一種光纖輸出的光電編碼器的制造方法
【專利摘要】一種光纖輸出的光電編碼器，包括光源、碼盤、支撐軸、狹縫盤、接收器、解碼器，碼盤與狹縫盤安裝在支撐軸上，還包括至少一根輸入光纖及至少一根輸出光纖，輸入光纖與光源相配合連接，輸出光纖與接收器相配合連接；光源發(fā)射出來的光信號(hào)經(jīng)由一根輸入光纖傳至碼盤，碼盤將光信號(hào)調(diào)制后通過另一根或多根輸出光纖傳輸?shù)浇邮掌鳎獯a器對(duì)接收器接收的光信號(hào)解碼，得到碼盤的相對(duì)位置。該光電編碼器還包括一編碼器殼體，光源、輸入光纖、輸出光纖、接收器、解碼器置于編碼器殼體外部，碼盤、支撐軸、狹縫盤置于編碼器殼體內(nèi)部。本發(fā)明的有益效果：解決光電編碼器在高壓、電氣、腐蝕、易燃易爆、防水要求高等特殊惡劣條件下使用受限制的問題。
【專利說明】一種光纖輸出的光電編碼器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光纖輸出的光電編碼器。
【背景技術(shù)】
[0002]光電編碼器是一種角度(角速度)檢測(cè)裝置，將輸入軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠，接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成，光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔，由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過計(jì)算單位時(shí)間光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有光電編碼器由一套光源1、碼盤3、支撐軸4、狹縫盤5、接收器7、解碼器8組成，狹縫盤5通常也稱為檢測(cè)光柵，接收器7通常也成為光探測(cè)器。當(dāng)被測(cè)信息源驅(qū)動(dòng)被測(cè)支撐軸4旋轉(zhuǎn)時(shí)碼盤3對(duì)應(yīng)讀數(shù)位置的代碼形式不斷變化，這樣由光源I照明，接收器7接收到光信息再由解碼器8解調(diào)出被測(cè)支撐軸4旋轉(zhuǎn)角位移信息。現(xiàn)有光電編碼器由于有源器件(包括光源1、接收器7、解碼器8等光電轉(zhuǎn)換單元)直接置于測(cè)試環(huán)境中，對(duì)器件的電絕緣性能和抗電磁干擾能力要求高，在高壓、電磁感應(yīng)、噪音、腐蝕惡劣環(huán)境和易燃環(huán)境下的測(cè)試受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有光電編碼器存在上述電工作部件受環(huán)境影響的缺陷，提供一種光纖輸出的光電編碼器及其測(cè)量方法，消除該缺陷，解決編碼器在高壓、電氣、腐蝕、易燃易爆、防水要求高等特殊惡劣條件下使用受限制的問題。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種光纖輸出的光電編碼器，包括光源、碼盤、支撐軸、狹縫盤、接收器、解碼器，碼盤與狹縫盤安裝在支撐軸上，其特征在于:還包括至少一根輸入光纖及至少一根輸出光纖，所述輸入光纖與光源相配合連接，輸出光纖與接收器相配合連接；所述光源發(fā)射出來的光信號(hào)經(jīng)由一根輸入光纖傳至碼盤，碼盤將光信號(hào)調(diào)制后通過另一根或多根輸出光纖傳輸?shù)浇邮掌?，所述解碼器對(duì)接收器接收的光信號(hào)解碼，得到碼盤的相對(duì)位置。
[0007]按上述方案，該光電編碼器還包括一編碼器殼體，所述光源、輸入光纖、輸出光纖、接收器、解碼器置于編碼器殼體外部，碼盤、支撐軸、狹縫盤置于編碼器殼體內(nèi)部，輸入光纖的一端通過光纖連接器與編碼器殼體內(nèi)部固定連接或活動(dòng)連接，輸出光纖的一端通過光纖連接器與編碼器殼體內(nèi)部固定連接或活動(dòng)連接。
[0008]按上述方案，所述輸入光纖、輸出光纖采用石英光纖或多組分玻璃光纖或塑料光纖。
[0009]按上述方案，所述輸入光纖、輸出光纖可衍生為多根光纖或光纖帶、光纖束、多芯光纜。
[0010]按上述方案,所述輸入光纖與碼盤之間以及狹縫盤與輸出光纖之間均設(shè)有準(zhǔn)直器。
[0011]按上述方案，所述狹縫盤與輸出光纖之間還設(shè)有聚焦透鏡或聚焦透鏡組。
[0012]按上述方案，所述輸入光纖與碼盤之間還設(shè)有準(zhǔn)直裝置，所述狹縫盤與輸出光纖之間還設(shè)有聚焦裝置。
[0013]按上述方案，所述光源采用紅外發(fā)光二極管、激光二極管、激光器或鹵素?zé)簟?br> [0014]按上述方案，所述接收器選用硅光電三極管。
[0015]按上述方案，所述碼盤采用轉(zhuǎn)動(dòng)型或平動(dòng)型，所述狹縫盤的直徑、圈數(shù)與碼盤的直徑、圈數(shù)相同。
[0016]本發(fā)明的光電編碼器的測(cè)量原理:光源發(fā)射出來的光經(jīng)由單根或多根輸入光纖傳至碼盤附近，碼盤輸出信號(hào)采用單根或多根輸出光纖接收，接收的光信號(hào)經(jīng)由輸出光纖傳至接收器；所述解碼器對(duì)接收器接收的光信號(hào)解碼，得到碼盤的相對(duì)位置。根據(jù)需要，也可將輸入光纖、輸出光纖衍生為多根光纖或光纖帶、光纖束、多芯光纜。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0018]1、在現(xiàn)有技術(shù)的光路中增加了兩根或兩根以上的輸入光纖、輸出光纖，即在光源之后和接收器之前各增加了輸入光纖、輸出光纖，將光電編碼單元(碼盤、支撐軸、狹縫盤)和有源器件(光源、接收器、解碼器)分離，將整個(gè)光路中的有源器件置于被測(cè)環(huán)境之外，將光電編碼盤和光電轉(zhuǎn)換部分分離，并利用光纖來連接，利用光纖的低衰減、高帶寬的特性，實(shí)現(xiàn)光電編碼信號(hào)的遠(yuǎn)距離、高速率、抗電磁干擾輸出。
[0019]2、光纖本身是由電介質(zhì)構(gòu)成的，具有電絕緣性能好，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，無需電源驅(qū)動(dòng)，測(cè)量端無需供電，因此適宜于在易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中使用；可以增加輸入光纖、輸出光纖(光纜)的爬電距離，增強(qiáng)信號(hào)連接的絕緣性能，尤其適用于深水測(cè)量或者變電站、換流站、高壓開關(guān)站等需要對(duì)高壓設(shè)備端的轉(zhuǎn)動(dòng)、角度、平動(dòng)等信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)等有絕緣性要求場(chǎng)所，監(jiān)測(cè)信號(hào)需要通過絕緣的方式傳輸?shù)降蛪罕O(jiān)控一側(cè)，可以用于風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)速監(jiān)控；
[0020]3、采用石英玻璃光纖作為傳輸光纖，由于制作光纖的材料一石英具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性強(qiáng)，因此光纖輸出的光電編碼器適宜于在較惡劣環(huán)境中使用，石英玻璃光纖作為傳輸光纖還具有傳輸損耗小和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測(cè)和多點(diǎn)分布式測(cè)量，可用于強(qiáng)電磁環(huán)境及高壓、噪音、腐蝕惡劣環(huán)境和易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有光電編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明光纖輸出的光電編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1光纖輸出的光電編碼器的局部結(jié)構(gòu)示意圖，與圖2相同的光源1、接收器7、解碼器8在圖3中被省略；
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2光纖輸出的光電編碼器的局部結(jié)構(gòu)示意圖，與圖2相同的光源1、接收器7、解碼器8在圖4中被省略；[0025]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3光纖輸出的光電編碼器的局部結(jié)構(gòu)不意圖，與圖2相同的光源1、接收器7、解碼器8在附圖3中被省略；
[0026]圖中，1-光源、2-輸入光纖、3-碼盤、4-支撐軸,5-狹縫盤,6_輸出光纖,7_接收器，8-解碼器，9-編碼器殼體，10-光纖連接器，11-準(zhǔn)直器，13-聚焦透鏡，14-準(zhǔn)直裝置，15-聚焦裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0028]參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明所述的光纖輸出的光電編碼器，包括光源1、碼盤3、支撐軸4、狹縫盤5、接收器7、解碼器8，碼盤3與狹縫盤5安裝在支撐軸4上，其特征在于:還包括至少一根輸入光纖2及至少一根輸出光纖6,所述輸入光纖2與光源I相配合連接，輸出光纖6與接收器7相配合連接；所述光源I發(fā)射出來的光信號(hào)經(jīng)由一根輸入光纖2傳至碼盤3，碼盤3將光信號(hào)調(diào)制后通過另一根或多根輸出光纖6傳輸?shù)浇邮掌?，所述解碼器8對(duì)接收器7接收的光信號(hào)解碼，得到碼盤3的相對(duì)位置。
[0029]該光電編碼器還包括一編碼器殼體9,所述光源1、輸入光纖2、輸出光纖6、接收器
7、解碼器8置于編碼器殼體9外部，碼盤3、支撐軸4、狹縫盤5置于編碼器殼體9內(nèi)部，輸入光纖2的一端通過光纖連接器10與編碼器殼體9內(nèi)部固定連接或活動(dòng)連接，輸出光纖6的一端通過光纖連接器10與編碼器殼體9內(nèi)部固定連接或活動(dòng)連接。
[0030]實(shí)施例1:用于油氣或腐蝕環(huán)境下的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)的光纖輸出的光電編碼器。
[0031]參照?qǐng)D3，實(shí)施例1與圖2結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于增加了兩個(gè)準(zhǔn)直器11，分別位于輸入光纖2與碼盤3之間，以及狹縫盤5與輸出光纖6之間。
[0032]光源I選用紅外發(fā)光二極管,接收器7選用娃光電三極管,輸入光纖2、輸出光纖6米用塑料光纖，輸入光纖2、輸出光纖6的傳輸部分長度為30m。碼盤3為轉(zhuǎn)動(dòng)型,與狹縫盤5、支撐軸4置于編碼器殼體9內(nèi)，碼盤3采用矩陣式圖案，碼盤3的基底材料為K9光學(xué)玻璃，直徑的大小根據(jù)碼盤3的位數(shù)來確定，狹縫盤5的直徑、圈數(shù)與碼盤3的直徑、圈數(shù)相同，實(shí)施例中狹縫盤5上刻有對(duì)應(yīng)9位碼盤3的單狹縫(透光縫隙)，通過鍍鉻或光刻方法制備，碼盤3與狹縫盤5安裝在支撐軸4上。此實(shí)施例可用于油井有線測(cè)控或化學(xué)反應(yīng)釜內(nèi)部監(jiān)測(cè)。
[0033]實(shí)施例2:用于測(cè)量高電壓環(huán)境下的轉(zhuǎn)動(dòng)和角度參數(shù)的光纖輸出的光電編碼器。
[0034]參照?qǐng)D4，實(shí)施例2與圖2結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于增加了聚焦透鏡13或聚焦透鏡組，位于輸入光纖2與碼盤3之間。
[0035]光源I選用紅外發(fā)光二極管,接收器7選用娃光電三極管,輸入光纖2、輸出光纖6米用多組分玻璃光纖，輸入光纖2、輸出光纖6的傳輸部分長度為1000m。碼盤3為平動(dòng)型，與狹縫盤5、支撐軸4置于編碼器殼體9內(nèi)，碼盤3上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期，狹縫盤5上刻有對(duì)應(yīng)9位碼盤3的單狹縫(透光縫隙)，可阻攔光纖。當(dāng)碼盤3隨著支撐軸4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，狹縫盤5不動(dòng)，經(jīng)聚焦透鏡13或聚焦透鏡組聚集后的光線透過碼盤3和狹縫盤5照射到輸出光纖2上再傳輸?shù)浇邮掌?，接收器7輸出近似正弦波的電信號(hào)，經(jīng)過解碼器8的處理，得到支撐軸4的轉(zhuǎn)角或速度信息。此實(shí)施例將高電壓環(huán)境下的測(cè)試量通過電隔離的方式傳到低電壓的監(jiān)測(cè)端，可用于需要電隔離或不能通電的測(cè)試環(huán)境，例如用于風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)速監(jiān)控。
[0036]實(shí)施例3:用于測(cè)量深海環(huán)境下的轉(zhuǎn)動(dòng)和角度參數(shù)的光纖輸出的光電編碼器。
[0037]參照?qǐng)D5，實(shí)施例3與圖2結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于在輸入光纖2與碼盤3之間還設(shè)有準(zhǔn)直裝置14，所述狹縫盤5與輸出光纖6之間還設(shè)有聚焦裝置15。
[0038]光源I選用近紅外激光器,接收器7選用娃光電三極管,輸入光纖2、輸出光纖6米用純娃芯抗彎曲石英光纖，輸入光纖2、輸出光纖6的傳輸部分長度為8000m。碼盤3為轉(zhuǎn)動(dòng)型，與狹縫盤5、支撐軸4置于編碼器殼體9內(nèi)，狹縫盤5上刻有對(duì)應(yīng)9位碼盤3的單狹縫(透光縫隙)。
[0039]輸入光纖2、輸出光纖6通過光纖連接器10與編碼器殼體9內(nèi)部固定連接,輸入光纖2、輸出光纖6也可以制成光纖束或者光纖陣列的形式。實(shí)施例中輸入光纖2、輸出光纖6被制成海底輕型保護(hù)光纜，中心為松套管結(jié)構(gòu)，外裹金屬加強(qiáng)鋼絲、中密度聚乙烯護(hù)套、金屬帶和聚乙烯護(hù)層。輸入光纖2、輸出光纖6可以為重復(fù)單元，數(shù)量與編碼器精度有關(guān)。水下單元即編碼器殼體9的外殼可以承受12000PSI的壓力，足以承受8000m深處海水壓力。此實(shí)施例將深海環(huán)境下的測(cè)試量通過光傳輸?shù)姆绞絺鞯胶Ｆ矫娴谋O(jiān)測(cè)端，可用于需要電隔離或不能通電的測(cè)試環(huán)境?，F(xiàn)有傳感器帶電，需要密封隔離，成本高昂可靠性差，而本方案換用光纖作為傳輸介質(zhì)后，可以采用敞開式的設(shè)計(jì)，對(duì)密封的要求不高，可靠性強(qiáng)，即使海水進(jìn)入殼體9，編碼器也不會(huì)立即損壞，仍然能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持工作，而且成本比現(xiàn)有傳感器低廉。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖輸出的光電編碼器，包括光源(I)、碼盤(3)、支撐軸(4)、狹縫盤(5、接收器(7)、解碼器(8)，碼盤(3)與狹縫盤(5)安裝在支撐軸(4)上，其特征在于:還包括至少一根輸入光纖(2)及至少一根輸出光纖(6),所述輸入光纖(2)與光源(I)相配合連接,輸出光纖(6)與接收器(7)相配合連接；所述光源(I)發(fā)射出來的光信號(hào)經(jīng)由一根輸入光纖(2)傳至碼盤(3)，碼盤(3)將光信號(hào)調(diào)制后通過另一根或多根輸出光纖(6)傳輸?shù)浇邮掌?7)，所述解碼器(8)對(duì)接收器(7)接收的光信號(hào)解碼，得到碼盤(3)的相對(duì)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:該光電編碼器還包括一編碼器殼體(9)，所述光源(I)、輸入光纖(2)、輸出光纖(6)、接收器(7)、解碼器(8)置于編碼器殼體(9)外部，碼盤(3)、支撐軸(4)、狹縫盤(5)置于編碼器殼體(9)內(nèi)部，輸入光纖(2)的一端通過光纖連接器(10)與編碼器殼體(9)內(nèi)部固定連接或活動(dòng)連接，輸出光纖(6)的一端通過光纖連接器(10)與編碼器殼體(9)內(nèi)部固定連接或活動(dòng)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述輸入光纖(2)、輸出光纖(6)采用石英光纖或多組分玻璃光纖或塑料光纖。
4.如權(quán)利要求1或3所述的光纖輸出的光電編碼器,其特征在于:所述輸入光纖(2)、輸出光纖(6)可衍生為多根光纖或光纖帶、光纖束、多芯光纜。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述輸入光纖(2)與碼盤(3)之間以及狹縫盤(5)與輸出光纖(6)之間均設(shè)有準(zhǔn)直器(11)。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述狹縫盤(5)與輸出光纖(6)之間還設(shè)有聚焦透鏡(13)或聚焦透鏡組。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述輸入光纖(2)與碼盤(3)之間還設(shè)有準(zhǔn)直裝置(14)，所述狹縫盤5與輸出光纖(6)之間還設(shè)有聚焦裝置(15)。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述光源(I)采用紅外發(fā)光二極管、激光二極管、激光器或齒素?zé)簟?br> 9.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述接收器(7)選用硅光電三極管。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖輸出的光電編碼器，其特征在于:所述碼盤(3)采用轉(zhuǎn)動(dòng)型或平動(dòng)型，所述狹縫盤(5)的直徑、圈數(shù)與碼盤(3)的直徑、圈數(shù)相同。
【文檔編號(hào)】G01D5/347GK103487077SQ201310418445
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】何珍寶, 陳波, 曹蓓蓓 申請(qǐng)人:長飛光纖光纜有限公司