[发明专利]非接触式的位移或角度传感器及其测量位移或角度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器技术，特别是公开一种非接触式的位移或角度传感器及其测量位移或角度的方法，是一种基于图像处理的用于检测旋转运动或直线运动的非接触式的测量传感器，应用于油门踏板位置传感器，节气门位置传感器，或其它用途的角度或位移传感器。

背景技术

现代机电系统中经常要求测量位移或角度。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移或角度测量为基础的。

关于位移或角度测量的方法有很多，大多是采用各种电测或非电测的位移或角度传感器，将位移或角度转换成模拟量或者数字量。根据测量的原理不同可以分为以下几种：

（1）传感器结构随位移变化，使其位移量转换成电量，如电位器式传感器、电容式传感器、电感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器、霍尔传感器等均可以实现位移测量。

（2）利用某些材料的特殊功能，诸如压电传感器、金属应变片、半导体应变片等，通过将小位移转换成电荷或者阻值的变化，实现位移测量。

海拉胡克股份公司（Hella）拥有专利技术的感应式位置传感器能够在一个简单、紧凑的空间条件下能够实现对线位移和角位移的非接触式测量，另外，它对制造精度和周围的环境要求较低，在汽车制造领域内获得了广泛的应用，如节气门传感器、加速踏板传感器和转向传感器等。

感应式位置传感器同其他角传感器一样，也是由定子和转子组成的。在PCB上的定子由激励线圈、3个感应接受线圈和其他信号处理电子元件组成，转子是一块简单的冲压金属片。激励线圈中电流产生的电磁场在转子中产生感应电流。第一次感应耦合与角位置无关，其作用仅是通过感应耦合将能量传递给转子。传感器的相关信息是通过转子与接受线圈之间的第二次感应耦合来实现的，这次感应与转子相对于定子的相对位置有关。在第二次感应中，定子上的电压幅值随相对位置而变化，信号处理单元接受线圈的电压信号，进行整流、放大并成对地将其按比例输出，就可以获得角度位置信息。

感应传感原理的应用不仅仅局限于旋转机构，同样也可以将传感器设计成线性结构。

上述的传感器在许多场合得到了应用，但是，上述的传感器零部件数目多，安装复杂，需要对被测对象进行机械改动等缺点，实际上利用图像处理技术的最新进展，图像传感器和中央处理器的性能不断提高，但是价格却在不断下降，因此有可能实现成本更低、功能更强而安装使用更方便的角度或位移传感器。

发明内容

本发明的目的是充分利用集成电路技术领域和图像处理技术领域的最新技术，设计一种低成本的非接触式的位移或角度传感器。

本发明是这样实现的：一种非接触式的位移或角度传感器，所用的测量部件包括非接触式的位移或角度传感器及被测运动部件的表面图案A，其特征在于：所述的非接触式的传感器包括图像传感器，中央处理器，存储器，被测运动部件的表面图案A，光学镜头，壳体，光源等部分。所述的光学镜头设在图像传感器与被测运动部件的表面图案A的光路上，与图像传感器相隔距离为光学镜头的焦距，所述的光源位于光学镜头的下侧方或上方，所述的光源位于光学镜头的上方时需增加一个棱镜；图像传感器与中央处理器、存储器之间采用电连接，封装在一个保障图像传感器、光学镜头及被测运动部件的表面图案A构成光路的壳体中，其中壳体的光学镜头部分为透明壳体，成为非接触式的位移或角度传感器总成。所述的光学镜头设在图像传感器的正下方或侧方；所述的光学镜头在图像传感器侧方时，需增加一个棱镜。

中央处理器和存储器可以是独立的，也可以是由一个集成芯片实现。例如，单片机或数字处理器（DSP），已经包含了存储器。所述的存储器，可以是程序存储器，也可以是数据存储器。图像传感器，能感受光学图像信息并转换成可用输出信号的传感器。它是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。 实际中，光源、光学镜头、图像传感器、中央处理器、存储器等可以被封装在一个单独的壳体内，输出结果是被测的角度或位移。更进一步它们可以被集成在一起，作为一个ASIC（Application Specific Integrated Circuit）制造，可以显著降低系统的成本。

所述非接触式的位移或角度传感器测量位移或角度的方法如下：

A）所述被测运动部件的表面图案A，包含至少一个图形G；