光學位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種光學位移傳感器，屬于機械【技術領域】。它解決了現有的位移傳感器測量誤差高且不方便校正的問題。本光學位移傳感器，所述位移探測器的數量為兩個：探測器一和探測器二，所述物鏡一、分光棱鏡一、分光棱鏡二、成像鏡一和探測器一在殼體內由右至左設置，所述激光器位于分光棱鏡一上部且在兩者之間具有固連在殼體內的偏振片，所述殼體內還具有參考面，上述的物鏡二固連在殼體內且物鏡二位于參考面與分光棱鏡一之間，所述分光棱鏡一與物鏡一之間以及分光棱鏡一與物鏡二之間均具有四分之一波片,所述探測器二位于分光棱鏡二上部，上述成像鏡二位于探測器二與分光棱鏡二之間。本光學位移傳感器測量誤差小且誤差便于校正。
【專利說明】光學位移傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傳感器，特別是一種光學位移傳感器。
【背景技術】
[0002]基于激光聚焦偏移的光學位移傳感器具有靈敏度高、穩定性好、機構簡潔、動態范圍大等優勢。
[0003]但由于傳感器本身的機械結構、光學機構在外界環境溫度變化的情況下容易受溫度的變化產生偏移，使傳感器的測量產生誤差。
[0004]中國專利CN1957230提供了一種“位移傳感器信號的誤差校正方法”，它用于對電感式位移或角度傳感器的傳感器信號中由于電磁干擾而產生的誤差進行校正的方法和裝置。在通過已知方式激活至少一個會產生電磁干擾的元器件，并由此使電感式位移或角度傳感器的傳感器信號產生已知的誤差時，對測得的傳感器信號進行該誤差的校正。
[0005]但是，上述的位移傳感器主要是對已知誤差與測量誤差之間的比較，然后對其進行校正。但是，上述誤差校正中已知誤差不好確認，導致其誤差校正難度較大。并且，上述專利的誤差校正作業也顯得不甚繁瑣。
[0006]現有的其它位于傳感器也都存在著類似的問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供一種能方便消除測量誤差的光學位移傳感器。
[0008]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種光學位移傳感器，包括殼體、激光器、分光棱鏡、物鏡、成像鏡和位移探測器，其特征在于，所述物鏡的數量為兩個:物鏡一和物鏡二，所述分光棱鏡的數量為兩個:分光棱鏡一和分光棱鏡二，所述成像鏡的數量為兩個:成像鏡一和成像鏡二，所述位移探測器的數量為兩個:探測器一和探測器二，所述物鏡一、分光棱鏡一、分光棱鏡二、成像鏡一和探測器一在殼體內由右至左設置，所述激光器位于分光棱鏡一上部且在兩者之間具有固連在殼體內的偏振片，所述殼體內還具有參考面，上述的物鏡二固連在殼體內且物鏡二位于參考面與分光棱鏡一之間，所述分光棱鏡一與物鏡一之間以及分光棱鏡一與物鏡二之間均具有四分之一波片，所述探測器二位于分光棱鏡二上部，上述成像鏡二位于探測器二與分光棱鏡二之間。
[0009]激光器發射的激光光束經偏振片進入分光棱鏡一，在分光棱鏡一的作用下將光束分成兩個偏振光部:s偏振光部分和P偏振光部分。s偏振光部分進入物鏡一處，P偏振光部分進入物鏡二處。
[0010]由物鏡一處透過的s偏振光部分進入被測表面，s偏振光部分經被測表面反射后進入分光棱鏡二。在分光棱鏡二的作用下s偏振光部分進入成像鏡二，在成像鏡二的作用下光束在探測器二處形成光斑。
[0011]由物鏡二處透過的P偏振光部分進入參考面，P偏振光部分經參考面反射后進入分光棱鏡二。在分光棱鏡二的作用下P偏振光部分進入成像鏡一，在成像鏡一的作用下光束在探測器一處形成光斑。
[0012]將由參考反射面和被測平面反射的光束經偏振分光棱鏡一及偏振分光棱鏡二組成的共光路后分別進入成像鏡一和成像鏡二。以對參考反射面的位移測量作為參考，對被測平面的位移進行修正，抑制共光路中噪音及激光器光強和指向穩定性變化引起的誤差。
[0013]四分之一波片是位于分光棱鏡一的兩個出射面處，偏振光經過四分之一波片后，成為圓偏振光。圓偏振光經被測平面或者參考面反射后，再次進入四分之一波片，由四分之一波片出射的光重新轉變為線偏振光。
[0014]在上述的光學位移傳感器中,所述分光棱鏡一與分光棱鏡二之間的殼體內固連有濾光片。
[0015]通過濾光片將過濾掉雜散光，保證分光棱鏡二能穩定地將兩個偏振光部分分別入射至成像鏡二和成像鏡一處。
[0016]在上述的光學位移傳感器中，所述偏振片與殼體之間具有當偏振片擺動后能將其定位的定位機構。
[0017]根據實際的測量需要，對偏振片調節后通過定位機構能將偏振片牢牢的定位住。
[0018]在上述的光學位移傳感器中，所述的殼體內固連有連接架，上述參考面和物鏡一均固連在連接架上，所述連接架的材料為鋯鎢酸鹽(ZrW208)。
[0019]該材料的連接架熱膨脹系數較小，減少了測量誤差。
[0020]在上述的光學位移傳感器中，所述的殼體內固連有連接架，上述參考面和物鏡一均固連在連接架上，所述連接架的材料為石英。
[0021 ] 同樣的，該材料的連接架熱膨脹系數比較小，它也減少了測量誤差。
[0022]在上述的光學位移傳感器中，所述的偏振片固連在調節板上，上述的定位機構位于調節板與殼體內側之間。
[0023]偏振片是普通的光學器件，偏振片對入射的偏振光具有遮蔽和透過的功能，可使縱向光或橫向光一種透過，一種遮蔽。
[0024]通過偏振片使進入分光棱鏡一處的光束為線偏振光。
[0025]在上述的光學位移傳感器中，所述的定位機構包括轉軸、彈性件、定位件和定位條，所述的定位條固連在殼體內，所述調節板上具有凹入的定位孔，上述的彈性件和定位件均位于定位孔處且在彈性件的彈力作用下定位件部分伸出定位孔，所述的定位條呈弧形且在定位條上具有以轉軸為圓心弧形分布的若干定位凹口，所述的定位件能嵌入上述任意一個定位凹口處。
[0026]施加外力推動調節板，克服彈性件的彈力后定位件縮入定位孔。當然，此時定位件由定位凹口處脫出。
[0027]停止施加外力后，在彈性件的彈力作用下定位件重新嵌入定位凹口處，從而將調節板定位。
[0028]在上述的光學位移傳感器中，所述的定位條為塑料材料，所述定位條通過膠水粘結在上述的殼體內側。
[0029]傳感器的殼體也為塑料材料，材料相同的殼體、定位條通過膠水能牢固的連接在一起。[0030]當然，如果傳感器的殼體為金屬材料時，定位條也采用金屬材料。然后，兩者通過焊接或者膠水粘結相固連。
[0031]在上述的光學位移傳感器中，所述的彈性件為螺旋彈簧，且彈性件的兩端分別作用在定位孔底部和定位件上。
[0032]在上述的光學位移傳感器中，所述定位件為圓珠，所述定位孔端口處具有呈環形凸出的擋沿，所述擋沿處形成的孔徑略小于圓珠直徑。
[0033]在擋沿的阻擋作用下圓珠位于定位孔內，而無法由定位孔內脫落。當然，在彈性件的彈力作用下圓珠是部分伸出定位孔的。
[0034]在上述的光學位移傳感器中，所述的定位機構包括轉軸、棘輪、彈簧和棘爪，所述的轉軸固連在調節板上，所述的棘輪固連在轉軸上，所述的棘爪鉸接在殼體內，上述的彈簧位于棘爪與殼體之間且在彈簧的彈力作用下棘爪嵌于上述的棘輪上。
[0035]在彈簧的彈力作用下棘爪始終具有嵌入棘輪的趨勢。由于棘輪是固連在轉軸上的，而轉軸又是固連在調節板上的。因此，該狀態時調節板是不能夠繞轉軸轉動的。一旦施加外力克服彈簧的彈力后，棘爪由棘輪的齒背上滑過，從而能使調節板繞轉軸轉動。
[0036]調節板位置調整到位后，停止施加外力，在彈簧的彈力作用下棘爪限制棘輪轉動，重新將調節板定位，固連在調節板上的偏振片也隨著一同被定位。
[0037]在上述的光學位移傳感器中，所述的位移探測器為光電位移探測器。
[0038]光電位移探測器在軍事和國民經濟的各個領域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測。
[0039]與現有技術相比，本光學位移傳感器產生較大測量誤差時，以參考面反射的位移量作為參考，對被測平面的位移進行修正，從而抑制共光路中噪音以及激光器強度和指向穩定性變化弓丨起的誤差。誤差修正過程中以參考面的位移量座位參考，其修正精度比較高且誤差修正簡便。
[0040]同時，偏振片由于能旋轉。因此，針對具有不同反射率的被測物，可通過調整偏振片的角度，使得從參考面和被測面反射回來的光強基本一致，提供測量的精準度。
[0041]另外，偏振片位置調整好以后，只需要停止施加推動調節板的外力即可，因此，其調節簡便，具有很高的實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1是本光學位移傳感器的原理圖。
[0043]圖2是實施例一中光學位移傳感器的定位機構的剖視結構示意圖。
[0044]圖3是圖2中定位件處的局部放大結構示意圖。
[0045]圖4是圖2中定位條的俯視結構示意圖。
[0046]圖5是實施例二中光學位移傳感器的定位機構的剖視結構示意圖。
[0047]圖6是圖5中棘輪、棘爪處的結構示意圖。
[0048]圖中，1、殼體；2、激光器；3、分光棱鏡一 ；4、分光棱鏡二 ；5、物鏡一 ；6、物鏡二 ；7、成像鏡一 ；8、成像鏡二 ；9、探測器一 ；10、探測器二 ；11、被測平面；12、參考面；13、四分之一波片；14、濾光片；15、調節板；15a、定位孔；15al、擋沿；16、轉軸；17、彈性件；18、定位件；19、定位條；19a、定位凹口 ；20、偏振片；21、棘輪；22、棘爪；23、彈簧。【具體實施方式】
[0049]實施例一
[0050]如圖1所75,本光學位移傳感器包括殼體1、激光器2、分光棱鏡一 3、分光棱鏡二
4、物鏡一 5、物鏡二 6、成像鏡一 7、成像鏡二 8、探測器一 9和探測器二 10。本實施例中，探測器一 9和探測器二 10均為光電位移探測器。
[0051]物鏡一 5、分光棱鏡一 3、分光棱鏡二 4、成像鏡一 5和探測器一 9在殼體I內由右至左設置。激光器2位于分光棱鏡一 3上部,激光器2與分光棱鏡一 3之間具有偏振片20,偏振片20連接在殼體I內。
[0052]殼體I內還具有參考面12，物鏡二 6固連在殼體I內且物鏡二 6位于參考面12與分光棱鏡一 3之間。本實施例中，殼體I內固連有連接架，參考面12和物鏡一 5均固連在連接架上，連接架的材料為鋯鎢酸鹽(ZrW208)，根據實際情況，連接架采用石英材料也是可行的。
[0053]分光棱鏡一 3與物鏡一 5之間具有四分之一波片13,分光棱鏡一 3與物鏡二 6之間均具有另外一個四分之一波片13。探測器二 10位于分光棱鏡二 4上部，成像鏡二 8位于探測器二 10與分光棱鏡二 4之間。
[0054]分光棱鏡一 3與分光棱鏡二 4之間的殼體I內固連有濾光片14。
[0055]如圖2和圖3和圖4所示，偏振片20固連在調節板15上，調節板15與殼體I之間具有當調節板15擺動后能將其定位在殼體I內的定位機構。
[0056]定位機構包括轉軸16、彈性件17、定位件18和定位條19,定位條19固連在殼體I內，調節板15上具有凹入的定位孔15a，彈性件17和定位件18均位于定位孔15a處，在彈性件17的彈力作用下定位件18部分伸出定位孔15a。定位條19呈弧形且在定位條19上具有以轉軸16為圓心弧形分布的若干定位凹口 19a,定位件18能嵌入任意一個定位凹口19a處。本實施例中，彈性件17為螺旋彈簧，當然，根據實際需要也可以采用其它能頂壓定位件18的普通彈簧。
[0057]定位條19為塑料材料，殼體I也為塑料材料，定位條19通過膠水粘結在殼體I內側。
[0058]彈性件17的兩端分別作用在定位孔15a底部和定位件18上。本實施例中，定位件18為圓珠，定位孔15a端口處具有呈環形凸出的擋沿15al，擋沿15al處形成的孔徑略小
于圓珠直徑。
[0059]本傳感器在激光聚焦偏移位移傳感器的光路中加入一個線偏振分光棱鏡，在激光器和分光棱鏡之間加入一個偏振片20,可連續條件出射激光束的線偏振方向。并在該分光棱鏡的兩個出射端分別放在兩個四分之一波長的波片，四分之一波片光軸方向的放置使得透過兩個四分之一波片的光為圓偏振的。
[0060]使得兩束光中的一束入射到參考反射面,另一束入射到被測平面。由參考反射面和被測平面反射回的兩束光將分別進入兩個光電位移探測系統。
[0061]物鏡一 5和物鏡二 6是兩個光學性能完全相同或非常接近的物鏡，兩個物鏡的主光軸與偏振分光棱鏡的主光軸完全一致或相距相同的距離。
[0062]將由參考面12和被測平面11反射的光束經分光棱鏡一 3及分光棱鏡二 4組成的共光路后分別進入成像鏡一 7和成像鏡二 8。以對參考面12的位移測量作為參考，對被測平面11的位移進行修正，抑制共光路中噪音及激光器光強和指向穩定性變化引起的誤差。
[0063]具體而言，激光器2發射的激光光束經偏振片20進入分光棱鏡一 3,在分光棱鏡一3的作用下將光束分成兩個偏振光部:s偏振光部分和P偏振光部分。s偏振光部分經分光棱鏡一 3進入物鏡一 5處，P偏振光部分經分光棱鏡一 3進入物鏡二 6處。
[0064]由物鏡一 5處透過的s偏振光部分進入被測表面11，s偏振光部分經被測表面11反射后進入分光棱鏡二 4。在分光棱鏡二 4的作用下s偏振光部分進入成像鏡二 8，在成像鏡二 8的作用下光束在探測器二 10處形成光斑。
[0065]由物鏡二 6處透過的P偏振光部分進入參考面12，P偏振光部分經參考面12反射后進入分光棱鏡二 4。在分光棱鏡二 4的作用下P偏振光部分進入成像鏡一 7,在成像鏡一7的作用下光束在探測器一 9處形成光斑。
[0066]將由參考面12和被測平面11反射的光束經偏振分光棱鏡一 3及偏振分光棱鏡二4組成的共光路后分別進入成像鏡一 7和成像鏡二 8。以對參考面12的位移測量作為參考，對被測平面11的位移進行修正，抑制共光路中噪音及激光器光強和指向穩定性變化引起的誤差。
[0067]上述的共管路指的是分光棱鏡二 4與分光棱鏡一 3之間的光路部分。
[0068]實施例二
[0069]本實施例同實施例一的機構及原理基本相同，不一樣的地方在于定位機構包括轉軸16、棘輪21、彈簧23和棘爪22。轉軸16固連在調節板15上，棘輪21固連在轉軸16上。棘爪22鉸接在殼體I內，彈簧23位于棘爪22與殼體I之間且在彈簧23的彈力作用下棘爪22嵌于上述的棘輪21上，見圖5和圖6所示。
[0070]在彈簧23的彈力作用下棘爪22始終具有嵌入棘輪21的趨勢。由于棘輪21是固連在轉軸16上的，而轉軸16又是固連在調節板上的。因此，該狀態時調節板15是不能夠繞轉軸16轉動的。一旦施加外力克服彈簧23的彈力后，棘爪22由棘輪21的齒背上滑過，從而能使調節板15繞轉軸16轉動。
[0071]調節板15位置調整到位后，停止施加外力，在彈簧23的彈力作用下棘爪22限制棘輪21轉動，重新將調節板15定位，固連在調節板15上的偏振片20也隨著一同被定位。
【權利要求】
1.一種光學位移傳感器，包括殼體(1)、激光器(2)、分光棱鏡、物鏡、成像鏡和位移探測器，其特征在于，所述物鏡的數量為兩個:物鏡一(5)和物鏡二 (6)，所述分光棱鏡的數量為兩個:分光棱鏡一(3)和分光棱鏡二(4),所述成像鏡的數量為兩個:成像鏡一(7)和成像鏡二(8)，所述位移探測器的數量為兩個:探測器一(9)和探測器二(10)，所述物鏡一(5)、分光棱鏡一(3)、分光棱鏡二(4)、成像鏡一(7)和探測器一(9)在殼體(1)內由右至左設置，所述激光器(2)位于分光棱鏡一(3)上部且在兩者之間具有固連在殼體(1)內的偏振片(20)，所述殼體⑴內還具有參考面(12)，上述的物鏡二(6)固連在殼體⑴內且物鏡二(6)位于參考面(12)與分光棱鏡一(3)之間,所述分光棱鏡一(3)與物鏡一(5)之間以及分光棱鏡一(3)與物鏡二(6)之間均具有四分之一波片(13)，所述探測器二(10)位于分光棱鏡二(4)上部,上述成像鏡二(8)位于探測器二(10)與分光棱鏡二(4)之間。
2.根據權利要求1所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述分光棱鏡一(3)與分光棱鏡二(4)之間的殼體(1)內固連有濾光片(14)。
3.根據權利要求2所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述偏振片(20)與殼體(1)之間具有當偏振片(20)擺動后能將其定位的定位機構。
4.根據權利要求1所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述的殼體(1)內固連有連接架，上述參考面(12)和物鏡一(5)均固連在連接架上，所述連接架的材料為鋯鎢酸鹽(Zrff208)。
5.根據權利要求3所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述的偏振片(20)固連在調節板(15)上，上述的定位機構位于調節板(15)與殼體(1)內側之間。
6.根據權利要求5所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述的定位機構包括轉軸(16)、彈性件(17)、定位件(18)和定位條(19)，所述的定位條(19)固連在殼體⑴內，所述調節板(15)上具有凹入的定位孔(15a)，上述的彈性件(17)和定位件(18)均位于定位孔(15a)處且在彈性件(17)的彈力作用下定位件(18)部分伸出定位孔(15a)，所述的定位條(19)呈弧形且在定位條(19)上具有以轉軸(16)為圓心弧形分布的若干定位凹口(19a)，所述的定位件(18)能嵌入上述任意一個定位凹口(19a)處。
7.根據權利要求6所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述的定位條(19)為塑料材料，所述定位條(19)通過膠水粘結在上述的殼體(1)內側。
8.根據權利要求6所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述的彈性件(17)為螺旋彈簧，且彈性件(17)的兩端分別作用在定位孔(18)底部和定位件(19)上。
9.根據權利要求6所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述定位件(19)為圓珠，所述定位孔(18)端口處具有呈環形凸出的擋沿(15al)，所述擋沿(15al)處形成的孔徑略小于圓珠直徑。
10.根據權利要求5所述的光學位移傳感器，其特征在于，所述的定位機構包括轉軸(16)、棘輪(21)、彈簧(23)和棘爪(22)，所述的轉軸(16)固連在調節板(15)上，所述的棘輪(21)固連在轉軸(16)上，所述的棘爪(22)鉸接在殼體(1)內，上述的彈簧(23)位于棘爪(22)與殼體(1)之間且在彈簧(23)的彈力作用下棘爪(22)嵌于上述的棘輪(21)上。
【文檔編號】G01B11/02GK103983199SQ201410232853
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】陸惠宗 申請人:海寧科海光電科技有限公司