[发明专利]光电式角度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种角度传感器，更特别地说，是指一种光电式角度传感器。

背景技术

角度传感器是应用于仪表测量、工业自动化、航空航海等领域的一种重要传感器。在测控系统中，经常要使用角度传感器采集各种角度参数或对转动机构进行测速。各种精密机台的旋转测量与控制均需要高分辨率、高精度的角度测量。在飞行姿态仿真转台伺服控制系统中，精密角度测量更是获得高精度位置定位的技术关键。

角度传感器的测量原理多种多样，常用的有编码盘式、光栅式及电位器式等。电位器式角度传感器结构简单，但触点易磨损且输出特性为阶梯状，分辨率不高；编码盘式、光栅式等精度及分辨率较高、角度测量范围宽，但体积较大，后续测量电路比较复杂。

目前编码盘式角度传感器应用较为广泛，但其受到码盘刻线、轴的安装及电气响应等因素影响，难以达到秒级的分辨率，不能满足飞行姿态仿真转台伺服控制系统中对高精度角度测量的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电式角度传感器，该传感器采用线性CCD对分度盘进行角度细分，从而获得高分辨率的角度测量。

本发明是一种光电式角度传感器，包括有传感体和信号处理控制器两部分，所述传感体包括有壳体、上端盖、输出轴、光源、透镜、分度盘、狭缝组件、线性CCD；所述信号处理控制器包括有串行输出接口、模数转换器和处理器；输出轴从下至上顺次连接有D连杆、C连杆、B连杆、A连杆，线性CCD安装在D连杆的端部，狭缝组件安装在C连杆的端部，透镜安装在B连杆的端部，光源安装在A连杆的端部；分度盘通过中心孔连接在输出轴上，且位于透镜、狭缝组件之间。

本发明的信号处理控制器对线性CCD输出的模拟信号经模数转换器转换为不规则方波数字信号PWM后输出给处理器，所述不规则方波数字信号PWM在处理器中进行“刻槽角度转换计算”后输出角度值D给串行输出接口；同时处理器给线性CCD一个时序控制信号T，用于驱动线性CCD输出高电平信号。在处理器中进行的“刻槽角度转换计算”为：

(A)对所述不规则方波数字信号PWM的上升沿进行计数，获得第一计数值n；

(B)根据线性CCD(5)具有的像元数目，以及第一计数值n获得第二计数值K_N，所述第二计数值K_N即为分度盘(3)从开始转动至停止时所转过的刻槽数目，则有完整刻槽旋转角β为α×K_N，α表示相邻刻槽之间的圆心角；

(C)对所述的第一计数值n依据像元-角度联立式F解析得到当前刻槽旋转的角度

(D)依据(C)步骤获得的当前刻槽旋转的角度与(B)步骤获得的完整刻槽旋转角β采用旋转角度计算式求得旋转角φ，旋转角φ为光电式角度传感器输出的角度值D。

本发明光电式角度传感器的优点：(1)采用线性CCD 5对分度盘3进行角度细分从而获得高分辨率的角度测量；(2)线性CCD投影线5D与分度盘3上的CB边线重合，能够完整地细分相邻刻槽之间的圆心角α；(3)线性CCD 5的像元焦线5B与狭缝组件4的矩形透光槽4B的对角线4C平行，能够使得单个CCD像元5A输出一个高电平信号；(4)将光源1、透镜2、分度盘3、狭缝组件4、线性CCD 5同轴安装，可以保证同一时刻只有一个像元被输出光照射。

附图说明

图1是本发明角度传感器的等轴剖视图。

图2是本发明角度传感器的信号处理控制器的信号流程框图。

图3是本发明分度盘的结构图。

图4是本发明狭缝组件与线性CCD装配的简示图。

图5是本发明分度盘的另一结构图。

图中：        1.光源        1A.光源输出光    2.透镜        3.分度盘

3A.中心孔     3B.盘体       3C.第一刻槽      3D.第二刻槽   3N.第N刻槽

3b.向心刻槽   3a.斜刻槽     4.狭缝组件       4A.狭缝基体   4B.矩形透光槽

4C.对角线     5.线性CCD     5A.CCD像元       5B.像元焦线   5C.基板

5D.线性CCD投影线            6.模数转换器     7.处理器      8.串行输出接口

10.壳体       10A.上端盖    11.输出轴        12.A连杆      13.B连杆

14.C连杆      15.D连杆      16.A轴承         17.B轴承      18.凸台

具体实施方式