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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，包括有宽带光源、环形器、解调仪、传感器外壳、传感器调节架、微型导轨、复合型光栅组件、双反射镜、准直器调节架、以及大光斑准直器，宽带光源通过环形器与大光斑准直器的输入端连接，环形器的三端口与解调仪连接，双反射镜包括有两个呈锐角关系的反射面，大光斑准直器的输出端朝向双反射镜的其中一个反射面，双反射镜的另一个反射面朝向复合型光栅组件。本实用新型采用衍射光自准直接收结构从而构建一种波长与位置的绝对编码，并采用光纤耦合输入/输出连接方式进行光电解调，通过波长变化解调出位移变化。本实用新型具有结构紧凑、探头全光型、单模光纤传输、高线性度等优点。
    公开号:CN214333832U
    申请号:CN202120419820.XU
    申请日:2021-02-23
    公开日:2021-10-01
    发明作者:王冬瑾；刘庆；刘斌；项祖为
    申请人:Hefei Sunshine Optoelectronics Science & Technology Co ltd；
    IPC主号:G01D5-353
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及传感器技术领域，具体是一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器。
    [n0002] 针对航空、航天等强电磁环境下绝对位移的探测需求，进行基于自准直衍射原理的波长编码变栅距光栅位移传感机理研究。目前常用的直线光栅编码器易于实现相对位移的高精度测量，但它在移动滑轨内集成了光栅莫尔信号的解调模块，非全光型且不易于实现绝对位置探测。
    [n0003] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，具有结构紧凑、探头全光型、单模光纤传输、高线性度的绝对位移传感器等特点。
    [n0004] 本实用新型的技术方案为：
    [n0005] 一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，包括有宽带光源、环形器、解调仪、传感器外壳、固定于传感器外壳内壁上的传感器调节架、固定于传感器调节架内且沿传感器调节架径向对称的微型导轨和复合型光栅组件、固定于微型导轨内嵌滑块上的双反射镜、连接于传感器调节架一端上的准直器调节架、以及固定于准直器调节架上的大光斑准直器，所述的宽带光源的出射端与环形器的一端口连接，环形器的二端口通过单模光纤与大光斑准直器的输入端连接，环形器的三端口与解调仪连接，所述的双反射镜包括有两个反射面且两个反射面之间形成锐角，大光斑准直器的输出端朝向双反射镜的其中一个反射面，双反射镜的另一个反射面朝向复合型光栅组件。
    [n0006] 所述的准直器调节架为圆环形结构，其邻近内端的外壁上固定设置有三个沿周向均匀分布的耳板，准直器调节架的外壁上设置有外螺纹，准直器调节架螺纹连接于传感器调节架一端上，三个耳板位于传感器调节架内，传感器调节架上螺纹连接有三个紧定螺钉，三个紧定螺钉分别抵住三个耳板。
    [n0007] 所述的复合型光栅组件由等栅距光栅和变栅距光栅组成。
    [n0008] 所述的微型导轨的内嵌滑块上固定有反射镜固定座，所述的双反射镜固定于反射镜固定座上，反射镜固定座上连接有连杆，连杆的外端延伸至传感器调节架外部，通过连杆调节双反射镜位于微型导轨上的位置。
    [n0009] 本实用新型的优点：
    [n0010] 本实用新型类似于绝对角度测量的绝对式光栅码盘，将直线编码器中的等栅距光栅替换为变栅距光栅，采用衍射光自准直接收结构从而构建一种波长与位置的绝对编码，并采用光纤耦合输入/输出连接方式进行光电解调，通过波长变化解调出位移变化。本实用新型可以用于航天、航空、工业生产中电磁场较强的地段，代替现有的电磁式位移传感器，具有结构紧凑、探头全光型、单模光纤传输、高线性度等优点，具有很宽的应用前景。
    [n0011] 图1是本实用新型的结构示意图。
    [n0012] 图2是本实用新型准直器调节架连接于传感器调节架上的右视图。
    [n0013] 图3是本实用新型准直器调节架连接于传感器调节架上的左视图。
    [n0014] 图4是本实用新型复合型光栅组件的结构示意图。
    [n0015] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
    [n0016] 见图1，一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，包括有宽带光源1、环形器2、解调仪3、传感器外壳4、固定于传感器外壳4内壁上的传感器调节架5、固定于传感器调节架5内且沿传感器调节架5径向对称的微型导轨6和复合型光栅组件7、固定于微型导轨6内嵌滑块上的反射镜固定座8、固定于反射镜固定座8上的双反射镜9、内端连接于反射镜固定座8上的连杆10、连接于传感器调节架5一端上的准直器调节架11、以及固定于准直器调节架11上的大光斑准直器12，宽带光源1的出射端与环形器2的一端口连接，环形器2的二端口通过单模光纤13与大光斑准直器12的输入端连接，环形器2的三端口与解调仪3连接，连杆10的外端延伸至传感器调节架5外部，通过连杆10调节双反射镜9位于微型导轨6上的位置，双反射镜9包括有两个反射面且两个反射面之间形成锐角，大光斑准直器12的输出端朝向双反射镜9的其中一个反射面，双反射镜9的另一个反射面朝向复合型光栅组件7。
    [n0017] 见图2和图3，准直器调节架11为圆环形结构，其邻近内端的外壁上固定设置有三个沿周向均匀分布的耳板，准直器调节架11的外壁上设置有外螺纹，准直器调节架11螺纹连接于传感器调节架5一端上，三个耳板位于传感器调节架5内，传感器调节架5上螺纹连接有三个紧定螺钉14，三个紧定螺钉14分别抵住三个耳板，采用一拉三顶的方式，对准直器调节架11上的大光斑准直器12的角度在一定范围内进行调节；
    [n0018] 宽带光源1发出的宽频光由环形器2的一端口传入，经环形器2的二端口与大光斑准直器12的输入端相连后入射至双反射镜9的其中一反射面上，然后反射至双反射镜9的另一反射面上，经双反射镜9的另一反射面反射至复合型光栅组件7，复合光栅组件7所产生的一束衍射光包含有2个波长信息，以自准直状态沿原路返回，经大光斑准直器12传入环形器2，环形器2的三端口与解调仪3相连，通过波长变化解调出位移变化。
    [n0019] 见图4，复合型光栅组件7由等栅距光栅和变栅距光栅组成，一束包含有很多波长的宽频光入射到变栅距光栅的表面，当已知入射点处的光栅周期DX、入射角θin和衍射角θout，则由光栅方程求出衍射光线的波长λX。在自准直情况下，θin＝-θout＝θ，此时光栅方程简化为：
    [n0020] 2Dx sinθ＝mλx (1)，
    [n0021] 取一级衍射光，m＝1，假设变栅距光栅的周期DX和位移x的关系式为：
    [n0022] DX＝D0+D1×x+D2×x2+D3×x3 (2)，
    [n0023] 因采用高线性度变栅距光栅的设计方案，不失一般性，将高次项略去，综合以上，仅保留一次项进行简化处理为：
    [n0024] D0+D1×x＝λx/2 sinθ (3)，
    [n0025]
    [n0026] 从上式可以看出，在θ已知的情况下，利用光谱仪测出衍射波长λx，则可以计算出位移x。
    [n0027] 当周围温度变化，导致谱线产生偏移时由于整体漂移的原因，两个波长均产生大小相同的偏移；通过参考光获取这个Δλ的具体值，从而对待测波长进行相应的补偿即可。
    [n0028] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
    权利要求:
    Claims (4)
    [0001] 1.一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，其特征在于：包括有宽带光源、环形器、解调仪、传感器外壳、固定于传感器外壳内壁上的传感器调节架、固定于传感器调节架内且沿传感器调节架径向对称的微型导轨和复合型光栅组件、固定于微型导轨内嵌滑块上的双反射镜、连接于传感器调节架一端上的准直器调节架、以及固定于准直器调节架上的大光斑准直器，所述的宽带光源的出射端与环形器的一端口连接，环形器的二端口通过单模光纤与大光斑准直器的输入端连接，环形器的三端口与解调仪连接，所述的双反射镜包括有两个反射面且两个反射面之间形成锐角，大光斑准直器的输出端朝向双反射镜的其中一个反射面，双反射镜的另一个反射面朝向复合型光栅组件。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，其特征在于：所述的准直器调节架为圆环形结构，其邻近内端的外壁上固定设置有三个沿周向均匀分布的耳板，准直器调节架的外壁上设置有外螺纹，准直器调节架螺纹连接于传感器调节架一端上，三个耳板位于传感器调节架内，传感器调节架上螺纹连接有三个紧定螺钉，三个紧定螺钉分别抵住三个耳板。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，其特征在于：所述的复合型光栅组件由等栅距光栅和变栅距光栅组成。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器，其特征在于：所述的微型导轨的内嵌滑块上固定有反射镜固定座，所述的双反射镜固定于反射镜固定座上，反射镜固定座上连接有连杆，连杆的外端延伸至传感器调节架外部，通过连杆调节双反射镜位于微型导轨上的位置。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202120419820.XU|CN214333832U|2021-02-23|2021-02-23|一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器|CN202120419820.XU| CN214333832U|2021-02-23|2021-02-23|一种基于复合栅型结构的单光束绝对位置传感器|
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