極體發射傳播距離固定d大小的雷射脈衝束，雷射脈衝束與可伸縮金屬管(4)的管壁保持平行，在B端管腔內固定雪崩光電二極體(6)，雷射二極體(3)的發光窗口與雪崩光電二極體(6)受光窗口在距離為d大小並與雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)所處在的同一直線上保持相對。
[0013]在圖2中，標準脈衝信號源(I)產生一個固定脈寬為T (常量)的標準脈衝信號，並控制雷射二極體(3)產生傳播距離固定為d (常量)大小的雷射脈衝束，當可伸縮金屬管(4)處於不同長度時，B端的雪崩光電二極體(6)在傳播距離固定為d大小的雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)中產生相對直線位移移動，使其與A端的雷射二極體(3)的相對距離發生改變，雪崩光電二極體(6)的受光窗口在雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)中與雷射脈衝接觸時間長短和雪崩光電二極體(6)光電轉換時間長短與其處在雷射脈衝束固定傳播軌跡中(5)的位置保持線性變化，雪崩光電二極體(6)在雷射脈衝束的固定傳播軌跡(5)中將光信號轉為電信號，輸出脈衝電壓的脈寬t大小與雪崩光電二極體(6)在雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)中的位置保持線性變化。
【權利要求】
1.一種無接觸直線位移測量的光電式直線位移傳感器，在其可伸縮金屬管的A端管腔內固定有雷射二極體並與雷射二極體驅動電路輸出端相連，雷射二極體驅動電路輸入端與標準脈衝信號源的輸出端相連，在其B端管腔內固定有雪崩光電二極體並與放大處理電路輸入端相連，放大處理電路的輸出端與高精度時間間隔測量電路輸入端相連，其特徵是:A端雷射二極體(3)的發光窗口與B端雪崩光電二極體(6)的受光窗口在雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)所處在同一直線上保持相對，當可伸縮金屬管(4)處於不同長度時，B端的雪崩光電二極體(6)在傳播距離固定為d大小的雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)中產生相對直線位移移動，使其與A端的雷射二極體(3)的相對距離發生改變。
2.根據權利要求1所述的光電式直線位移傳感器，其特徵是:雷射二極體(3)在標準脈衝的控制下由A端向B端產生一個傳播距離固定為d大小的雷射脈衝束。
3.根據權利要求1所述的光電式直線位移傳感器，其特徵是:雪崩光電二極體(6)在雷射脈衝束的固定傳播軌跡(5)中移動。
4.根據權利要求1所述的光電式直線位移傳感器，其特徵是:雪崩光電二極體(6)在雷射脈衝束的固定傳播軌跡(5)中將光信號轉為電信號。
5.根據權利要求1所述的光電式直線位移傳感器，其特徵是:雪崩光電二極體(6)的受光窗口與雷射脈衝束接觸時間的長短與其處在雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)中的位置保持線性變化。
6.根據權利要求1所述的光電式直線位移傳感器，其特徵是:輸出脈衝電壓的脈寬t大小與雪崩光電二極體(6)在雷射脈衝束固定傳播軌跡(5)中的位置保持線性變化。
【文檔編號】G01B11/02GK204228115SQ201420582715
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】王明 申請人:王明