專利名稱：激光相關(guān)測量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于相關(guān)測量的傳感器，屬于相關(guān)測量所用傳感器的創(chuàng)新技術(shù)。
現(xiàn)有相關(guān)測量所用的傳感器，大多采用將兩個普通光源作為兩照射光束的結(jié)構(gòu)，其存在的缺點是測量用兩束光的功率大小難于保持精確一致，且其照射到被測物體表面上的區(qū)域為一個面，因此，相關(guān)測量的精度較低，不能與現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求相適應，特別是工業(yè)生產(chǎn)中許多貴重物品的速度及長度測量，迫切需要精度高的測量傳感器。
本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種不僅測量精度高，測量范圍廣，而且分辨率高的激光相關(guān)測量傳感器。
本實用新型的原理框圖如

圖1所示，包括有發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分包括有半導體激光器A、準直鏡B、分束器C、整形鏡D，接收部分包括有接收透鏡E、PIN光電二極管F、G，準直鏡B置于半導體激光器A與分束器C之間，整形鏡D置于分束器C與被測物體之間，接收透鏡E置于能接收到被測物體表面反射光的位置，PIN光電二極管F、G置于接收透鏡E的前端。
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及工作情況圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型中發(fā)射部分的結(jié)構(gòu)示意圖3為本實用新型中接收部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的原理框圖如圖1所示，包括有發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分包括有半導體激光器A、準直鏡B、分束器C、整形鏡D，接收部分包括有接收透鏡E、PIN光電二極管F、G，準直鏡B置于半導體激光器A與分束器C之間，整形鏡D置于分束器C與被測物體之間，接收透鏡E置于能接收到被測物體表面反射光的位置，PIN光電二極管F、G置于接收透鏡E的前端。本實用新型發(fā)射部分的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，上述半導體激光器A為紅光激光發(fā)射管(18)，準直鏡B為準直透鏡(16)，分束器C包括有分光棱鏡(15、8)、整形鏡D包括有柱面透鏡(9、9A)，其中激光發(fā)射管(18)置于鏡座(17)中部所設的孔位上，準直透鏡(16)、分光棱鏡(15)均置于鏡座(17)內(nèi)，且準直透鏡(16)置于激光發(fā)射管(18)與分光棱鏡(15)之間，分光棱鏡(8)、柱面透鏡(9、9A)均置于鏡座(11)內(nèi)，且柱面透鏡(9、9A)并排置于分光棱鏡(8)的前端，并分別卡置于鏡座(11)中部所設的孔位上，鏡座(17、11)分別套置于外套(6)的兩端，鏡座(17、11)之間設有長隔套(5)。上述分光棱鏡(15、8)輸出光束的間距h為4-8mm，為安裝及調(diào)整方便，上述激光發(fā)射管(18)與準直透鏡(16)之間設有墊圈(2)，準直透鏡(16)與分光棱鏡(15)之間設有墊圈(3)，分光棱鏡(15)的前端設有墊圈(4)，并通過連接在鏡座(17)端部的螺紋壓圈(14)壓緊。另外，上述分光棱鏡(8)與柱面透鏡(9、9A)之間設有墊圈(12)，分光棱鏡(8)的后端設有墊圈(7)，并通過連接在鏡座(11)端部的螺紋壓圈(13)壓緊。且上述外套(6)的端部、鏡座(17、11)的外側(cè)分別設有螺紋壓圈(1、10)，以使鏡座(17、11)固定在外套(6)內(nèi)。
本實用新型接收部分的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，其中接收透鏡E包括有透鏡(23、25)、PIN光電二極管F、G為光電管(27、27A)，其中透鏡(23、25)分別相對設置在外套(21)內(nèi)，光電管(27、27A)并排對稱設置在外套(21)內(nèi)、透鏡(25)的前端。上述光電管(27、27A)的面積為3×3mm2，其輸出端還設有信號調(diào)理裝置(29)，以滿足后續(xù)信號處理裝置的數(shù)據(jù)采集要求。上述信號調(diào)理裝置(29)為設有兩路若干級前置放大電路的印刷電路板，在實際應用中信號調(diào)理裝置(29)采用兩路單級前置放大電路即可。同理，為安裝及調(diào)整方便，上述透鏡(23、25)之間設有隔圈(24)，光電管(27、27A)通過連接件固裝在信號調(diào)理裝置(29)上，且透鏡(25)與信號調(diào)理裝置(29)之間設有長隔套(26)。為避免兩束激光的相互影響，光電管(27、27A)的外側(cè)分別設有遮擋圈(28、28A)。另外，透鏡(23)及信號調(diào)理裝置(29)的外側(cè)分別通過連接在外套(21)兩端的螺紋壓圈(22、30)壓緊。
本實用新型用于測量時，將發(fā)射部分和接收部分置于分別能照射到被測物體表面和能接收到被測物體表面反射光的位置上，將激光發(fā)射管(18)與穩(wěn)功率電源連接，開啟穩(wěn)功率電源，則激光發(fā)射管(18)輸出具有一定發(fā)散角的光束，經(jīng)準直透鏡(16)后將其準直為一個發(fā)散角僅為0.5mrad的平面波束，隨之分光棱鏡(15、8)將一束光平均分為兩束平行光，隨后柱面透鏡(9、9A)將兩個圓形光斑修整為兩個寬度僅為0.15mm，長度為2mm的狹長橢圓光斑而照射在被測物體表面上，兩束狹長橢圓光斑在采樣上不僅使得被測物體的微細結(jié)構(gòu)不會由于光斑卷積作用而被平均化，以充分獲取速度信息的高頻成份，而且保證了前后兩個光斑已有足夠多的重疊軌跡，從而降低了沿速度方向的安裝精度要求，確保了兩束光采樣信號的相關(guān)性。接收部分中的透鏡(23、25)接收到被測物體表面的反射光，并照射到光電管(27、27A)上，再經(jīng)信號調(diào)理裝置(30)將兩路隨機相關(guān)噪聲信號放大，由于光電管(27、27A)的面積為3×3mm2，與狹長橢圓光斑的大小相仿，故光路結(jié)構(gòu)采用4f成象系統(tǒng)，以將兩束光之間的信號竄擾降至可以接受的程度。本實用新型中信號調(diào)理裝置(29)輸出的兩路隨機相關(guān)噪聲信號被其后續(xù)信號處理裝置中的數(shù)據(jù)采集卡采集和存儲，并隨之將數(shù)據(jù)送到互相關(guān)分析儀進行互相關(guān)分析運算，即可求出被測物體的速度及長度。
本實用新型由于采用了單激光器的結(jié)構(gòu)，所以當光源功率即使發(fā)生漂移，也能保證兩束光漂移的大小與方向相同，漂移產(chǎn)生的誤差會在互相關(guān)運算分析中加以抵消，從而保證測量的精確度；同時，由于激光束可以聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，其能量幾乎可以集中在空間的一條直線或一個點處，當被測物體相對于敏感器件運動時，固體表面隨機噪聲引起的隨機調(diào)制作用所受到的空間低通濾波效應將會大大減弱，從而保證隨機信號有較寬的頻帶及有較高的空間和時間分辨率。另外，本實用新型因其平行光束的入射點就是測量探頭，故其測量過程中對被測物體沒有干擾，不受環(huán)境條件的限制，因此，本測量傳感器可用于各種場合進行測量，尤其是可以方便地用在有毒、高溫或具有腐蝕性的場合；本實用新型是一種測量精度高，測量范圍廣，而且分辨率高的激光相關(guān)測量傳感器。
權(quán)利要求1.一種激光相關(guān)測量傳感器，其特征在于包括有發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分包括有半導體激光器A、準直鏡B、分束器C、整形鏡D，接收部分包括有接收透鏡E、PIN光電二極管F、G，準直鏡B置于半導體激光器A與分束器C之間，整形鏡D置于分束器C與被測物體之間，接收透鏡E置于能接收到被測物體表面反射光的位置，PIN光電二極管F、G置于接收透鏡E的前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量傳感器，其特征在于上述半導體激光器A為激光發(fā)射管(18)，準直鏡B為準直透鏡(16)，分束器C包括有分光棱鏡(15、8)、整形鏡D包括有柱面透鏡(9、9A)，其中激光發(fā)射管(18)置于鏡座(17)中部所設的孔位上，準直透鏡(16)、分光棱鏡(15)均置于鏡座(17)內(nèi)，且準直透鏡(16)置于激光發(fā)射管(18)與分光棱鏡(15)之間，分光棱鏡(8)、柱面透鏡(9、9A)均置于鏡座(11)內(nèi)，且柱面透鏡(9、9A)并排置于分光棱鏡(8)的前端，并分別卡置于鏡座(11)中部所設的孔位上，鏡座(17、11)分別套置于外套(6)的兩端，鏡座(17、11)之間設有長隔套(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量傳感器，其特征在于上述激光發(fā)射管(18)與準直透鏡(16)之間設有墊圈(2)，準直透鏡(16)與分光棱鏡(15)之間設有墊圈(3)，分光棱鏡(15)的前端設有墊圈(4)，并通過連接在鏡座(17)端部的螺紋壓圈(14)壓緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量傳感器，其特征在于上述分光棱鏡(8)與柱面透鏡(9、9A)之間設有墊圈(12)，分光棱鏡(8)的后端設有墊圈(7)，并通過連接在鏡座(11)端部的螺紋壓圈(13)壓緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的測量傳感器，其特征在于上述外套(6)的端部、鏡座(17、11)的外側(cè)分別設有螺紋壓圈(1、10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量傳感器，其特征在于上述接收透鏡E包括有透鏡(23、25)、PIN光電二極管F、G為光電管(27、27A)，其中透鏡(23、25)分別相對設置在外套(21)內(nèi)，光電管(27、27A)并排對稱設置在外套(21)內(nèi)、透鏡(25)的前端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量傳感器，其特征在于上述光電管(27、27A)的輸出端還設有信號調(diào)理裝置(29)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量傳感器，其特征在于上述信號調(diào)理裝置(29)為設有兩路若干級前置放大電路的印刷電路板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量傳感器，其特征在于上述透鏡(23、25)之間設有隔圈(24)，光電管(27、27A)通過連接件固裝在信號調(diào)理裝置(29)上，且透鏡(25)與信號調(diào)理裝置(29)之間設有長隔套(26)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量傳感器，其特征在于上述光電管(27、27A)的外側(cè)分別設有遮擋圈(28、28A)，透鏡(23)及信號調(diào)理裝置(29)的外側(cè)分別通過連接在外套(21)兩端的螺紋壓圈(22、30)壓緊。
專利摘要本實用新型是一種用于相關(guān)測量的傳感器,包括有發(fā)射部分和接收部分,其中發(fā)射部分包括有半導體激光器、準直鏡、分束器、整形鏡;接收部分包括有接收透鏡、光電管。本實用新型由于采用單激光器的結(jié)構(gòu),故能保證兩束光的大小與方向相同,從而保證測量的精確度;同時,由于激光束可以聚焦在很小的區(qū)域內(nèi),其能量幾乎可以集中在空間的一條直線或一個點處,從而保證隨機信號有較寬的頻帶及有較高的空間和時間分辨率。本實用新型是一種測量精度高,測量范圍廣,而且分辨率高的激光相關(guān)測量傳感器。
文檔編號G01D5/30GK2370393SQ9923534
公開日2000年3月22日 申請日期1999年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月4日
發(fā)明者鄭瑩娜, 劉強, 陳長纓, 李揚, 司徒忠, 李定華, 吳黎明, 唐露新 申請人:廣東工業(yè)大學