[发明专利]一种用于测量转轴角位移的光电传感器及其测量方法

权利要求书

1.一种用于测量转轴角位移的光电传感器，包括平行光照单元和检测单元，其特征是：所述检测单元包括沿圆周均匀开设有透光缝隙的圆形遮光挡板(8)、沿圆周均匀固定有线阵CCD的圆形固定板(6)、与各线阵CCD电连接的电路板(4)，圆形遮光挡板(8)与圆形固定板(6)平行，圆形遮光挡板(8)上开设的透光缝隙的数量与圆形固定板(6)上固定的线阵CCD的数量相等；所述圆形遮光挡板(8)连接在转轴(1)的一端，并与转轴(1)一同转动，所述圆形固定板(6)和电路板(4)穿过转轴(1)固定在外壳(7)上；圆形固定板(6)上沿圆周均匀布置有N个线阵CCD，且N为大于等于六的偶数，各线阵CCD的有效起始位置均设在圆形固定板的360°/N等分线上，形成CCD圆周阵列，在第一个线阵CCD的有效起始位置等分线上设置有一个与电路板电连接且用于记录转轴转过的透光缝隙数目的光敏二极管(24)；

转轴转动带动圆形遮光挡板上的透光缝隙转动，平行光照单元发出的平行光穿过透光缝隙形成独立的平行光束，电路板上的CCD驱动电路将各线阵CCD按照布置顺序依次错开1/N个CCD行扫描周期驱动，各线阵CCD依次输出其检测到的透光缝隙时刻，该透光缝隙时刻与对应的线阵CCD驱动起始时刻的时间差由插补的高频时钟脉冲个数表示，该插补的高频时钟脉冲个数结合光敏二极管的脉冲计数值，经角度转换后得到转轴的角位移值。

2.根据权利要求1所述的用于测量转轴角位移的光电传感器，其特征是：所述圆形遮光挡板(8)沿圆周均匀开设有间隔36°的十条透光缝隙，所述圆形固定板(6)上沿圆周均匀布置有十个线阵CCD，各线阵CCD的有效起始位置沿顺时针设在圆形固定板的36°等分线上，形成CCD圆周阵列。

3.根据权利要求1或2所述的用于测量转轴角位移的光电传感器，其特征是：所述平行光照单元包括激光平行光源(14)、与激光平行光源大小一致的小凸透镜(13)、大凸透镜(9)和光源壳体(10)，所述激光平行光源(14)连接在光源壳体(10)的一端并伸入光源壳体内，小凸透镜(13)和大凸透镜(9)平行连接在光源壳体(10)内，小凸透镜与大凸透镜具有共同的焦点，激光平行光源发出的平行光射入小凸透镜，经小凸透镜折射后会聚于焦点处，再从焦点处射入大凸透镜，经大凸透镜折射后形成平行光场。

4.采用权利要求1所述的用于测量转轴角位移的光电传感器对转轴角位移进行测量的方法，其特征是，包括：

步骤1：让平行光照单元发出的平行光穿过透光缝隙形成独立的平行光束，转轴转动带动圆形遮光挡板上的透光缝隙转动，光敏二极管记录转过的透光缝隙数目；

步骤2：从第一个线阵CCD开始，电路板上的CCD驱动电路周期性的按照各线阵CCD的布置顺序依次错开1/N个CCD行扫描周期驱动各线阵CCD依次工作；

步骤3：电路板上的CCD信号采集电路按照各线阵CCD的布置顺序依次采集各线阵CCD的驱动起始时刻和各线阵CCD检测到的透光缝隙时刻，如果某个线阵CCD上检测到有两个透光缝隙，则以先出现的透光缝隙对应的时刻为该线阵CCD的透光缝隙时刻；

步骤4：电路板上的信号处理模块按照各线阵CCD的布置顺序依次将线阵CCD检测到的透光缝隙时刻与该线阵CCD的驱动起始时刻的时间差用高频时钟脉冲插补，并记录光敏二极管的开关次数形成脉冲计数值，将插补的高频时钟脉冲个数和光敏二极管的脉冲计数值输出给电路板上的角度转换模块；

步骤5：电路板上的角度转换模块将插补的高频时钟脉冲个数和光敏二极管的脉冲计数值进行相应转换后得到转轴角位移值。