[实用新型]基于线阵CCD的光栅位移传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于位移传感器领域，尤其涉及物体高精度的位移测量，具体地说是一种基于线阵CCD的光栅位移传感器。

背景技术

目前，用于微位移测量的传感器有光学机械式、杠杆测量式等机械式传感器，还有电阻式、电容式、电感式等电学式传感器，以及干涉式、偏光式、扫描电镜式、激光三角法等光电式传感器。其中，机械式、电阻式传感器只能用于接触式测量；电容式传感器可用于无接触式测量，但量程比较小，精度比较低，无法满足高精度领域的要求；而电感式传感器（如LVDT位移传感器）虽然具有较好的线性度和较大的量程，但测量频率很低。

现有技术中比较好的精确位移测量方法是用光栅尺技术进行测量，光栅尺类位移传感器具有便于位移信号数字化、高分辨率、大量程、测量效率高、可靠性好等优点，因此被广泛应用。而传统的光栅位置测量装置中，莫尔条纹由光电元件读取，读取后的信号经过放大、细分、辩向、计数等环节，最终得到数字化的位移信号。随着细分数的提高，测量精度、系统的可靠性及动态响应速度都受到影响，且传统的光栅位移检测装置还存在结构复杂，制作工艺要求高，价格成本高的缺点，因此在一定程度上制约了光栅位移测量装置的使用和发展。

实用新型内容

为了解决上述的问题，本实用新型提供了一种基于线阵CCD的光栅位移传感器，结构简单，制作方便，检测精度高，能够满足高精度领域的使用。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于线阵CCD的光栅位移传感器，包括壳体，在壳体内设置有发出光线的光源，在光源的后方固设有用于将光源发出的光转换成平行光的透镜，在透镜的后方固设有光栅缝宽度可变的光栅机构，所述光栅机构后方固设有用于检测光栅机构衍射图像的线阵CCD模块；

在壳体上设有通过自身转动改变光栅机构的光栅缝宽度的轮轴，所述轮轴通过连接线与被测位移的物体相连；

还包括用于从外界引入电源的传送模块，所述传送模块连接内部线阵CCD模块与外部的上位机。

作为对光栅机构的限定：所述光栅机构包括只有一条光栅条纹的单缝光栅，以及带有至少两个光栅条纹的光栅轮，所述光栅轮固设于透镜的后方，单缝光栅固设于光栅轮的后方，所述光栅轮的光栅条纹的宽度与单缝光栅的光栅条纹宽度相等，且光栅轮与轮轴同轴转动。

作为对线阵CCD模块的限定：线阵CCD模块包括作为控制中心的单片机系统，用于接收光栅机构衍射图像的线阵CCD，所述线阵CCD的信号输出端通过信号处理模块连接单片机系统的信号输出端。

作为对线阵CCD模块中信号处理模块的限定：所述信号处理模块包括CCD驱动电路，与二值化处理电路，所述线阵CCD的信号输出端通过CCD驱动电路连接二值化处理电路的信号输入端，二值化处理电路的信号输出端连接单片机系统。

作为对线阵CCD中单片机系统的限定：所述单片机系统包括作为主控单元的单片机，所述单片机的采集信号输入端连接二值化处理电路，电源端连接电源模块，信号通信端通过RS485连接传送模块，显示信号输出端连接显示模块。

作为对传动模块的限定：所述传送模块采用航空接头，所述航空接头贯穿壳体内外固设于壳体上。

作为对本实用新型的另一种限定：所述壳体上设有用于将壳体固定的固定孔。

由于采用了以上技术方案，本实用新型可以达到如下的技术效果：

（1）本实用新型包括光源、透镜、光栅机构、线阵CCD模块，上述器件均设置在一壳体内，令整体结构简单，零部件少，同时成本低；

（2）在壳体外表面上设有可转动的轮轴，轮轴转动可以变换光栅机构的光栅缝宽度，而轮轴的转动是因外部被测物体发生位移而产生的，即外部被测物体发生位移会带动轮轴转动，同时轮轴带动光栅机构的光栅缝发生变化，最终导致光栅机构衍射的图像发生变化，而光栅机构的衍射图像由后方的线阵CCD接收、处理，方法简单；

（3）光栅机构包括固定不动的单缝光栅和带有若干个光栅缝的光栅轮，其中光栅轮与轮轴同轴设置，即外部被测物体有位移存在时，光栅轮在轮轴的带动下转动，而光源被透镜处理后的光束是透过光栅轮的光栅缝与单缝光栅的后才进行衍射，因此光栅轮的转动造成光栅轮与单缝光栅之间的相对光栅缝变化，进而能测量出物体的位移，且测量精度高。

综上所述，本实用新型结构简单，体积小，成本低，便于安装，测量精度高。

本实用新型适用于各种高精度微位移的测量。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；