位移测量装置的制作方法

本实用新型涉及测量技术领域，尤其涉及一种位移测量装置。

背景技术：

在工程结构测试技术领域中，位移测量装置已被广泛的使用。通过测试结构有关部位的位移，可以了解其在荷载作用下的应力分布情况及内力情况，从而了解结构的性能及承载能力等。

在传统的位移测量装置中，都设置有位移传感器。常见的位移传感器包括：线性可变差动变压器（Linear Variable Differential Transformer，LVDT）、电涡流位移传感器、磁致伸缩位移传感器、容栅位移传感器、磁栅位移传感器、磁阻位移传感器、光栅位移传感器等。这些常见的位移传感器针对低速、小位移的测量中都表现出良好的性能，测试准确度、可靠性都较高。但是，这些常见的位移传感器却不能胜任高速（大于20m/s）、大位移（大于1m）的测试领域。因此，如何对高速位移进行准确的测量，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种位移测量装置，用以解决高速位移的测量问题，扩大位移测试装置的应用领域。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种位移测量装置，包括：第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器相对位置固定不变，且所述第一光电传感器和所述第二光电传感器的信号相位相差90°；第一处理模组，连接所述第一光电传感器和所述第二光电传感器，用于将所述第一光电传感器和所述第二光电传感器输出的模拟信号进行整合处理，并转换成一方向信号和一步进信号；第二处理模组，连接所述第一处理模组，用于将所述步进信号转换成一位移模拟信号。

优选的，所述第一处理模组包括：比较器单元，连接所述第一光电传感器和第二光电传感器，用以将所述第一光电传感器输出的模拟信号转换成第一数字信号，并将所述第二光电传感器输出的模拟信号转换成第二数字信号；组合逻辑单元，连接所述比较器单元，用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号进行整合处理，并转换成一方向信号和一步进信号。

优选的，所述比较器单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器连接所述第一光电传感器，用于将所述第一光电传感器输出的模拟信号转换成第一数字信号；所述第二比较器连接所述第二光电传感器，用于将所述第二光电传感器输出的模拟信号转换成第二数字信号。

优选的，所述组合逻辑单元包括第一逻辑组、第二逻辑组和第三逻辑组，且所述第一逻辑组连接所述第二逻辑组，所述第二逻辑组连接所述第三逻辑组。

优选的，所述第二处理模组包括：微控制单元，连接所述组合逻辑单元，用于记录累加所述步进信号；转换器，连接所述微控制单元，用于将累加的步进信号转换成位移模拟信号。

优选的，所述微控制单元包括模数转换器和计算器，所述模数转换器同时连接所述第一传感器和所述第二传感器，用于采集所述第一光电转换器和所述第二光电转换器的模拟信号，并分别转换成第三数字信号和第四数字信号；所述计算器连接所述模数转换器，用于计算所述第三数字信号和所述第四数字信号的中间值，得到中值电平；所述第二处理模组还包括电阻单元，所述电阻单元将所述中值电平输出作为所述比较器单元的基准电压。

优选的，所述电阻单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，且所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻共同连接所述比较器单元；所述中值电平分别经所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻输出至所述比较器单元。

优选的，所述第二处理模组还包括低通滤波器，所述低通滤波器连接所述转换器，用于对所述位移模拟信号进行低通滤波处理。

优选的，所述位移测量装置还包括纸带，所述纸带具有多个宽度相等的条纹，所述条纹包括相互间隔排列的黑条纹和白条纹。

优选的，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器分别对准所述纸带，且所述第一光电传感器和所述第二光电传感器的位置相差N+0.5个条纹宽度，N为正整数。

本实用新型提供的位移测量装置，通过设置第一光电传感器和第二光电传感器，利用光电传感器可以高速工作的特定，实现了对高速位移的测量，扩大了所述位移测量装置的应用领域。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式的位移测量装置结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式的第一处理模组的结构示意图；

附图3是本实用新型具体实施方式的第二处理模组的结构示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式的位移测量装置电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的位移测量装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种位移测量装置，附图1是本实用新型具体实施方式的位移测量装置结构示意图，附图4是本实用新型具体实施方式的位移测量装置电路结构图。如图1所示，本具体实施方式所述的位移测量装置包括：第一光电传感器11、第二光电传感器12、第一处理模组13和第二处理模组14。

在所述位移测量装置中，所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12的相对位置固定不变，且所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12的信号相位相差90°。所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12可以为包括光电二极管的传感器，如图4所示，在实际应用的电路中，第一光电二极管U2和第二光电二极管U3可以采用如图所示的方式进行连接。附图4的连接方式只是示例，本领域技术人员可以根据实际需要以其他方式连接所述第一光电二极管的U2和所述第二光电二极管U3，只要确保两个光电二极管之间的信号相位差为90°即可。

如图1所示，所述第一处理模组13，连接所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12，用于将所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12输出的模拟信号进行整合处理，并转换成一方向信号和一步进信号。

附图2是本实用新型具体实施方式的第一处理模组的结构示意图。如图2所示，为了将所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12输出的模拟信号转变成与位移相关的信号，从而实现对位移的准确测量，优选的，如图2所示，所述第一处理模组13包括：比较器单元131和组合逻辑单元132。所述比较器单元131，连接所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12，用以将所述第一光电传感器11输出的模拟信号转换成第一数字信号，并将所述第二光电传感器12输出的模拟信号转换成第二数字信号；所述组合逻辑单元132，连接所述比较器单元131，用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号进行整合处理，并转换成一方向信号和一步进信号。如图4所示，在实际应用的电路中，所述比较器单元131可以包括至少一个运算放大器。为了提高运算效率，优选的，如图2所示，所述比较器单元131包括第一比较器1311和第二比较器1312，所述第一比较器1311连接所述第一光电传感器11，用于将所述第一光电传感器11输出的模拟信号转换成第一数字信号；所述第二比较器1312连接所述第二光电传感器12，用于将所述第二光电传感器12输出的模拟信号转换成第二数字信号。更优选的，所述第一比较器1311和所述第二比较器1312可以分别包括一运算放大器。如图4中所示，所述比较器单元131包括第一运算放大器U4B和第二运算放大器U4A，所述第一运算放大器U4B用于将所述第一光电二极管U2输出的模拟信号转换成第一数字信号，所述第二运算放大器U4A用于将所述第二光电二极管U3输出的模拟信号转换成第二数字信号。

优选的，如图2所示，所述组合逻辑单元132包括第一逻辑组1321、第二逻辑组1322和第三逻辑组1323，且所述第一逻辑组1321连接所述第二逻辑组1322，所述第二逻辑组1322连接所述第三逻辑组1323。为了提高运算效率及运算的准确度，如图4所示，在实际应用的电路中，所述第一逻辑组1321包括第一触发器U5B与第二触发器U5A，且所述第二触发器U5A与所述第二运算放大器U4A连接，所述第一触发器U5B与所述第一运算放大器U4B连接；所述第二逻辑组1322包括第一异或门U6A、第二异或门U6B、第三异或门U6C和第四异或门U6D；所述第三逻辑组1323包括第一与非门U7A、第二与非门U7B、第三与非门U7C和第四与非门U7D。所述第一运算放大器U4B输出的第一数字信号经所述第一触发器U5B处理后传输至所述第二异或门U6B，所述第二运算放大器U4A输出的第二数字信号经所述第二触发器U5A处理后传输至所述第一异或门U6A，而经所述第一异或门U6A和第二异或门U6B处理后的信号进行整合，通过所述第二与非门U7B计算后从端口P3.3输出一方向信号；同时，所述第一运算放大器U4B输出的第一数字信号和所述第二运算放大器U4A输出的第二数字信号同时输入所述第三异或门U6C，依次经所述第三异或门U6C、第四异或门U6D、第四与非门U7D、第三与非门U7C运算处理后，从端口P3.2输出一步进信号。

所述第二处理模组14，连接所述第一处理模组13，用于将所述步进信号转换成一位移模拟信号。

附图3是本实用新型具体实施方式的第二处理模组的结构示意图。如图2所示，为了将所述第一处理模组13输出的步进信号转换成位移模拟信号，从而实现对位移的准确测量，优选的，如图3所示，所述第二处理模组14包括：微控制单元141，连接所述组合逻辑单元132，用于记录累加所述步进信号；转换器142，连接所述微控制单元141，用于将累加的步进信号转换成位移模拟信号。如图4所示，在实际应用的电路中，所述微控制单元141可以包括一微处理器U9，所述转换器142可以为一处理器U10，所述微处理器U9对所述步进信号进行累加，所述处理器U10将累加的步进信号转换成一位移模拟信号。

为了对所述比较器单元131的电压进行校准，从而挑高位移测量的准确度，如图3所示，优选的，所述微控制单元141包括模数转换器1411和计算器1412，所述模数转换器1411用于采集所述第一光电转换器11和所述第二光电转换器12的模拟信号，并分别转换成第三数字信号和第四数字信号；所述计算器1412用于计算所述第三数字信号和所述第四数字信号的中间值，得到中值电平；所述第二处理模组14还包括电阻单元144，所述电阻单元144将所述中值电平输出作为所述比较器单元131的基准电压。优选的，所述电阻单元144包括第一电阻1441、第二电阻1442、第三电阻1443和第四电阻1444，且所述第一电阻1441、第二电阻1442、第三电阻1443和第四电阻1444共同连接至所述比较器单元131；所述中值电平分别经所述第一电阻1441、第二电阻1442、第三电阻1443、第四电阻1444输出至所述比较器单元131。如图4所示，在实际应用的电路中，所述第一电阻1441可以为第一定值电阻R1、所述第二电阻1442可以为第二定值电阻R4、所述第三电阻1443可以为第三定值电阻R3、所述第四电阻1444可以为第四定值电阻R12，所述中值电平可以分别经所述第一定值电阻R1和第二定值电阻R4输出至所述第二运算放大器U4A，所述中值电平也可以分别经所述第三定值电阻R3和所述第四定值电阻R12传输至所述第一运算放大器U4B，以作为所述第一运算放大器U4B和所述第二运算放大器U4A的基准电压，从而实现对所述位移测量装置的电压校准。

为了提高所述位移测量的准确度，优选的，所述第二处理模组14还包括低通滤波器143，所述低通滤波器143连接所述转换器142，用于对所述位移模拟信号进行低通滤波处理。如图4所示，在实际应用的电路中，所述低通滤波器143包括第三运算放大器U11B和第四运算放大器U11A，从所述处理器U10输出的位移模拟信号，经所述第三运算放大器U11B和所述第四运算放大器U11A运算处理后，除去了高频干扰。

如图1所示，优选的，本具体实施方式的所述位移测量装置还包括纸带15，所述纸带15具有多个宽度相等的条纹，所述条纹包括相互间隔排列的黑条纹151和白条纹152。更优选的，所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12分别对准所述纸带15，且所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12的位置相差N+0.5个条纹宽度，其中，N为正整数。在采用所述位移测量装置对一待测物进行测量的过程中，所述纸带15与所述待测物连接，待测物的移动带动所述纸带15的移动，因而反射光会随着条纹纸带的移动而变化，所述第一光电传感器11和所述第二光电传感器12的输出电流也会随之变化，通过对电流信号进行分析，就可以得到位移量。

本实用新型提供的位移测量装置，通过设置第一光电传感器和第二光电传感器，利用光电传感器可以高速工作的特定，实现了对高速位移的测量，扩大了所述位移测量装置的应用领域。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。