[发明专利]具有双反射镜的直接计数式变栅距单光栅光位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗电磁干扰的绝对式位移传感器领域，具体涉及一种直接计数式变栅距单光栅结构的光位移传感器。

背景技术

在上个世纪末，由美国等西方发达国家首先提出几种光传系统先进部件研究计划，一些大公司成为研究项目的承包商，分别开发了几种不同原理的光学位移传感器，有些在实验室得到验证，有些已经通过试飞实验。国内很多单位也开展了这方面的研究，其中直接计数式变栅距单光栅结构的光位移传感器已通过了原理样机的实验。这种原理的传感器也可以用在工业生产中电磁场较强的地段，代替现有的电磁式位移传感器，有很宽的应用前景。

但是在这个传感器的结构中，与传感器的连杆连接的反射镜在导轨上移动时有一定的角度误差，已经公开的文献([1]W.B.Spillman Jr，R.D.Laclair，R.E.Rudd，F.G.Hoff.Wavelength encoding long stroke fiber optic linear position sensor for actuatorcontrol applications.Fly-by-Light Technology Transfer Proceedings ofSPIE，1995，2467：187-194；[2]R.D.laclair，W.B.Spillman Jr，W.W.Kuhns.Longstroke optical fiber linear position sensor for the FLASH program.Fly-by-LightTechnology Transfer Proceedings ofSPIE，1996，2840：137-141)中没有提到这个问题解决，而只是将导轨精度努力的提高，这就增加了传感器的制作难度和成本。

原有传感器工作原理是：宽带光源1的光通过Y型光纤(两根光纤一端封装在一起，另一端各自分开)中一根光纤传到准直光学系统7，变为有一定大小的平行光，通过单反射镜入射到变栅距光栅1上，由于连接轴10的移动，使得光入射到变栅距光栅上不同的位置，每一个位置对应有一个波长的光自准直回到Y型光纤，通过另外一根光纤送到光纤光谱仪3中，得到自准直回来的光的波长，通过计算得到对应的位移。

栅距光栅上光栅周期d的大小与单反射镜位移x的关系：

d(x)＝f(x)    (1)

f(x)是x的一个多项式，由这个关系式可以由光栅的周期值计算出对应得位移x；

宽带光源通过变栅距光栅自准直回到光谱仪的光的波长与入射光照射到光栅上的位置上对应周期的关系式：

d(x)*2sinθ＝λ(x)    (2)

由光纤光谱仪3可以得到对应该位置的光谱波长λ(x)，通过(2)式可以得到该位置的变栅距光栅的周期，再通过(1)式求解出与单反射镜的位移，从而得到传感器通过连接轴10连接的被测物体位移。

现有装置存在的设计问题是：由于现在的单反射镜装在滑块8上，当导轨由于本身的精度问题有角度俯仰时，会造成(2)式中θ的变化，从而使得光谱引起变化，造成最终计算的位移x发生误差，而实际中位移保持不变。

具体分析如下：参见图2，单反射镜11装在滑块8上，当滑块在导轨9上移动时，由于导轨自身误差，会引起反射镜11绕Z轴有一个角度误差Δα，通过反射镜后，造成入射到光栅上的入射光线的角度误差为Δθ＝2Δα，由公式(2)可知，d(x)*2sin(θ+Δθ)＝λ(x)+Δλ，造成实际由光谱仪3得到的光谱的偏差Δλ，而实际的计算按(2)式计算，d(x)+Δd＝(λ(x)+Δλ)/(2sinθ)，解得的光栅的周期与实际的周期有偏差，再由(1)式计算得到对应的位移，发生位移误差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能将入射光角度保持恒定、解决导轨精度问题的具有双反射镜的直接计数式变栅距单光栅光位移传感器。

具体的结构改进方案如下：

具有双反射镜的直接计数式变栅距单光栅光位移传感器，包括传感器外壳、准直光学系统，准直光学系统一侧对应着滑块上的反射镜，滑块为L型，一外侧边与导轨配合，另一外侧边连接着连接轴，反射镜的下方对应着变栅距光栅；准直光学系统另一侧对应着Y型光纤，Y型光纤另一端分别连接着宽带光源、数字式光谱仪、数据采集处理控制系统；

所述反射镜为两块，分别设于L型滑块的内侧两边，两反射镜的夹角α范围为50～70°；

反射镜与变栅距光栅之间的入射角θ范围为10～50°。