一種基于光纖陣列和反射式數字編碼器的位置傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于位置傳感器、光纖傳感器領域，涉及一種基于光纖陣列和反射式數字編碼器的位置傳感器。
【背景技術】
[0002]位移/位置傳感器是檢測長度基本物理量的一類重要的傳感器，得到了廣泛應用，具有巨大的市場。位移傳感器包括直線位移傳感器和角位移傳感器兩類，兩種可以相互轉換。根據測量量程的大小，位移傳感器可以分為小位移傳感器和大位移傳感器。小位移傳感器包括應變式、電容式、電感式、差動變壓器式、渦流式、霍爾傳感器式等,大位移傳感器包括感應同步器式、光柵式、容柵式、磁柵式、激光位移傳感器、磁致伸縮位移傳感器和電位器式位移傳感器等。
[0003]光柵式位移傳感器因其具有數字化、精度高、抗干擾能力強、沒有人為讀數誤差、安裝方便、使用可靠等優點，在機床加工、檢測儀表等行業中得到日益廣泛的應用，但其成
[0004]電位器式位移傳感器具有結構簡單、輸出信號大、使用方便、價格低廉等優點，應用非常廣泛。它通過電位器元件將機械位移轉換成與之成線性的電阻或電壓輸出，電位器元件的實現方式有導電塑料電阻膜、繞線電阻、金屬玻璃鈾電阻、金屬膜等。為實現測量位移目的而設計的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個確定關系，這受到電刷與電阻體接觸狀態的影響，尤其存在磨損、高速運動跳動和濕度帶來的影響，產生了很多的可靠性問題。
[0005]磁致伸縮位移傳感器利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產生一個應變脈沖信號來準確地測量位置，通過非接觸地檢測活動磁環的絕對位置來測量被檢測產品的實際位移值的，該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應用，但其也存在成本高的不足。
[0006]激光位移傳感器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應用于檢測物的位移、皿、振動、距離、直徑等幾何量的測量。按照測量原理，激光位移傳感器原理分為激光三角測量法和激光回波測量法，激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光測量分析法則用于遠距離測量，測量精度相對于激光三角測量法要低。激光位移傳感器的成本一般也較高。
[0007]從20世紀70年代中期開始，由于光纖傳感器的無源、長距離傳輸特性，對被測對象無任何影響，抗電磁干擾，具有耐高溫，耐高壓，抗腐蝕，可在有毒、核輻射等惡劣環境下正常工作，光纖傳輸頻帶寬，動態范圍大，光纖傳感器外形細小的特點，而被廣泛應用，尤其在無電源供電，遙感遙測，電磁干擾、易燃易爆、高溫高濕等惡劣環境具有巨大的技術優勢，成為一類重要的光纖位移傳感器。
[0008]細小觸狀態的影響，尤其存在使用纖接收器現有的一種反射式光纖位移傳感器，其基本原理是基于光纖探頭接收的反射光強隨距離變化的光強模擬調制型光纖位移傳感器。通常，傳感器包括光發射光纖和接收光纖，當光纖探頭緊貼反射面時，接收光纖接收到的光強為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收光纖接收到的光強逐漸增加，到達最大值點后又隨兩者的距離增加而減小。在得到電壓和距離的關系之后就可以通過單片機的處理將電壓轉換成距離顯示出來。這些光纖位移傳感器一般量程較小，易受到光源光強變化的影響，模擬量輸出，測量精度不高。
[0009]另一種基于反射式編碼光柵的光電位移傳感器，其構成包括光源、準直透鏡、成像透鏡、指示光柵(透射式)、主光柵(反射式光柵)和光敏元件。其工作原理為光源發出的光經透鏡后成為平行光，平行光透過指示光柵后照到主光柵上，主光柵將指示光柵像成像于指示光柵面上，指示光柵像與主光柵相重疊形成莫爾條紋，成像透鏡將莫爾條紋成像在光敏元件上。主光柵移動時，指示光柵像將隨之移動，莫爾條紋將呈周期性變化，此時光敏元件上的電流也將呈周期改變，經信號處理及計算后便可得出主光柵相對于指示光柵的轉角。該種位移傳感器光學系統復雜，包括主光柵和指示光柵的光柵副、準直成像透鏡，以及光敏元件等器件，結構復雜，安裝不便。

【發明內容】

[0010]本實用新型針對現有技術的不足，提供一種具有量程大、非接觸、數字輸出、精度高、成本低，可靠性高，傳感器單元無需電源，適合于遠距離測量、電磁干擾、易燃易爆、高溫高濕等惡劣環境，很好解決了現有光纖位移傳感器的不足，同時又具有其他位移傳感器不具備的光纖傳感技術的基于光纖陣列和反射式數字編碼器的位置傳感器。
[0011]為實現本實用新型目的，提供了以下技術方案:一種基于光纖陣列和反射式數字編碼器的位置傳感器，其特征在于包括殼體、設置于殼體外的信號處理單元以及設置于殼體上的傳感器單元，所述傳感器單元包括輸入/輸出光纖、光纖陣列探頭、反射式數字編碼器、水平滑軌以及連接桿，所述輸入/輸出光纖一端連接信號處理單元，一端連接光纖陣列探頭，所述光纖陣列探頭安裝于殼體上并伸入殼體內腔，光纖陣列探頭正下方設置有反射式數字編碼器，反射式數字編碼器安裝于可使反射式數字編碼器往復移動的水平滑軌上，所述水平滑軌與一端伸出殼體外的連接桿連接，通過將被測物與連接桿連接實現反射式數字編碼器移動。
[0012]作為優選，所述光纖陣列探頭與反射式數字編碼器垂直或接近垂直設置，間隙為數微米至數百微米。
[0013]作為優選，所述輸入/輸出光纖為單模或多模通信光纖。
[0014]作為優選，所述光纖陣列探頭由固定在等間距的V型或U型槽內的帶狀光纖組成，或直接使用帶狀光纖，光纖端面進行拋光、倒角處理。
[0015]作為優選，所述信號處理單元包括半導體激光器、多路光探測器、光分路器、一組Y形光纖分束器和處理電路，Y形光纖分束器的公共端與光纖陣列探頭連接。
[0016]作為優選，反射式數字編碼器包括基板，基板的邊緣設有O至100微米高度的保護凸體，基板上設置有交錯排列的高光反射率區域和低光反射率區域。
[0017]作為優選，所述低光反射率區域為光透射區、光吸收區或光漫反射區。
[0018]作為優選，基板為硅基板、玻璃基板、陶瓷基板或金屬基板。
[0019]作為優選，帶狀光纖的光纖排列方向與反射式數字編碼器的高光反射率區域和低光反射率區域的分界線平行或成一定角度Θ。
[0020]當光纖位移傳感器工作時，一束光線通過輸入光纖從光纖陣列探頭出射到反射式數字編碼器上，根據此時反射式數字編碼器與光纖陣列探頭對應的是高光反射率區域或低光反射率區域，從反射式數字編碼器反射回光纖陣列探頭的光信號代表著二進制編碼位置信息I或0，該信息通過輸出光纖傳輸到信號處理單元解調處理。當被測物體通過連接桿帶動反射式數字編碼器連續運動時，光纖陣列探頭從反射式數字編碼器上讀取到一組連續的二進制數字編碼信息，通過信號處理單元解調處理，從而得到被測物體位置及位置變化，進而測出物體位移。
[0021]本實用新型的有益效果是:
[0022]一、非接觸測量，光纖解調，壽命長，適應高速運動位移測量；
[0023]二、安全可靠，電絕緣，抗電磁干擾，適應惡劣使用環境，易實現對被測位置遠距離監控；
[0024]三、結構簡單、成本低，無復雜的光學元件如透鏡，僅包括光纖陣列和一塊反射式數字編碼器，適合大范圍推廣應用；
[0025]四、響應速度快、數字輸出、無漂移、高精度；
[0026]五、高可靠性、可拆卸，安裝、維護方便，耐用