位移檢測的製作方法

2023-05-19 10:41:16 2

專利名稱:位移檢測的製作方法
本發明涉及物體的位移檢測。諸如位置，速度，加速度，壓力和溫度之類的參數都能變換成一位移，且通過檢測該位移而確定之。
公知的位移測量系統中，一種如稜鏡或光柵的光譜分裂裝置把光束分成其波長的分量。光譜分裂裝置的位移是通過檢測某一給定的檢測點上接收到的波長而測定的。
本發明為這類位移測量系統提供了一項改進措施。
因此，所提供的用於確定物體位移的裝置包括一個沿著通向一檢測器的光程傳播多色光用的光源;處於相對於該檢測器的預定固定位置的輻射調製裝置;用於調整多色光的光程以改變到達檢測器的光線的分布光譜含量的裝置，這種光程調整裝置應能響應物體的位移;以及分析裝置;該檢測器至少包括第一和第二光響應元件，第一元件對于波長的響應度是不同於第二元件對于波長的響應度的，來自諸光響應元件的信號被饋送到分析裝置，分析裝置根據來自光響應元件的信號計算出如色品(CIE)圖上兩個或兩個以上參數表示的到達檢測器的光的顏色，分析裝置適合於利用物體的位移解釋到達檢測器的光的顏色。
至少需要兩個光響應元件，而第一元件對于波長的響應度不同於第二元件對于波長的響應度。在一種便利的裝置中，採用了各自具有其本身的波長響應度特性的兩個不同的光響應元件。另一種方法是，光響應元件的一個或兩個包括一個傳遞色響應特性的有色濾光片，因而需要時容許採用兩個相同的光響應元件。第一和第二光響應元件對于波長的響應度最好使得它們各自的波長/光強曲線與至少一部分的波長光譜相重疊。
因此，與僅僅檢測所選一種或一種以上的波長(波長調製)的變化不同，彩色的變化是通過評估光譜(彩色調製)所選部分的整體變化而確定的。這樣，從彩色A(由波長/光強曲線A表示)到彩色B(由波長/光強曲線B表示)的變化就能根據這兩條曲線之間的面積計算得到，從而給出有關「真」色的完善分析。波長調製的局限性在於它只是根據以一種或一種以上所選波長的兩條曲線之間的距離的一種計算。
名詞『多色光』在本文中是指任何多種波長的輻射，具體地是指既含有可見光，又含有紅外線的輻射。而本文中為方便理解所用的名詞『顏色』，決不是指只可以採用可見光。在裝置採用可見光譜外的輻射的情況下，名詞『顏色』就表示該輻射的光譜分布。
最好是配置一個適合於將多色光聚焦到輻射調製裝置上的聚焦元件。光程調整裝置便於包括響應物體的位移而移動聚焦元件用的裝置。聚焦元件的移動改變了通過輻射調製裝置的光束的比例，從而改變了到達檢測器的光束的顏色。
另外換個方法，配置一個反射面，使其定位成能反射聚焦在輻射調製裝置上的多色光，光程調整裝置包括用以移動聚焦元件和反射面中之一或者兩個都移動，以便改變聚焦元件和反射面之間距離的裝置。聚焦元件和反射面之間距離的變化又會改變通過輻射調製裝置的光束的比例。反射面最好可響應物體的位移而相對於聚焦元件移動。可能的話，由其位移待定的物體提供反射面，一般以壓力傳感器中的反射膜片的形式出現。
在一種適當的布置中，輻射調製裝置整體地形成在聚焦元件內。聚焦元件方便地呈球形狀，或者為圓柱形，最好用透光玻璃製成。
輻射調製裝置最好包括一個不同程度上衰減被傳播波長的光強的濾光片。該濾光片適當地包括一個其顏色吸收特性沿其長度變化的細長元件。在一種適當的布置中，濾光片包括一個具有一有色部分和一透明部分的細長元件，其中所述有色部分和透明部分之間的轉變出現於一界限分明的邊緣處。這一邊緣適當地相對於細長元件的縱向軸線斜向地延伸。在輻射調製裝置整體地形成於聚焦元件內的情況下，輻射調製裝置適當地包括一有色中心部分，其形狀是球形還是圓柱形狀則取決於聚焦元件的形狀。
本發明還屬於一種採用如本文所述的裝置而確定一物體位移的方法。尤其是一種檢測一物體位移的方法，該方法包括以下幾個步驟沿通向一檢測器的光程傳播多色光;將輻射調製裝置支承在相對於檢測器的預定固定位置上;響應物體的位移而調整多色光的光程，以便改變到達檢測器的光的分布光譜含量;用至少第一和第二光響應元件檢測到達檢測器的光，第一元件對于波長的響應度是與第二元件對于波長的響應度不同的;根據光響應元件的信號計算出如色品(CIE)圖上兩個或兩個以上參數表示的到達檢測器的光的顏色;以及利用物體的位移解釋到達檢測器的光的顏色。
圖1 是根據本發明的裝置的示意圖;
圖2 至圖4是根據本發明的裝置的另一些實施例的示意圖;
圖5 是用於圖1至圖3的裝置中的調製元件實施例的示意圖;以及圖6 是根據本發明的裝置的一個切實可行的實施例剖視圖。
參照圖1和圖2，位移傳感裝置包括光源1，與光源1毗鄰的是將光從光源1傳輸到其內配置有透明球4和色調製器5的間隙3的光纖2。通過間隙3的光藉助另一條光纖6傳輸到概括地示於7處的一個檢測器。
球體4被裝成使得能響應待測位移，沿如圖1所示的縱向，或沿如圖2所示的橫向而移動。色調製器5包括一濾光元件，該濾光元件含有一無色部分8和一有色部分9，二者之間有明顯的分界。檢測器7包括兩個光響應元件10和11，它們對于波長的響應度互不相同。來自元件10和11的信號經過線路12和13分別饋送到微處理機14。該微處理機的輸出信號經過線路16傳送到顯示器15，激發該顯示器。
當球體4由於位移的結果而移動時，它對於從光纖2射出的光的聚焦作用受到改變，從而使不同比例的光穿過色調製器5的有色部分9。這引起到達檢測器7的光的顏色發生變化。照射到光響應元件10和11上的光產生兩個不同的輸出信號，這些信號由微處理14進行分析。微處理機14根據來自光響應元件10和11的信號，計算出用色品(CIE)圖上的兩個參數表示的光的顏色。將這些參數與貯存在微處理機的只讀存儲器內的檢查表上的參數作比較，而得到位移的對應值。然後利用顯示器15顯示位移，顯示器15一般地是一個LED顯示器。
圖3表示裝置的一種型式，其中從光纖2射出的光穿過球體4，並被反射膜片17所反射。反射光線在穿過色調製器5及到達如前文所述的檢測器7前返回穿過球體4。在這種裝置中，不是球體4而是膜片17響應於待測的位移而移動，膜片的縱向移動如圖3所示。這使返回穿過球體的光程發生變化，因而改變了穿過色調製器5的有色部分9的光的比例。到達檢測器的光的顏色經過如前述的分析，給出膜片位移的讀數。
圖4表示圖3裝置的一種型式，其中球體和色調製器被合併成單個部件。球體4包括一透明的外部18和一有色的中心部分19。如前文所述，膜片17的移動改變了光線穿過球體的光程，因而改變了光線穿過有色中心部分19的比例。這就在需要指示膜片位移的檢測器7上產生了顏色的變化。
圖5表示另一種色調製器20，色調製器20可以用以代替圖1至圖3的位移檢測裝置中的色調製器5。色調製器20包括如前文所述的一無色部分8和一有色部分9，但調製器20的兩部分之間以斜角分界。這種調製器與調製器5相比，提供了沿其長度的較為平緩的顏色變化。
圖6表示例如常用於工業傳感器中的一種微型傳感頭。光纖2和6安置在外殼26內，並與較粗的光纖21和22相連接，光纖21和22包在概括地以23表示的樹脂包皮內。色調製器5呈玻璃濾光片的形狀，球體4藉助支承機構24，25而配置。與外殼26可拆開地相連接的罩27含有膜片17。這種布置適合於用作壓力傳感器。
權利要求
1.用來確定一物體位移的裝置，它有一個沿通向一檢測器(7)的光程傳播多色光用的光源(1)；該裝置的特徵在於它包括處在相對於該檢測器(7)的預定固定位置上的輻射調製裝置(5；19；20)；用以調整多色光的光程，以便改變到達檢測器(7)的光的分布光譜含量的裝置，該光程調整裝置是響應於該物體的位移的，以及分析裝置(14)；該檢測器至少包括第一和第二光響應元件(10，11)，該第一元件(10)對于波長的響應度是與該第二元件(11)對于波長的響應度不相同的，來自所述光響應元件(10，11)的信號被饋送到該分析裝置(14)，該分析裝置(14)根據來自所述光響應元件(10，11)的所述信號計算出如色品(IE)圖上兩個或兩個以上參數表示的入射到該檢測器(7)上的輻射的顏色，該分析裝置(14)適合於利用該物體的位移解釋到達該檢測器(7)的該輻射的顏色。
2.根據權利要求
1的裝置，其特徵在於它配有一個適合於將多色光聚焦在該輻射調製裝置(5;19;20)上的聚焦元件(4)。
3.根據權利要求
2的裝置，其特徵在於該光程調整裝置包括響應該物體的位移而移動該聚焦元件(4)用的裝置。
4.根據權利要求
2的裝置，其特徵在於將所提供的一個反射面(17)定位成將經過聚焦的多色光反射在該輻射調製裝置(5;19;20)上，該光程調整裝置包括用以移動該聚焦元件(4)和該反射面(17)中的一個或兩個都移動，以便改變二者之間距離的裝置。
5.根據權利要求
4的裝置，其特徵在於該反射面(17)能響應該物體的位移而相對於該聚焦元件(4)移動。
6.根據權利要求
5的裝置，其特徵在於該反射面(17)是由其位移待定的該物體提供的。
7.根據權利要求
4至6的裝置，其特徵在於該輻射調製裝置(19)是整體地形成於該聚焦元件(14)內的。
8.根據權利要求
1至7中任何一項的裝置，其特徵在於該輻射調製裝置(5;20)包括一個不同程度上衰減若干被傳輸波長的光強的濾光片。
9.根據權利要求
8的裝置，其特徵在於該濾光片(5;20)包括一個其顏色吸收特性沿其長度改變的細長元件。
10.根據權利要求
9的裝置，其特徵在於該濾光片(5;20)包括一個具有一有色部分(9)和一透明部分(8)，且所述有色與透明部分之間的轉變發生於一界限分明的邊緣處的細長元件。
11.根據權利要求
10的裝置，其特徵在於該界限分明的邊緣相對於該細長元件(20)的縱向軸線斜向地延伸。
12.一種包括沿通向一檢測器(7)的光程傳播多色光的檢測一物體位移的方法，其特徵在於以下的諸步驟將輻射調製裝置(5;19;20)支承在相對於該檢測器(7)的預定固定位置上;調整多色光響應該物體位移的光程，以便改變到達該檢測器(7)的光的分布光譜含量;用至少第一和第二光響應元件(10，11)檢測到達該檢測器(7)的光，該第一元件(10)對于波長的響應度是與該第二元件(11)的響應度不相同的;根據來自該光響應元件(10，11)的信號，計算出如該色品(CIE)圖上兩個或兩個以上參數表示的入射到檢測器(7)上的輻射的顏色;以及利用該物體的位移解釋入射到該檢測器(7)上的輻射的顏色。
專利摘要
用來確定物體位移的裝置，它包括一個沿通向一檢測器(7)的光程傳播多色光用的光源(1)。相對於光源(1)的預定固定位置上配有例如濾光片(5)的輻射調製裝置，響應物體的位移而調整光程，以便改變到達檢測器(7)的光的分布光譜含量。檢測器包括對于波長具有不同響應度的第一和第二光響應元件(10，11)，而一個微處理機(14)接收來自光響應元件的信號。微處理機算出如色品(CIE)圖上的兩個或兩個以上參數表示的，檢測器(7)上的入射光線的顏色，並且利用物體的位移解釋檢測器7上的入射光線的顏色。
文檔編號G01N11/14GK87107180SQ87107180
公開日1988年5月4日 申請日期1987年9月30日
發明者菲利普·詹姆斯·亨德森 申請人:比克有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan