一種光纖輸出的光電編碼器的製造方法

2023-10-17 18:25:14 8

一種光纖輸出的光電編碼器的製造方法
【專利摘要】一種光纖輸出的光電編碼器，包括光源、碼盤、支撐軸、狹縫盤、接收器、解碼器，碼盤與狹縫盤安裝在支撐軸上，還包括至少一根輸入光纖及至少一根輸出光纖，輸入光纖與光源相配合連接，輸出光纖與接收器相配合連接；光源發射出來的光信號經由一根輸入光纖傳至碼盤，碼盤將光信號調製後通過另一根或多根輸出光纖傳輸到接收器，解碼器對接收器接收的光信號解碼，得到碼盤的相對位置。該光電編碼器還包括一編碼器殼體，光源、輸入光纖、輸出光纖、接收器、解碼器置於編碼器殼體外部，碼盤、支撐軸、狹縫盤置於編碼器殼體內部。本發明的有益效果：解決光電編碼器在高壓、電氣、腐蝕、易燃易爆、防水要求高等特殊惡劣條件下使用受限制的問題。
【專利說明】一種光纖輸出的光電編碼器
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖傳感測量【技術領域】，具體涉及一種光纖輸出的光電編碼器。
【背景技術】
[0002]光電編碼器是一種角度(角速度)檢測裝置，將輸入軸的角度量，利用光電轉換原理轉換成相應的電脈衝或數字量，具有體積小，精度高，工作可靠，接口數位化等優點，廣泛應用於數控工具機、迴轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成，光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，由於光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極體等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈衝信號，通過計算單位時間光電編碼器輸出脈衝的個數就能反映當前電動機的轉速。
[0003]如圖1所示，現有光電編碼器由一套光源1、碼盤3、支撐軸4、狹縫盤5、接收器7、解碼器8組成，狹縫盤5通常也稱為檢測光柵，接收器7通常也成為光探測器。當被測信息源驅動被測支撐軸4旋轉時碼盤3對應讀數位置的代碼形式不斷變化，這樣由光源I照明，接收器7接收到光信息再由解碼器8解調出被測支撐軸4旋轉角位移信息。現有光電編碼器由於有源器件(包括光源1、接收器7、解碼器8等光電轉換單元)直接置於測試環境中，對器件的電絕緣性能和抗電磁幹擾能力要求高，在高壓、電磁感應、噪音、腐蝕惡劣環境和易燃環境下的測試受到限制。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是，針對現有光電編碼器存在上述電工作部件受環境影響的缺陷，提供一種光纖輸出的光電編碼器及其測量方法，消除該缺陷，解決編碼器在高壓、電氣、腐蝕、易燃易爆、防水要求高等特殊惡劣條件下使用受限制的問題。
[0005]本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是:
[0006]一種光纖輸出的光電編碼器，包括光源、碼盤、支撐軸、狹縫盤、接收器、解碼器，碼盤與狹縫盤安裝在支撐軸上，其特徵在於:還包括至少一根輸入光纖及至少一根輸出光纖，所述輸入光纖與光源相配合連接，輸出光纖與接收器相配合連接；所述光源發射出來的光信號經由一根輸入光纖傳至碼盤，碼盤將光信號調製後通過另一根或多根輸出光纖傳輸到接收器，所述解碼器對接收器接收的光信號解碼，得到碼盤的相對位置。
[0007]按上述方案，該光電編碼器還包括一編碼器殼體，所述光源、輸入光纖、輸出光纖、接收器、解碼器置於編碼器殼體外部，碼盤、支撐軸、狹縫盤置於編碼器殼體內部，輸入光纖的一端通過光纖連接器與編碼器殼體內部固定連接或活動連接，輸出光纖的一端通過光纖連接器與編碼器殼體內部固定連接或活動連接。
[0008]按上述方案，所述輸入光纖、輸出光纖採用石英光纖或多組分玻璃光纖或塑料光纖。
[0009]按上述方案，所述輸入光纖、輸出光纖可衍生為多根光纖或光纖帶、光纖束、多芯光纜。
[0010]按上述方案,所述輸入光纖與碼盤之間以及狹縫盤與輸出光纖之間均設有準直器。
[0011]按上述方案，所述狹縫盤與輸出光纖之間還設有聚焦透鏡或聚焦透鏡組。
[0012]按上述方案，所述輸入光纖與碼盤之間還設有準直裝置，所述狹縫盤與輸出光纖之間還設有聚焦裝置。
[0013]按上述方案，所述光源採用紅外發光二極體、雷射二極體、雷射器或滷素燈。
[0014]按上述方案，所述接收器選用矽光電三極體。
[0015]按上述方案，所述碼盤採用轉動型或平動型，所述狹縫盤的直徑、圈數與碼盤的直徑、圈數相同。
[0016]本發明的光電編碼器的測量原理:光源發射出來的光經由單根或多根輸入光纖傳至碼盤附近，碼盤輸出信號採用單根或多根輸出光纖接收，接收的光信號經由輸出光纖傳至接收器；所述解碼器對接收器接收的光信號解碼，得到碼盤的相對位置。根據需要，也可將輸入光纖、輸出光纖衍生為多根光纖或光纖帶、光纖束、多芯光纜。
[0017]本發明與現有技術相比具有的有益效果:
[0018]1、在現有技術的光路中增加了兩根或兩根以上的輸入光纖、輸出光纖，即在光源之後和接收器之前各增加了輸入光纖、輸出光纖，將光電編碼單元(碼盤、支撐軸、狹縫盤)和有源器件(光源、接收器、解碼器)分離，將整個光路中的有源器件置於被測環境之外，將光電編碼盤和光電轉換部分分離，並利用光纖來連接，利用光纖的低衰減、高帶寬的特性，實現光電編碼信號的遠距離、高速率、抗電磁幹擾輸出。
[0019]2、光纖本身是由電介質構成的，具有電絕緣性能好，安全可靠的優點，無需電源驅動，測量端無需供電，因此適宜於在易燃易爆的油、氣、化工生產中使用；可以增加輸入光纖、輸出光纖(光纜)的爬電距離，增強信號連接的絕緣性能，尤其適用於深水測量或者變電站、換流站、高壓開關站等需要對高壓設備端的轉動、角度、平動等信號進行監測等有絕緣性要求場所，監測信號需要通過絕緣的方式傳輸到低壓監控一側，可以用於風力發電轉速監控；
[0020]3、採用石英玻璃光纖作為傳輸光纖，由於製作光纖的材料一石英具有極高的化學穩定性好，耐腐蝕性強，因此光纖輸出的光電編碼器適宜於在較惡劣環境中使用，石英玻璃光纖作為傳輸光纖還具有傳輸損耗小和傳輸容量大的優點，可實現遠距離遙控監測和多點分布式測量，可用於強電磁環境及高壓、噪音、腐蝕惡劣環境和易燃易爆的油、氣、化工生產中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是現有光電編碼器的結構示意圖；
[0022]圖2是本發明光纖輸出的光電編碼器的結構示意圖；
[0023]圖3是本發明實施例1光纖輸出的光電編碼器的局部結構示意圖，與圖2相同的光源1、接收器7、解碼器8在圖3中被省略；
[0024]圖4是本發明實施例2光纖輸出的光電編碼器的局部結構示意圖，與圖2相同的光源1、接收器7、解碼器8在圖4中被省略；[0025]圖5是本發明實施例3光纖輸出的光電編碼器的局部結構不意圖，與圖2相同的光源1、接收器7、解碼器8在附圖3中被省略；
[0026]圖中，1-光源、2-輸入光纖、3-碼盤、4-支撐軸,5-狹縫盤,6_輸出光纖,7_接收器，8-解碼器，9-編碼器殼體，10-光纖連接器，11-準直器，13-聚焦透鏡，14-準直裝置，15-聚焦裝置。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例及附圖對本發明的技術方案做進一步的說明。
[0028]參照圖2所示，本發明所述的光纖輸出的光電編碼器，包括光源1、碼盤3、支撐軸4、狹縫盤5、接收器7、解碼器8，碼盤3與狹縫盤5安裝在支撐軸4上，其特徵在於:還包括至少一根輸入光纖2及至少一根輸出光纖6,所述輸入光纖2與光源I相配合連接，輸出光纖6與接收器7相配合連接；所述光源I發射出來的光信號經由一根輸入光纖2傳至碼盤3，碼盤3將光信號調製後通過另一根或多根輸出光纖6傳輸到接收器7，所述解碼器8對接收器7接收的光信號解碼，得到碼盤3的相對位置。
[0029]該光電編碼器還包括一編碼器殼體9,所述光源1、輸入光纖2、輸出光纖6、接收器
7、解碼器8置於編碼器殼體9外部，碼盤3、支撐軸4、狹縫盤5置於編碼器殼體9內部，輸入光纖2的一端通過光纖連接器10與編碼器殼體9內部固定連接或活動連接，輸出光纖6的一端通過光纖連接器10與編碼器殼體9內部固定連接或活動連接。
[0030]實施例1:用於油氣或腐蝕環境下的轉動參數的光纖輸出的光電編碼器。
[0031]參照圖3，實施例1與圖2結構上的區別在於增加了兩個準直器11，分別位於輸入光纖2與碼盤3之間，以及狹縫盤5與輸出光纖6之間。
[0032]光源I選用紅外發光二極體,接收器7選用娃光電三極體,輸入光纖2、輸出光纖6米用塑料光纖，輸入光纖2、輸出光纖6的傳輸部分長度為30m。碼盤3為轉動型,與狹縫盤5、支撐軸4置於編碼器殼體9內，碼盤3採用矩陣式圖案，碼盤3的基底材料為K9光學玻璃，直徑的大小根據碼盤3的位數來確定，狹縫盤5的直徑、圈數與碼盤3的直徑、圈數相同，實施例中狹縫盤5上刻有對應9位碼盤3的單狹縫(透光縫隙)，通過鍍鉻或光刻方法製備，碼盤3與狹縫盤5安裝在支撐軸4上。此實施例可用於油井有線測控或化學反應釜內部監測。
[0033]實施例2:用於測量高電壓環境下的轉動和角度參數的光纖輸出的光電編碼器。
[0034]參照圖4，實施例2與圖2結構上的區別在於增加了聚焦透鏡13或聚焦透鏡組，位於輸入光纖2與碼盤3之間。
[0035]光源I選用紅外發光二極體,接收器7選用娃光電三極體,輸入光纖2、輸出光纖6米用多組分玻璃光纖，輸入光纖2、輸出光纖6的傳輸部分長度為1000m。碼盤3為平動型，與狹縫盤5、支撐軸4置於編碼器殼體9內，碼盤3上刻有節距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期，狹縫盤5上刻有對應9位碼盤3的單狹縫(透光縫隙)，可阻攔光纖。當碼盤3隨著支撐軸4轉動時，狹縫盤5不動，經聚焦透鏡13或聚焦透鏡組聚集後的光線透過碼盤3和狹縫盤5照射到輸出光纖2上再傳輸到接收器7，接收器7輸出近似正弦波的電信號，經過解碼器8的處理，得到支撐軸4的轉角或速度信息。此實施例將高電壓環境下的測試量通過電隔離的方式傳到低電壓的監測端，可用於需要電隔離或不能通電的測試環境，例如用於風力發電轉速監控。
[0036]實施例3:用於測量深海環境下的轉動和角度參數的光纖輸出的光電編碼器。
[0037]參照圖5，實施例3與圖2結構上的區別在於在輸入光纖2與碼盤3之間還設有準直裝置14，所述狹縫盤5與輸出光纖6之間還設有聚焦裝置15。
[0038]光源I選用近紅外雷射器,接收器7選用娃光電三極體,輸入光纖2、輸出光纖6米用純娃芯抗彎曲石英光纖，輸入光纖2、輸出光纖6的傳輸部分長度為8000m。碼盤3為轉動型，與狹縫盤5、支撐軸4置於編碼器殼體9內，狹縫盤5上刻有對應9位碼盤3的單狹縫(透光縫隙)。
[0039]輸入光纖2、輸出光纖6通過光纖連接器10與編碼器殼體9內部固定連接,輸入光纖2、輸出光纖6也可以製成光纖束或者光纖陣列的形式。實施例中輸入光纖2、輸出光纖6被製成海底輕型保護光纜，中心為松套管結構，外裹金屬加強鋼絲、中密度聚乙烯護套、金屬帶和聚乙烯護層。輸入光纖2、輸出光纖6可以為重複單元，數量與編碼器精度有關。水下單元即編碼器殼體9的外殼可以承受12000PSI的壓力，足以承受8000m深處海水壓力。此實施例將深海環境下的測試量通過光傳輸的方式傳到海平面的監測端，可用於需要電隔離或不能通電的測試環境。現有傳感器帶電，需要密封隔離，成本高昂可靠性差，而本方案換用光纖作為傳輸介質後，可以採用敞開式的設計，對密封的要求不高，可靠性強，即使海水進入殼體9，編碼器也不會立即損壞，仍然能夠在較長時間內保持工作，而且成本比現有傳感器低廉。
[0040]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光纖輸出的光電編碼器，包括光源(I)、碼盤(3)、支撐軸(4)、狹縫盤(5、接收器(7)、解碼器(8)，碼盤(3)與狹縫盤(5)安裝在支撐軸(4)上，其特徵在於:還包括至少一根輸入光纖(2)及至少一根輸出光纖(6),所述輸入光纖(2)與光源(I)相配合連接,輸出光纖(6)與接收器(7)相配合連接；所述光源(I)發射出來的光信號經由一根輸入光纖(2)傳至碼盤(3)，碼盤(3)將光信號調製後通過另一根或多根輸出光纖(6)傳輸到接收器(7)，所述解碼器(8)對接收器(7)接收的光信號解碼，得到碼盤(3)的相對位置。
2.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:該光電編碼器還包括一編碼器殼體(9)，所述光源(I)、輸入光纖(2)、輸出光纖(6)、接收器(7)、解碼器(8)置於編碼器殼體(9)外部，碼盤(3)、支撐軸(4)、狹縫盤(5)置於編碼器殼體(9)內部，輸入光纖(2)的一端通過光纖連接器(10)與編碼器殼體(9)內部固定連接或活動連接，輸出光纖(6)的一端通過光纖連接器(10)與編碼器殼體(9)內部固定連接或活動連接。
3.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述輸入光纖(2)、輸出光纖(6)採用石英光纖或多組分玻璃光纖或塑料光纖。
4.如權利要求1或3所述的光纖輸出的光電編碼器,其特徵在於:所述輸入光纖(2)、輸出光纖(6)可衍生為多根光纖或光纖帶、光纖束、多芯光纜。
5.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述輸入光纖(2)與碼盤(3)之間以及狹縫盤(5)與輸出光纖(6)之間均設有準直器(11)。
6.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述狹縫盤(5)與輸出光纖(6)之間還設有聚焦透鏡(13)或聚焦透鏡組。
7.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述輸入光纖(2)與碼盤(3)之間還設有準直裝置(14)，所述狹縫盤5與輸出光纖(6)之間還設有聚焦裝置(15)。
8.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述光源(I)採用紅外發光二極體、雷射二極體、雷射器或齒素燈。
9.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述接收器(7)選用矽光電三極體。
10.如權利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特徵在於:所述碼盤(3)採用轉動型或平動型，所述狹縫盤(5)的直徑、圈數與碼盤(3)的直徑、圈數相同。
【文檔編號】G01D5/347GK103487077SQ201310418445
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】何珍寶, 陳波, 曹蓓蓓 申請人:長飛光纖光纜有限公司