本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种新型位移传感器及其测量方法。
背景技术：
基于光学三角放大法的位移测量新原理，是在光学三角放大法的基础上，结合三角波光学器件与高精度psd(positionsensitivedevice，位置灵敏(敏感)探测器)实现的。三角波光学器件将线性位移等间隔细分，降低光学器件加工精度与尺寸要求的同时，降低高精度psd的尺寸要求，在小范围内实现高精度位移测量。基于光学三角放大法的位移测量原理与结构如图1所示，由图1可知，在读数头与三角波光学反射部件发生相对位移后，经过光学三角放大，水平小位移t在光电探测器(psd)上放大至t，可以将长度测量的精度大大提升。然而现有光学三角放大法的位移传感器的测量放大倍数不仅与psd入射角有关，还与三角波反射镜的反射面角度有关。要保持传感器的放大倍数一致，则要求三角波反射镜的每个反射面的角度一致，然而基于加工工艺的限制，无法保障三角波反射镜的每个反射面的角度一致，而且三角波反射面本身加工过程中也必然存在加工误差，造成测量过程中的psd的入射光角度发生变化，影响了测量系统的精度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可以提高测量精度的新型位移传感器及其测量方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种新型位移传感器，包括：
三角波反射镜，包括第一反射面和第二反射面；
激光束一，入射至三角波反射镜的第一反射面；
反射镜一，用于接收激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且使该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面；
分光镜组一，包括分光镜一和反光镜二，且分光镜一和反光镜二呈一定夹角设置，且使得三角波反射镜的第二反射面反射的激光束入射至分光镜一，一部分激光束先后经分光镜一和反光镜二反射后入射至其中一个光电探测器一，另一部分激光束经分光镜一透射后入射至另一个光电探测器一；
两个所述光电探测器一，用于接收经分光镜组一透射或反射的激光束一，并测量其入射位置；
处理系统，用于根据光电探测器一接收到的激光束一的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。
作为一种可实施方式，所述三角波反射镜的第一反射面和第二反射面分别与水平面的夹角为150度，激光束一入射至第一反射面的入射角为30度。
另一方面，本实施例中还提供了一种上述新型位移传感器的测量方法，包括以下步骤：
将被测物体固定在三角波反射镜或读数头上；
调整激光束一、三角波反射镜、光电探测器一、反射镜一、分光镜组一的位置关系，使得反射镜一接收到激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面，且分光镜一和反光镜二呈一定夹角设置，并使得三角波反射镜的第二反射面反射的激光束入射至分光镜一，一部分激光束先后经分光镜一和反光镜二反射后入射至其中一个光电探测器一，另一部分激光束经分光镜一透射后入射至另一个光电探测器一；
发射激光束一，所述激光束一先后经过所述三角波反射镜的第一反射面、反射镜一、第二反射面、分光镜组一后,被两个光电探测器一探测到激光束一的初始位置；
被测物体位移，在位移过程中，光电探测器一检测激光束一的位置的变化，直到被测物体停止位移；
处理系统通过对两个光电探测器一检测到的位置变化进行处理，获得被测物体的位移值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明新型位移传感器，一方面，通过反射镜的设置，可以使得位移前后的激光沿相同的路径入射至光电探测器，即位移测量的放大倍数与三角波的反射面的角度无关，因此可以不受反射面的角度限制而降低放大倍数影响，换言之可以增大放大倍数；另一方面，通过分光镜组一的设置，当三角波反射镜的反射面角度存在加工误差时，可以使得一个光电探测器一的放大倍数增大，而另一个光电探测器一的放大倍数减小，综合结果可以保持新型位移传感器的整体放大倍数不变，即整个新型位移传感器的放大倍数不受三角波反射镜的反射面的角度加工误差的影响，因此可以提高位移传感器的测量精度。
本发明新型位移传感器，通过两个光电探测器及分光镜组的设置，可以消除光学元件角度加工偏差而影响放大倍数，换言之可以保障位移传感器的放大倍数不受三角波反射镜加工偏差的影响，提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
图1所示为现有技术中位移传感器的位移测量原理示意图。
图2所示为实施例1提供的一种结构的新型位移传感器(存在角度加工误差)的测量原理示意图。
图3为图2所示结构中理想状态下(不存在角度加工误差)的光路示意图。
图4所示为实施例1提供的另一种结构的新型位移传感器的测量原理示意图。
图5所示为实施例2提供的一种结构的新型位移传感器的测量原理示意图。
图中标号说明：
激光源一1，激光源二2，激光束一3，激光束二4，三角波反射镜5，壳体6，光电探测器一7，光电探测器二8，反射镜一9，分光镜组一10，反射镜二11，分光镜组二12，第一反射面51，第二反射面52。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
请参阅图2-3，本实施例中提供了一种新型位移传感器，包括激光源一1，三角波反射镜5，反射镜一9，分光镜组一10，光电探测器一7，其中，三角波反射镜5包括多个反射面，为了便于理解，本文中将用于接收激光源一(或二)发射的激光束的反射面定义为第一反射面，将用于接收反射镜一(或二)反射的激光束的反射面定义为第二反射面。另外，本文中所述的反射镜一(二)、反光镜二(四)是指设置于不同位置的光学器件，但是均是指具有反射作用的光学器件，分别命名为反射镜和反光镜，是为了便于区分，避免过多的数字限定引起混淆。反射镜一(二)和反光镜二(四)均可以采用全反射镜。
本新型位移传感器中：
激光源一1用于发射出激光束一3，并射向三角波反射镜5的第一反射面51；
反射镜一9用于接收激光束一3被三角波反射镜5的第一反射面51反射的激光束，且使该激光束在激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52；
分光镜组一10，包括分光镜一和反光镜二，且分光镜一和反光镜二呈一定夹角设置，且使得三角波反射镜5的第二反射面52反射的激光束入射至分光镜一，一部分激光束先后经分光镜一和反光镜二反射后入射至其中一个光电探测器一7，如图2中的psd2，另一部分激光束经分光镜一透射后入射至另一个光电探测器一7，如图2中的psd1；
两个光电探测器一7，用于接收经分光镜组一10透射或反射的激光束一，并测量其入射位置；
处理系统，用于根据光电探测器一7接收到的激光束一3的入射位置变化量计算出被测物体的位移变化值。
为了保障位移传感器的放大性能，入射至光电探测器一7的激光束与光电探测器一7的夹角宜小于45度。
如图2-3所示，光电传感器一7采用psd，位移前的激光束一3用实线表示，位移后的激光束一3用虚线表示，激光束一3的传输路径如下：
位移前，激光源一1发射激光束一3至三角波反射镜5的第一反射面51，三角波反射镜5的第一反射面51将激光束一3反射至反射镜一9，反射镜一9将第一反射面51反射的激光束反射至第二反射面52，第二反射面52再将入射激光束反射至分光镜一，一部分激光束经分光镜一透射后入射至psd1，psd1接收经分光镜一透射的激光束，并测量出入射位置，此时记为第一入射位置；另一部分激光束经分光镜一反射后入射至反光镜二，再经反光镜二反射后入射至psd2，psd2接收经反光镜二反射的激光束，并测量出入射位置，此时记为第二入射位置。
位移后(图2中展示为向左位移，位移时激光源一1、反射镜一9、分光镜组一10和光电探测器一7同步位移)，激光源一1发射激光束一3至三角波反射镜5的第一反射面51，三角波反射镜5的第一反射面51将激光束一3反射至反射镜一9，由于第一反射面51与第二反射面52的加工误差，反射镜一9将第一反射面51反射的激光沿与位移前不同的路径反射至第二反射面52，第二反射面52再将入射激光束反射至分光镜一，一部分激光束经分光镜一透射后入射至psd1，psd1接收经分光镜一透射的激光束，并测量出入射位置，此时记为第三入射位置；另一部分激光束经分光镜一反射后入射至反光镜二，再经反光镜二反射后入射至psd2，psd2接收经反光镜二反射的激光束，并测量出入射位置，此时记为第四入射位置。
由第一入射位置和第三入射位置可计算出psd1的放大倍数，由第二入射位置和第四入射位置可计算出psd2的放大倍数，取psd1和psd2的放大倍数的加权平均数作为位移传感器的放大倍数。
应用上述位移传感器测量时，根据第一入射位置与第三入射位置即可计算出激光源一1的位移量，即被测物体的位移量。计算过程根据三角关系即可获得。
作为一种较优的实施方式，如图2所示，三角波反射镜5的第一反射面51和第二反射面52分别与水平面的夹角为150度(仅以水平向右为正方向且沿逆时针方向旋转为例)，激光源一1发射的激光束一3入射至第一反射面51的入射角为30度，反射镜一9平行于第一反射面51和第二反射面52。在保障反射镜一9使得激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52的情况下，可以有其他不同的设置方式。
例如，可以通过如下方式实现激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程中，反射镜一9反射的激光束在位移前后沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52：反射镜一9平行于第一反射面51，也平行于第二反射面52，激光束一3与第一反射面51的锐角夹角等于两倍第一反射面51与水平面的夹角，即第一反射面51与水平面的锐角夹角等于激光束一3与第一反射面51的锐角夹角。
如图3可知，对于三角波反射镜5，在满足第一反射面51和第二反射面52平行(即与水平面的夹角一致)的条件下，其具体结构没有限制，即对于形成三角波的两个反射面的夹角没有限制，例如图2中所示为两个反射面的夹角为120度；又例如图3中所示为两个反射面的夹角为90度，等等。且三角波也并非一定需要等腰三角波，即形成三角波的两个反射面与水平面的锐角夹角可以相等，也可以不相等。
通过反射镜一9的设置，可以使得激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程(位移前和位移后)中，反射镜一9反射的激光束在位移前后沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52，也使得位移前后的激光沿相同的路径入射至光电探测器，即位移测量的放大倍数与三角波的反射面的角度无关，因此可以不受反射面的角度限制而降低放大倍数影响，换言之可以增大放大倍数，提高测量精度。
如图3所示，理想状态下，三角波反射镜5的(同侧的)每一个反射面的角度相同，通过反射镜一9的设置可以使得激光束一3入射至同一个第一反射面51的测量过程(位移前和位移后)中，反射镜一9反射的激光束在位移前后沿同一路径反射至三角波反射镜5的第二反射面52，即三角波反射镜5反射的激光束沿同一路径入射至光电探测器。但是基于制造工艺的限制，很难保障三角波反射镜5的每一个反射面都保持相同的角度，即，第一反射面51和第二反射面52的角度可能存在一定的角度误差，使得位移前和位移后三角波反射镜5反射的激光束不能沿相同的路径入射至光电探测器，如图2所示，因此位移传感器的放大倍数得不到保障。
但是本实施例中，通过两个光电探测器一7及分光镜组一10的设置，当第一反射面51与第二反射面52的角度存在加工误差时，其中一个光电探测器一7(如图4中的psd2)的放大倍数减小(依然是放大状态)，而另一个光电探测器一7(如图4中的psd1)的放大倍数增加，综合结果(即位移传感器的
需要说明的是，本实施例中，基于方便运算及装配的考虑，如图2中，将分光镜一和反光镜二呈90度夹角设置，且两个光电探测器一平行设置。但是作为可实施方式，分光镜组一也可以有其他设置，例如图4所示，只要满足如下条件即可：
分光镜一和反光镜二呈一定夹角设置，且使得三角波反射镜的反射面反射的激光束一入射至分光镜一，一部分激光束一先后经分光镜一和反光镜二反射后入射至其中一个光电探测器一，另一部分激光束一经分光镜一透射后入射至另一个光电探测器一。
例如，分光镜一和反光镜二呈非90度夹角设置时，当三角波反射镜的反射面的角度发生变化，利用psd1和psd2分别测出的位移将会一个缩小(相对于被测物体的位移量，依然是放大状态，即仅是放大倍数的缩小)，一个增大，但是缩小与增大的倍数不同，例如psd1的位移增大后的放大倍数为d1倍，psd2的位移缩小后的放大倍数为d2倍，那么此时整个新型位移传感器的位移值(即被测物体的位移值)则为：
另外需要说明的是，当分光镜一和反光镜二呈非90度夹角设置时，也可以通过设置psd1和psd2之间的位置关系，使得入射至psd1和psd2的激光束的入射角相同，进而近似实现当三角波反射镜的反射面的角度发生变化时，利用psd1和psd2分别测出的位移变化分别缩小和增大相同的倍数，以简化运算过程。
可以参阅图1，位移传感器还可以包括壳体6，激光源一1、反射镜一9、分光镜组10和光电探测器一7均固定设置于壳体6内，组成读数头，激光源一1发射的激光束一3及其反射光束均可以通过读数头的收发端面。激光源一1、反射镜一9、分光镜组一10和光电探测器一7均固定设置于壳体6内，可以保持相互之间的位置固定，也可以保障四者保持同步位移。
测量时，可以根据实际应用情况，采用将三角波反射镜5固定在被测物体上，读数头保持固定不动，被测物体发生位移时，三角波反射镜5与读数头发生相对运动，读数头可以测量得到三角波反射镜5即被测物体的位移值；或者，也可以采用将读数头固定在被测物体上，三角波反射镜5保持不动，被测物体发生位移带动读数头运动，读数头与三角波反射镜5发生相对位移，读数头可以测得读数头与三角波反射镜5之间的相对位移，进而得到被测物体的位移值；测量选择三角波反射镜5或者读数头来固定在被测物体上，提高了测量便利性。
应用上述新型位移传感器进行位移测量时，其步骤如下：
步骤一，将被测物体固定在三角波反射镜或读数头上；
步骤二，调整激光束一、三角波反射镜、光电探测器一、反射镜一、分光镜组一的位置关系，使得反射镜一接收到激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面，且分光镜一和反光镜二呈一定夹角设置，并使得三角波反射镜的第二反射面反射的激光束入射至分光镜一，一部分激光束先后经分光镜一和反光镜二反射后入射至其中一个光电探测器一，另一部分激光束经分光镜一透射后入射至另一个光电探测器一；
步骤三，发射激光束一，所述激光束一先后经过所述三角波反射镜的第一反射面、反射镜一、第二反射面、分光镜组一后,被两个光电探测器一探测到激光束一的初始位置；
步骤四，被测物体位移，在位移过程中，光电探测器一检测激光束一的位置的变化，直到被测物体停止位移；
步骤五，光电探测器一与处理系统通信，处理系统通过对两个光电探测器一检测到的位置变化进行处理，获得被测物体的位移值。
实施例2
可以参阅图5，与实施例1中所述的新型位移传感器相比，本实施例中提供的新型位移传感器还包括激光束二4，入射至三角波反射镜5的第一反射面51；以及以下部件：
反射镜二11，用于接收激光束二4被三角波反射镜5的第一反射面51反射的激光束，且使该激光束在激光束二4入射至同一个第一反射面51的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜5的另一个第二反射面52；
分光镜组二12，包括分光镜三和反光镜四，且分光镜三和反光镜四垂直设置，三角波反射镜5的第二反射面52反射的激光束入射至分光镜三，一部分激光束先后经分光镜三和反光镜四反射后入射至其中一个光电探测器二8，另一部分激光束经分光镜三透射后入射至另一个光电探测器二8；
两个光电探测器二8，用于接收经分光镜组二透射或反射的激光束二，并测量其入射位置。
本新型位移传感器中，所述处理系统则是根据所述光电探测器一7上所接收到的激光束一3的入射位置变化量，或所述光电探测器二8上所接收到的激光束二4的入射位置变化量，处理得到被测物体的位移变化值。
本实施例中所述位移传感器可以实现连续位移测量。具体的，可以选用两个激光束之一来测量，当其中一个激光束反射点位于反射面的某些位置，如反射面的顶端、两个反射面的交线位置等，对应光电探测器的长度又有限，因此可能无法反射到对应光电探测器，该光电探测器就无法计算出其位移值，另一个激光束反射点位于另一个反射面的其他位置，可反射到对应光电探测器并可以进行换算测量，能够实现被测物体移动的每一刻，三角波反射镜5上各第二反射面52所反射的激光束中至少有一条可以反射到对应的光电探测器，此时处理系统可以来回切换计算两个光电探测器的反射激光束位置变化，进行叠加累计，以实现对被测物体位移一次性变化或连续增量式位移变化的测量，其测量方法简单、可靠，操作方便，并且能够提高测量精度。
容易理解的，本实施例中，设置激光源一和激光源二的目的是避免其中一组光电探测器(一或二)接收不到激光束时，可以通过另一组光电探测器接收激光束，实现位移测量，因此除了如图5所示的设置方式外，还可以有其他设置方式，只要激光源一与激光源二错开设置，使得激光束一和激光束二入射至三角波反射镜的第一反射面的初始入射点位置不同即可。例如激光束二可以入射至处于激光束一入射的第一反射面同侧的另一个第一反射面(可参阅图5)，也可以入射至处于激光束一入射的第一反射面对侧的另一个第一反射面(可参阅图1)，还可以入射至激光束一所入射的同一个反射面，但是入射点位置不同。
如图5所示，激光束一3、激光束二4分别通过激光源一1和激光源二2发射得到。
两套测量系统可以均设置于一个壳体内组成一个读数头，也可以两套测量系统分别设置于一个壳体内，分别组成两个读数头。具体的，激光源一、激光源二、反射镜一、反射镜二、分光镜组一、分光镜组二、两个光电探测器一和两个光电探测器二均固定设置于一个壳体内，组成一个读数头。或者，激光源一、反射镜一、分光镜组一和两个光电探测器一均固定设置于一个壳体内，组成一个读数头，激光源二、反射镜二、分光镜组二和两个光电探测器二均固定设置于另一个壳体内，组成另一个读数头。
应用本实施例中所述新型位移传感器进行测量时，其步骤如下：
步骤一，将被测物体固定在三角波反射镜或读数头上；
步骤二，调整激光束一、三角波反射镜、光电探测器一、反射镜一、分光镜组一的位置关系，使得反射镜一接收到激光束一被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且该激光束在激光束一入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面，且分光镜一和反光镜二呈一定夹角设置，并使得三角波反射镜的第二反射面反射的激光束入射至分光镜一，一部分激光束先后经分光镜一和反光镜二反射后入射至其中一个光电探测器一，另一部分激光束经分光镜一透射后入射至另一个光电探测器一；调整激光束二、三角波反射镜、光电探测器二、反射镜二、分光镜组二的位置关系，使得反射镜二接收到激光束二被三角波反射镜的第一反射面反射的激光束，且该激光束在激光束二入射至同一个第一反射面的测量过程中，沿同一路径反射至三角波反射镜的第二反射面，且分光镜三和反光镜四呈一定夹角设置，并使得三角波反射镜的第二反射面反射的激光束入射至分光镜三，一部分激光束先后经分光镜三和反光镜四反射后入射至其中一个光电探测器二，另一部分激光束经分光镜三透射后入射至另一个光电探测器二；
步骤三，发射激光束一，所述激光束一先后经过所述三角波反射镜的第一反射面、反射镜一、第二反射面、分光镜组一后,被两个光电探测器一探测到激光束一的初始位置；或者，发射激光束二，所述激光束二先后经过所述三角波反射镜的第一反射面、反射镜二、第二反射面、分光镜组二后,被两个光电探测器二探测到激光束二的初始位置；
步骤四，被测物体位移，在位移过程中，光电探测器一检测激光束一的位置的变化，或者光电探测器二检测激光束二的位置的变化，直到被测物体停止位移；
步骤五，处理系统通过对两个光电探测器一或两个光电探测器二检测到的位置变化进行处理，获得被测物体的位移值。
如图2中所示，光电探测器采用的是位置敏感探测器psd。
分光镜组一可以是由分光镜一和反光镜二一体成型的构件，便于制造，及保障相互间的垂直角度，此时分光镜一和反光镜二为同一种原材料制作，为了增强反光镜二的反光效果，可以在反光镜二的反射面设置全反射膜；分光镜组一也可以是由分光镜与反光镜连接构成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。