[发明专利]一种测量位移的方法

说明书

技术领域

本发明属于几何量精密测量领域，具体涉及角位移和直线位移的测量位移的方法。

背景技术

近代科学和工业化的发展，使测量学科面临一个极其错综复杂的需求。人们对测量提出的新要求是高精度、大量程、数字化和实时性。特别是测量的数字化，它使位置测量达到新的水平：参数的数字化(量化)使得测量和计算技术得以结合，从这个意义上说，数字化是现代化的标志，数字化预示着自动化的到来。

几何量计量属于传统基础学科，50多年来，世界多国都在致力于发展位置数字测量技术，寻找最理想的测量元件和信息处理技术。到目前为止，在位移测量中，为了兼顾分辨率和量程，广泛采用的是光栅、感应同步器、磁栅和容栅等栅式传感器。虽然这些传感器各有特点，但基本都是依靠其运动过程中某些物理量有规律的周期性变化而形成沿空间均匀分布的“栅线”对空间进行细分，其测量的精度依赖于栅线数的多少。由于受加工工艺的限制，它们的栅线数难以进一步增加。

国内最新出现的时栅，通过时空坐标转换，在时间与空间之间建立一一对应的关系，尝试采用时间脉冲细分空间，取得了一定效果。既然能在时间与空间之间建立一一对应的关系，从而通过测量时间达到测量空间的目的，能不能找到其他的可以精密细分的物理量，再在这个物理量与空间位移之间建立一一对应的关系，从而达到对空间位移的测量，是当前位移传感器研究的一个重要方向。

传统的精密位移传感器都是外国人发明的。随着科学研究和工业技术的发展，高速高精度是本世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此需在现有技术基础上，进一步开发0.1μm以上精度60m/min以上的高速线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种测量位移的方法，该方法使对空间位移的测量转化为高分辨率A/D转换器对光电池输出的电信号数字量化细分的测量，测量方法简单，测量精度高。

本发明的技术解决方案如下：该测量方法根据光电池输出光电流的大小与受光照面积成正比的性质，在空间位移与光电池输出光电流的大小之间建立一一对应关系，使对空间位移的测量转化为对通过高精度高分辨率A/D转换器对输出的电信号进行数字量化细分的测量，得到位移测量值。

本发明的详细内容参照图1、图2所示：

(1)角位移测量的工作原理如图1所示，有一块半径为r的规则的半圆形平板光电池，其面积为S=12πr2,]]>将其完全置于一均匀的平行光光照区域内接受垂直照射时，其输出光电流大小为：

I=KS=K12πr2]]>(K为常数)  (1)

现有一平面区域，左侧为光照区域，右侧无光照，光照为均匀的平行光，光照区域与非光照区域之间的分界线是一界限分明的直线；将上述规则的半圆形平板光电池放置在此平面区域内，其圆心轴在光照区域与无光照区域的分界线上，并使光照区域的面积大小至少能完全覆盖它；当此半圆形光电池的直径边缘与光照区域分界线重合，而没有接受光照时，光电池不输出的光电流；当此半圆形平板光电池绕自己的圆心轴逆时针旋转一个角度θ时，其受光照的面积可表示为则此时输出光电流大小为：

由式(1)、(2)知，下式成立：