专利名称：光学位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微小位移测量的光学仪器。
光学位移传感器是应用光学原理并采用光电探测器来获得位移信号的非接触式传感器。测量微小位移的光学传感器的基本方法是用一探测光束通过会聚透镜，在被测物附近聚焦。当被测物上会聚透镜的距离发生变化时从被测物反射的光束将发生变化(发散或者会聚)。该光束经过一个辅助光学元件后变成在光束横截面上呈非圆对称分布的光束。该光束用象限分割的光电探测器接收，再转化成位移信号。例如日本专利，特开昭56－7246号介绍的光学位移传感器就是利用了上述方法。其装置结构如
图1所示。它是由探测光源［1］、透镜［2］、分光棱镜［3］、会聚物镜［4］、反射棱镜［5］和二象限光电探测器［6］所组成。当被测物［7］正好处于物镜［4］焦面上时，从被测物反射回的光束为圆对称平行光，将反射棱镜［5］调整到全反射的临界角位置上，此时反射回来的光束均被全反射，设置在光束中心轴上的二象限光电探测器的两限象接收到光信号相同，输出为零，如图1(a)。若被测物离开物镜焦面时，反射回来的光束则成为一发散或会聚光束，则有一部分光以小于临界角的角度入射到反射棱镜而透过，另一部分光则以大于临界角的角度入射而被全反射到探测器上，使探测器输出或正或负的信号。例如当被测物与物镜的距离小于物镜焦面时，反回光束是发散光束，这样，只有下半部的光线被全反射，探测器左边接收的光信号就小于右边的光信号。输出大于0，如图1(b)。当被测物远离焦面时，情况则相反，如图1(a)。这样通过探测器两象限接收到光信号的变化转化成被测物的位移变化量。上述光学位移传感器由于采用了辅助光学元件，使其结构复杂，装调困难，成本增加。
本实用新型目的在于克服上述传感器的缺点，设计出一种结构简单、装调方便、成本低廉的光学位移传感器。
本实用新型由探测光源［1］、分光元件［3］、会聚透镜［4］和二象限光电探测器［6］所组成，其特征在于所说的二象限光电探测器的象限分割线与该分光元件的反射光束光轴有一定间距ΔA。本实用新型的特点是利用离轴探测的原理，不需用辅助光学元件就可以获得离焦信号。其基本工作原理如图2所示由于二象限光电探测器偏离光束光轴放置，则从被测表面反射而来的光入射到光器探测器的左右两边(A和B)的光强度不同，产生不同的光电输出信号A和B，将其中一信号(例如A)放大G倍并与另一信号(如B)相减，即得到光电探测器的差动输出信号I＝GA－B(1)当被测物与测点光束的会聚光点距离发生变化时，从被测物反射的光束将相对于反射前的探测光束发生会聚或者发散的变化。这种变化对光电探测器两边的影响不同，因而输出信号I就反映了位移量ΔZ0放大倍数G参数的选择是这样确定的当被测物距会焦光点的距离ΔZ为零时，得光电探测器较小输出的信号(例如A)放大G倍并使之等于另一端的输出(例如B)，也即使差动信号为零I＝GA－B＝0(2)从而确定出G参数为两信号之比值G＝B／A(3)被测物位移的方向不同(即靠近或者远离会聚透镜)时，差动信号I的符号将发生变化(或正或负)，位移距离越大，差动信号的绝对值越大，适当选择光束和各元件的参数以及各元件的距离，确定不同的G参数可以获得不同的测量范围、灵敏度和测量线性度，其中，偏心量ΔA以反射光到达探测器表面时的最大半径为限。
附图简要说明图1为已有技术的一种光学位移传感器示意图；图2为本实用新型结构示意图；图3为本实用新型一种实施例结构示意图。
其中［1］探测光源；［2］透镜；［3］分光棱镜；［31］分光片；［4］会聚透镜；
［5］反射棱镜；［6］二象限光电探测器；［7］被测物。
本实用新型一种实施例如图3所示。由探测光源［1］、透镜［2］、分光片［31］、会聚透镜［4］、二象限光电探测器［6］所组成。由光源［1］发出的光束经透镜［2］准直成为一平行光，经部分反射部分透射的分光片［31］透射进入会聚透镜［4］，成会聚光束由被测物［7］表面反射重新沿原光路经过分光片［31］反射后直接进入探测器。探测器的象限分割线与该光束光轴距离ΔA为0.8mm。该实施例其他元件参数如下会聚透镜［4］的数值孔经N。A为0.60，其焦距为3.58mm。探测光源采用半导体激光器，其光束直径为5.8mm，探测器与透镜［4］的距离为150mm，该仪器的放大倍数G为6.75。
权利要求1.一种光学位移传感器，由探测光源[1]、分光元件[3]、会聚透镜[4]和二象限光电探测器[6]所组成，其特征在于所说的二象线光电探测器的象线分割线与该分光元件反射光束光轴有一定间距ΔA。
专利摘要一种光学位移传感器，属于微小位移测量的光学仪器。本实用新型是一种非接触式光学位移传感器，其特点是不用辅助光学元件，而是采用离轴设置的象限分割光电探测器直接探测被测物的反射光。该仪器结构简单，装调方便，成本低廉。
文档编号G01B11/02GK2047780SQ8920385
公开日1989年11月15日 申请日期1989年4月6日 优先权日1989年4月6日
发明者巩马理, 潘龙法, 范易伟, 徐端颐 申请人:清华大学