一种精确测量二维面内位置与位置变化的装置和方法与流程

本发明涉及测量装置技术领域，特别是涉及一种精确测量二维面内位置与位置变化的装置和方法。

背景技术：

二维平面内位置的测量被广泛应用于控制、探测、测绘、机械生产自动化、图像显示以及研发等各个领域，如对目标对象进行位置的确定、跟踪目标对象的移动等。本发明提出一种精确测量二维平面内位置与位置变化的装置和方法，对控制、图像显示、机械生产自动化等众多领域有着重要意义。

目前的二维平面内位置测量由触摸传感器，变换电路等来实现。主要被应用于笔记本电脑、移动电子设备等领域，用来对对象的位置和位置的变化进行测量。但此类装置和方法结构较复杂，测量范围小，测量距离有限，且成本较高，分辨率较低，所采用的方法和原理较复杂，容易出故障，对应用产生不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低廉的测量位置与位置变化的装置及方法，该装置能够精确测量位置与位置的变化。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种精确测量二维面内位置与位置变化的装置，包括光源、透明导电层、光敏电阻层、电阻层、第一电源、第二电源和电压表；所述的透明导电层、光敏电阻层和电阻层依次层叠设置；所述的透明导电层和电阻层的两端分别镀有导电条作为正负电极引出端，且透明导电层的两导电条和电阻层的两导电条位置相互垂直；所述的第一电源的两个接线端分别连接透明导电层的两导电条；所述的第二电源的两个接线端分别连接电阻层的两导电条；所述电压表的两端分别连接透明导电层的一个导电条和电阻层的一个导电条；所述的光源与透明导电层相对设置。

所述的光源发出的光为激光、聚焦的可见光、聚焦的紫外光或红外光等各种光源。

所述的透明导电层由既透明又导电的材料制成，如ITO、AZO等；透明导电层的厚度为0～0.5mm。

所述的光敏电阻层由化合物半导体或元素半导体这类光电材料制成，化合物半导体如CdS、CdSe、PbS、PbSe、InSb等，元素半导体如Si或Ge等；光敏电阻层的厚度为0～0.1mm。

所述的电阻层由电阻材料制成，如镍铬合金或康铜等；电阻层的厚度为0～1mm。

所述的电源为直流电源或交流电源。

所述的透明导电层、光敏电阻层和电阻层均为二维面状结构。

所述的透明导电层和电阻层两端的导电条为均匀导电材料。

一种基于精确测量二维面内位置与位置变化的装置的测量方法，其步骤如下：

计算光点X坐标：

步骤1：打开第一电源，为透明导电层提供恒定的电压；

步骤2：打开光源，使光源发射的光照向透明导电层；

步骤3：通过电压表测出透明导电层上的光照点位置到其导电条之间的电压值；

步骤4：通过测得的电压值计算出透明导电层上的光照点位置到其边缘导电条的距离，进而得到该光照点在二维面内位置的x分量。如电压表测得透明导电层上的光照点位置到其导电条之间的电压为U_x，施加在透明导电层两端的电压为U_x0，透明导电层的总长度为L_x0，则根据U_x/U_x0＝x/L_x0，得到透明导电层上的光照点位置到其边沿导电条的距离x，进而得到光照点位置的x分量；

计算光点Y坐标：

步骤5：断开透明导电层上的第一电源，打开第二电源为电阻层提供恒定的电压；

步骤6：通过电压表测出电阻层上的光照点位置到其导电条之间的电压值；

步骤7：通过测得的电压值计算出电阻层上的光照点位置到其边缘导电条的距离，进而得到光照点在二维面内位置的y分量。如通过电压表测得电阻层上的光照点位置到其导电条之间的电压为U_y，施加在电阻层两端的电压为U_y0，透明导电层的总宽度为L_y0，则根据U_y/U_y0＝y/L_y0，得到电阻层上的光照点位置到其边沿导电条的距离y，进一步得到了光照点位置的y分量；

步骤8：通过步骤1-7，得到光照点在平面内位置的x分量与y分量，即得到光照点的位置。

步骤9：当光照点移动，电压表测得的电压值发生变化，根据变化前后电压表的数值，换算出相应的光照位置变化情况。

进一步，步骤3具体包括：

步骤101.照射到透明导电层上的光透过透明导电层照射到光敏电阻层；

步骤102.被光照射到的光敏电阻层的阻值急剧减小，使得光照处透明导电层与电阻层之间导通，透明导电层光照点处所对应电压即为电阻层相应光照点处所对应电压，此时电压表测得的电压即为透明导电层上的光照点位置到其导电条之间的电压。

同理，对于步骤6，电压表测得的电压为电阻层上的光照点位置到其导电条之间的电压。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明的测量装置包括光源、透明导电层、光敏电阻层、电阻层、电源和电压表。光照在该装置后，透过透明导电层照射到光敏电阻层，光敏电阻层阻值急剧减小，使得光照处透明导电层与电阻层之间导通，透明导电层光照点处所对应电压即为电阻层相应光照点处所对应电压，此时通过测得透明导电层及电阻层上的光照点位置到其各自导电条之间的电压，进而计算出平面内光点位置的X坐标及Y坐标，从而得到光照点的位置。当光照点移动，电压表测得的电压值发生变化，根据变化前后的数值，可换算出相应的光照位置变化情况。该方法和装置具有结构和原理简单、成本低廉的优点，可被用于监测、精密测量及自动化控制等领域。

本发明的测试方法为通过测量透明导电层及电阻层上的光照点位置到其各自导电条之间的电压值，计算出二维平面内光照点位置的X坐标与Y坐标，最终得到光照点的位置。当光照点移动，测得的电压值发生变化，可换算出相应的位置变化。该测量装置的结构简单，易于维护，降低了测量位置及位置变化的成本，测量精度较高。

【附图说明】

图1为本发明的结构示意图；

图中：1为光源；2为透明导电层；3为光敏电阻层；4为电阻层；5为第一电源；6为第二电源；7为电压表。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明具体的细节。

如图1所示为本发明的一种二维平面内位置与位置变化精确测量的装置，包括光源1、透明导电层2、光敏电阻层3、电阻层4、第一电源5、第二电源6以及电压表7。所述光敏电阻层3位于电阻层4之上，透明导电层2位于光敏电阻层3之上，即光敏电阻层3位于透明导电层2与电阻层4之间。所述的透明导电层2和电阻层4的两端分别镀有导电条作为正负电极引出端，且透明导电层2和电阻层4的导电条位置相互垂直；所述第一电源5的两个接线端分别连接透明导电层2的两导电条；所述第二电源6的两个接线端分别连接电阻层4的两导电条。所述电压表7的两端分别连接透明导电层2的一个导电条和电阻层4的一个导电条；光源1发出的光照射到透明导电层2上的一点。

所述光源1发出的光可为激光，聚焦的可见光，聚焦的紫外光或红外光等各种光源；透明导电层2由既透明又导电的材料制成，如ITO、AZO等；透明导电层2的厚度为纳米级到微米级。光敏电阻层3由化合物半导体或元素半导体这类光电材料制成，化合物半导体如CdS、CdSe、PbS、PbSe、InSb等，元素半导体如Si或Ge等；光敏电阻层3的厚度为纳米级到微米级。电阻层4由电阻材料制成，如镍铬合金或康铜等；电阻层4的厚度为纳米级到毫米级。

透明导电层2、光敏电阻层3和电阻层4均为二维面状结构。

透明导电层2、光敏电阻层3、电阻层4等可以通过真空蒸镀、磁控溅射、旋涂、等离子镀膜、化学气相沉积等各类镀膜方式实现。

所述的透明导电层2和电阻层4两端的导电条为均匀导电材料。

一种基于所述的二维面内位置与位置变化测量装置的测量方法，其步骤如下：

步骤1：打开第一电源5，为透明导电层2提供恒定的电压；

步骤2：打开光源1，使光源1发射的光照向透明导电层2；

步骤3：通过电压表7测出透明导电层2上的光照点位置到其导电条之间的电压值，具体包括：

步骤101.照射到透明导电层2上的光透过透明导电层2照射到光敏电阻层3；

步骤102.被光照射到的光敏电阻层3的阻值急剧减小，使得光照处透明导电层2与电阻层4之间导通，透明导电层2光照点处所对应电压即为电阻层4相应光照点处所对应电压，此时，电压表7测得的电压即为透明导电层2上的光照点位置到其导电条之间的电压。

步骤4：通过测得的电压值计算出透明导电层2上的光照点位置到其边缘导电条的距离，进而得到该光照点在二维面内位置的x分量。如电压表7测得透明导电层2上的光照点位置到其导电条之间的电压为U_x，施加在透明导电层2两端的电压为U_x0，透明导电层2的总长度为L_x0，则根据U_x/U_x0＝x/L_x0，得到透明导电层2上的光照点位置到其边沿导电条的距离x，进而得到光照点位置的x分量；

按照以上方法，计算光点Y坐标：

步骤5：关闭第一电源5，打开第二电源6，为电阻层4提供恒定的电压；

步骤6：通过电压表7测出电阻层4上的光照点位置到其导电条之间的电压值，原理同步骤3；

步骤7：通过测得的电压值计算出电阻层4上的光照点位置到其边缘导电条的距离，进而得到光照点在二维面内位置的y分量。如通过电压表7测得电阻层4上的光照点位置到其导电条之间的电压为U_y，施加在电阻层4两端的电压为U_y0，透明导电层2的总宽度为L_y0，则根据U_y/U_y0＝y/L_y0，得到电阻层4上的光照点位置到其边沿的距离y，进一步得到了光照点位置的y分量；

步骤8：通过步骤1-7，得到光照点在二维面内位置的x分量与y分量，即得到光照点的位置。

步骤9：当光照点移动，电压表7测得的电压值发生变化，根据变化前后电压表7的数值，换算出相应的光照位置变化情况。

本发明由光源1、透明导电层2、光敏电阻层3、电阻层4、第一电源5、第二电源6及电压表7所组成。测量原理是：光源1射出的光照射到透明导电层2，由于透明导电层2具有透光性，从光源1射出的光会透过透明导电层2到达光敏电阻层3，光敏电阻层3由半导体光敏电阻材料构成，受到光照电阻急剧减小，使得光照处透明导电层2与电阻层4导通，落在电阻层4上的光照点对应位置的电压通过导通位置反映在透明导电层2上，此时电压表7分别测得透明导电层2及电阻层4上的光照点位置到其各自导电条之间的电压。根据测量电压及提供的总电压，进而计算出平面内光点位置的X坐标及Y坐标，从而得到光照点的位置。当光照点移动，测量的电压值发生变化，可换算出相应的光照位置变化数值。本发明具有结构和原理简单、成本低廉、精确度高等优点，可被应用于监测、精密测量及自动化控制等领域。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。