基于cis的光电式位移传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及位移传感器技术领域，特别是一种基于接触式图像传感器CIS的光电式位移传感器。
【背景技术】
[0002]位移传感器是工业和民用工程结构中工程安全监测以及工程自动化监测监控系统的重要监测器件之一，其广泛应用于监测水工建筑物、隧道、桥梁、铁路、公路等工程的安全性和稳定性，涉及例如岩土工程结构的位移、变形位移监测及数据采集等。目前广泛应用的位移传感器有电位器式位移传感器、超声波位移传感器、磁致伸缩位移传感器、振弦式位移传感器以及光电式位移传感器等。
[0003]其中，电位器式位移传感器其基本原理是通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或某种函数关系的电阻或电压输出，滑动电阻式位移传感器是一种应用较早的位移传感器，其基本原理是将被测物体位置的变化(变形)转换成与之有对应关系的电阻值的变化，实际上就是利用一个滑动变阻器作为分压器使用，以相对电压来测量计算位移变化，后来也有用多圈电位器来感应位移，即多圈电位器式位移传感器，电位器式位移传感器结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉，但是由于其存在机械触点，在振动应用环境中例如道路、桥梁等应用环境中，长期振动会导致触点接触不良，且电位器式位移传感器很难做到密封，限制了其在潮湿环境中的应用。超声波位移传感器是利用超声波遇到障碍物后反射，接收到反射脉冲后根据声速计算其与障碍物之间的距离，超声波位移传感器常用于物位监测系统，但是其测量精度不高，误差较大，不能应用于对测量精度要求高的位移测量。磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩原理通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置，其测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。磁致伸缩位移传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，并且能应用在高温、高压和高振荡的环境中，但是磁致伸缩位移传感器对电源的要求非常高，必须保证电压非常稳定的电源输入，否则位移测量的输出结果不正常，这使得其在工程现场的应用受到限制。振弦式位移传感器是以拉紧的金属弦作为敏感元件将被测物理量的变化转换成与之有对应关系的频率的变化，振弦式位移传感器虽然具有结构简洁、可靠耐用的特点，但是在振动环境中会导致其抗干扰性能差，这是振弦式传感器(包括振弦式位移传感器)原理本身不可克服的缺点。光电式位移传感器，常用的激光光电式位移传感器其基本原理是通过激光发射器镜头将激光射向被测物体表面，经被测物体反射的激光通过接收器镜头(例如相机镜头)接收，根据角度及已知的激光发射器镜头和接收器镜头之间的距离计算出其与被测物体之间的距离，激光位移传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化，主要应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量，但是其只适合于某些特定的场合应用，且由于其激光系统需求高精密的透镜系统和复杂的信号处理电路，导致其价格昂贵，不适用于工程现场中大量应用。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有的电位器式位移传感器不适用于振动及潮湿等恶劣环境中应用的问题，及超声波位移传感器、磁致伸缩位移传感器、振弦式位移传感器和激光光电式位移传感器抗干扰能力差，精度低或价格昂贵的问题，提供一种新型的CIS光电式位移传感器，具有价格低廉、结构简洁、性能更加稳定可靠，高分辨率、高准确度等优点，不但可以大大节约传感器成本，并且非常适用于大量工程检测应用。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种基于CIS的光电式位移传感器，其特征在于，包括外保护筒、传感器芯体、位移滑杆、CIS接触式图像传感器、测量控制电路板和电缆，所述传感器芯体、CIS接触式图像传感器和测量控制电路板均封装于外保护筒内，所述传感器芯体的一侧沿长度方向开设滑道且相对应的另一侧沿长度方向设置安装槽，所述安装槽与滑道之间留有沿传感器芯体长度方向设置的狭缝且安装槽与滑道通过所述狭缝相通，所述位移滑杆的一部分在所述滑道中滑动且位移滑杆另外的部分从滑道中伸出至外保护筒外，所述CIS接触式图像传感器和测量控制电路板相互连接且均固定设置于传感器芯体的安装槽内，所述CIS接触式图像传感器通过狭缝接收位移滑杆的反射光并转换为电压信号输出至测量控制电路板，所述测量控制电路板与电缆连接，所述电缆引出至外保护筒外。
[0007]所述CIS接触式图像传感器包括线阵CMOS图像传感器、LED光源和透镜，所述线阵CMOS图像传感器设置于PCB基板上，所述透镜接收LED光源照射位移滑杆后的反射光并汇聚成像于线阵CMOS图像传感器上，所述线阵CMOS图像传感器将光信号转换为电压信号输出至测量控制电路板。
[0008]所述测量控制电路板包括依次连接的高速图像采集电路、微控制器和通讯接口电路，所述线阵CMOS图像传感器分别与高速图像采集电路和微控制器相连接。
[0009]所述滑道为供位移滑杆沿传感器芯体长度方向自由滑动的圆孔，所述安装槽为凹槽。
[0010]所述测量控制电路板上还设置有输入输出接口，所述输入输出接口分别与通讯接口电路和电源电路相连接；和/或，所述高速图像采集电路为高速AD采集电路。
[0011]所述位移滑杆为不锈钢杆，所述位移滑杆在滑道中滑动部分的端头设置定位销，所述定位销自安装槽沿狭缝穿入并且随着位移滑杆的滑动所述定位销在狭缝内滑动，所述狭缝的长度小于安装槽的长度。
[0012]所述LED光源为条形LED光源阵列，所述透镜为平行排列的柱状透镜。
[0013]所述外保护筒与传感器芯体的两端采用第一 O型密封圈密封。
[0014]所述位移滑杆伸出部位与圆孔采用第二 O型密封圈密封。
[0015]所述电缆采用防水接头引出。
[0016]本发明的技术效果如下:
[0017]本发明涉及的基于CIS的光电式位移传感器，包括外保护筒、传感器芯体、位移滑杆、CIS接触式图像传感器、测量控制电路板和电缆，传感器芯体的一侧沿长度方向开设滑道且相对应的另一侧沿长度方向设置安装槽，安装槽与滑道之间留有沿传感器芯体长度方向设置的狭缝且安装槽与滑道通过所述狭缝相通，位移滑杆的一部分在滑道中滑动且位移滑杆另外的部分从滑道中伸出至外保护筒外，Cis接触式图像传感器和测量控制电路板相互连接且均固定设置于传感器芯体的安装槽内，CIS接触式图像传感器接收位移滑杆的反射光并转换为电压信号输出至测量控制电路板，测量控制电路板与电缆连接，电缆引出至外保护筒外。该基于Cis的光电式位移传感器通过在传感器芯体中的一侧设置滑道和在滑道内可以沿传感器芯体长度方向自由移动的位移滑杆，以及传感器芯体的相应另一侧相对应设置的安装槽和安装槽内的CIS接触式图像传感器和测量控制电路板，安装槽与滑道通过狭缝相通，故Cis接触式图像传感器能够将自身内部光源通过狭缝照射位移滑杆以及能够通过狭缝接收光源照射位移滑杆后的反射光投影图像并在感光后将光信号转换为电压信号输出至测量控制电路板。Cis接触式图像传感器的光源照射在位移滑杆上时，位移滑杆的反射光由Cis接触式图像传感器感光吸收，导致CIS接触式图像传感器的像元被照亮而成为亮像元，而没有位移滑杆的地方，由于没有反射光照射而保持暗像元状态，测量控制电路板根据接收的信号得到图像中明暗分界线的位置即为位移滑杆的位置。由于采用Cis接触式图像传感器，CIS接触式图像传感器内通常是线阵CMOS图像传感器作为图像传感单元，价格低廉，成像对比度高，具有高分辨率和高准确度的优点，使得整个光电式位移传感器的构成更加简洁并且结构紧凑，提高了光电式位移传感器的工作可靠性和稳定性，避免了现有的激光光电式位移传感器整体价格昂贵、处理电路复杂，很难实现大量工程测量应用的问题。同时本发明的基于CIS的光电式位移传感器中的CIS接触式图像传感器(或者说是其内的线阵CMOS图像传感器)和测量控制电路板形成了进行CIS图像检测的独特结构使得基于Cis的光电式位移传