专利名称：激光相关测量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于相关测量的传感器，属于相关测量所用传感器的创新技术。
现有相关测量所用的传感器，大多采用将两个普通光源作为两照射光束的结构，其存在的缺点是测量用两束光的功率大小难于保持精确一致，且其照射到被测物体表面上的区域为一个面，因此，相关测量的精度较低，不能与现代化工业生产的要求相适应，特别是工业生产中许多贵重物品的速度及长度测量，迫切需要精度高的测量传感器。
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种不仅测量精度高，测量范围广，而且分辨率高的激光相关测量传感器。
本实用新型的原理框图如
图1所示，包括有发射部分和接收部分，其中发射部分包括有半导体激光器A、准直镜B、分束器C、整形镜D，接收部分包括有接收透镜E、PIN光电二极管F、G，准直镜B置于半导体激光器A与分束器C之间，整形镜D置于分束器C与被测物体之间，接收透镜E置于能接收到被测物体表面反射光的位置，PIN光电二极管F、G置于接收透镜E的前端。
以下结合附图详细说明本发明的具体结构及工作情况图1为本实用新型的原理框图；图2为本实用新型中发射部分的结构示意图3为本实用新型中接收部分的结构示意图。
本实用新型的原理框图如图1所示，包括有发射部分和接收部分，其中发射部分包括有半导体激光器A、准直镜B、分束器C、整形镜D，接收部分包括有接收透镜E、PIN光电二极管F、G，准直镜B置于半导体激光器A与分束器C之间，整形镜D置于分束器C与被测物体之间，接收透镜E置于能接收到被测物体表面反射光的位置，PIN光电二极管F、G置于接收透镜E的前端。本实用新型发射部分的结构示意图如图2所示，上述半导体激光器A为红光激光发射管(18)，准直镜B为准直透镜(16)，分束器C包括有分光棱镜(15、8)、整形镜D包括有柱面透镜(9、9A)，其中激光发射管(18)置于镜座(17)中部所设的孔位上，准直透镜(16)、分光棱镜(15)均置于镜座(17)内，且准直透镜(16)置于激光发射管(18)与分光棱镜(15)之间，分光棱镜(8)、柱面透镜(9、9A)均置于镜座(11)内，且柱面透镜(9、9A)并排置于分光棱镜(8)的前端，并分别卡置于镜座(11)中部所设的孔位上，镜座(17、11)分别套置于外套(6)的两端，镜座(17、11)之间设有长隔套(5)。上述分光棱镜(15、8)输出光束的间距h为4-8mm，为安装及调整方便，上述激光发射管(18)与准直透镜(16)之间设有垫圈(2)，准直透镜(16)与分光棱镜(15)之间设有垫圈(3)，分光棱镜(15)的前端设有垫圈(4)，并通过连接在镜座(17)端部的螺纹压圈(14)压紧。另外，上述分光棱镜(8)与柱面透镜(9、9A)之间设有垫圈(12)，分光棱镜(8)的后端设有垫圈(7)，并通过连接在镜座(11)端部的螺纹压圈(13)压紧。且上述外套(6)的端部、镜座(17、11)的外侧分别设有螺纹压圈(1、10)，以使镜座(17、11)固定在外套(6)内。
本实用新型接收部分的结构示意图如图3所示，其中接收透镜E包括有透镜(23、25)、PIN光电二极管F、G为光电管(27、27A)，其中透镜(23、25)分别相对设置在外套(21)内，光电管(27、27A)并排对称设置在外套(21)内、透镜(25)的前端。上述光电管(27、27A)的面积为3×3mm2，其输出端还设有信号调理装置(29)，以满足后续信号处理装置的数据采集要求。上述信号调理装置(29)为设有两路若干级前置放大电路的印刷电路板，在实际应用中信号调理装置(29)采用两路单级前置放大电路即可。同理，为安装及调整方便，上述透镜(23、25)之间设有隔圈(24)，光电管(27、27A)通过连接件固装在信号调理装置(29)上，且透镜(25)与信号调理装置(29)之间设有长隔套(26)。为避免两束激光的相互影响，光电管(27、27A)的外侧分别设有遮挡圈(28、28A)。另外，透镜(23)及信号调理装置(29)的外侧分别通过连接在外套(21)两端的螺纹压圈(22、30)压紧。
本实用新型用于测量时，将发射部分和接收部分置于分别能照射到被测物体表面和能接收到被测物体表面反射光的位置上，将激光发射管(18)与稳功率电源连接，开启稳功率电源，则激光发射管(18)输出具有一定发散角的光束，经准直透镜(16)后将其准直为一个发散角仅为0.5mrad的平面波束，随之分光棱镜(15、8)将一束光平均分为两束平行光，随后柱面透镜(9、9A)将两个圆形光斑修整为两个宽度仅为0.15mm，长度为2mm的狭长椭圆光斑而照射在被测物体表面上，两束狭长椭圆光斑在采样上不仅使得被测物体的微细结构不会由于光斑卷积作用而被平均化，以充分获取速度信息的高频成份，而且保证了前后两个光斑已有足够多的重叠轨迹，从而降低了沿速度方向的安装精度要求，确保了两束光采样信号的相关性。接收部分中的透镜(23、25)接收到被测物体表面的反射光，并照射到光电管(27、27A)上，再经信号调理装置(30)将两路随机相关噪声信号放大，由于光电管(27、27A)的面积为3×3mm2，与狭长椭圆光斑的大小相仿，故光路结构采用4f成象系统，以将两束光之间的信号窜扰降至可以接受的程度。本实用新型中信号调理装置(29)输出的两路随机相关噪声信号被其后续信号处理装置中的数据采集卡采集和存储，并随之将数据送到互相关分析仪进行互相关分析运算，即可求出被测物体的速度及长度。
本实用新型由于采用了单激光器的结构，所以当光源功率即使发生漂移，也能保证两束光漂移的大小与方向相同，漂移产生的误差会在互相关运算分析中加以抵消，从而保证测量的精确度；同时，由于激光束可以聚焦在很小的区域内，其能量几乎可以集中在空间的一条直线或一个点处，当被测物体相对于敏感器件运动时，固体表面随机噪声引起的随机调制作用所受到的空间低通滤波效应将会大大减弱，从而保证随机信号有较宽的频带及有较高的空间和时间分辨率。另外，本实用新型因其平行光束的入射点就是测量探头，故其测量过程中对被测物体没有干扰，不受环境条件的限制，因此，本测量传感器可用于各种场合进行测量，尤其是可以方便地用在有毒、高温或具有腐蚀性的场合；本实用新型是一种测量精度高，测量范围广，而且分辨率高的激光相关测量传感器。
权利要求1.一种激光相关测量传感器，其特征在于包括有发射部分和接收部分，其中发射部分包括有半导体激光器A、准直镜B、分束器C、整形镜D，接收部分包括有接收透镜E、PIN光电二极管F、G，准直镜B置于半导体激光器A与分束器C之间，整形镜D置于分束器C与被测物体之间，接收透镜E置于能接收到被测物体表面反射光的位置，PIN光电二极管F、G置于接收透镜E的前端。
2.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于上述半导体激光器A为激光发射管(18)，准直镜B为准直透镜(16)，分束器C包括有分光棱镜(15、8)、整形镜D包括有柱面透镜(9、9A)，其中激光发射管(18)置于镜座(17)中部所设的孔位上，准直透镜(16)、分光棱镜(15)均置于镜座(17)内，且准直透镜(16)置于激光发射管(18)与分光棱镜(15)之间，分光棱镜(8)、柱面透镜(9、9A)均置于镜座(11)内，且柱面透镜(9、9A)并排置于分光棱镜(8)的前端，并分别卡置于镜座(11)中部所设的孔位上，镜座(17、11)分别套置于外套(6)的两端，镜座(17、11)之间设有长隔套(5)。
3.根据权利要求2所述的测量传感器，其特征在于上述激光发射管(18)与准直透镜(16)之间设有垫圈(2)，准直透镜(16)与分光棱镜(15)之间设有垫圈(3)，分光棱镜(15)的前端设有垫圈(4)，并通过连接在镜座(17)端部的螺纹压圈(14)压紧。
4.根据权利要求2所述的测量传感器，其特征在于上述分光棱镜(8)与柱面透镜(9、9A)之间设有垫圈(12)，分光棱镜(8)的后端设有垫圈(7)，并通过连接在镜座(11)端部的螺纹压圈(13)压紧。
5.根据权利要求2或3或4所述的测量传感器，其特征在于上述外套(6)的端部、镜座(17、11)的外侧分别设有螺纹压圈(1、10)。
6.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于上述接收透镜E包括有透镜(23、25)、PIN光电二极管F、G为光电管(27、27A)，其中透镜(23、25)分别相对设置在外套(21)内，光电管(27、27A)并排对称设置在外套(21)内、透镜(25)的前端。
7.根据权利要求6所述的测量传感器，其特征在于上述光电管(27、27A)的输出端还设有信号调理装置(29)。
8.根据权利要求7所述的测量传感器，其特征在于上述信号调理装置(29)为设有两路若干级前置放大电路的印刷电路板。
9.根据权利要求8所述的测量传感器，其特征在于上述透镜(23、25)之间设有隔圈(24)，光电管(27、27A)通过连接件固装在信号调理装置(29)上，且透镜(25)与信号调理装置(29)之间设有长隔套(26)。
10.根据权利要求7所述的测量传感器，其特征在于上述光电管(27、27A)的外侧分别设有遮挡圈(28、28A)，透镜(23)及信号调理装置(29)的外侧分别通过连接在外套(21)两端的螺纹压圈(22、30)压紧。
专利摘要本实用新型是一种用于相关测量的传感器,包括有发射部分和接收部分,其中发射部分包括有半导体激光器、准直镜、分束器、整形镜;接收部分包括有接收透镜、光电管。本实用新型由于采用单激光器的结构,故能保证两束光的大小与方向相同,从而保证测量的精确度;同时,由于激光束可以聚焦在很小的区域内,其能量几乎可以集中在空间的一条直线或一个点处,从而保证随机信号有较宽的频带及有较高的空间和时间分辨率。本实用新型是一种测量精度高,测量范围广,而且分辨率高的激光相关测量传感器。
文档编号G01D5/30GK2370393SQ9923534
公开日2000年3月22日 申请日期1999年2月4日 优先权日1999年2月4日
发明者郑莹娜, 刘强, 陈长缨, 李扬, 司徒忠, 李定华, 吴黎明, 唐露新 申请人:广东工业大学