專利名稱：光纖拉遠的光柵尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光纖測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光柵尺，特別涉及一種光纖拉遠的光柵尺。
背景技術(shù)：
光柵尺是光柵尺位移傳感器的簡稱，是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵尺位移傳感器經(jīng)常應(yīng)用于機床與現(xiàn)在加工中心以及測量儀器等方面，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用。常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的。當使指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時，必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點較遠的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強，只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵，使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。高分辨率的光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前(2006年)光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細分與判向功能。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺，其光柵柵距為O. 02mm，若采用四細分后便可得到分辨率為5μπι的計數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運放構(gòu)成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為η /2，為得到判向和計數(shù)脈中，需對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為I : I的方波。然后，通過對方波的相位進行判別比較，就可以得到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度。然而，傳統(tǒng)的光柵尺，一般選擇電信號直接輸出，信號傳輸過程中易受電磁干擾，且電信號傳輸衰減大，不宜遠距離監(jiān)控，不能應(yīng)用于具有高絕緣性信號連接的電力領(lǐng)域。如中國專利公開號CN2869771公開了一種光柵尺，它包括光柵玻璃及可相對光柵玻璃移動的讀數(shù)頭，沿讀數(shù)頭移動方向上固定有多個射頻卡，有一個射頻卡接收器與讀數(shù)頭同步移動；讀數(shù)頭在移動過程中，射頻卡接收器依次分別進入各射頻卡的數(shù)據(jù)接收范圍之內(nèi)。又如中國專利公開號CN 201184785涉及一種光柵尺，包括一主尺和一設(shè)于主尺上的滑座，該主尺內(nèi)置有光柵玻璃，而該滑座設(shè)有一可相對該光柵玻璃移動的檢出部和一可將檢出部所讀出數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柧€，該信號線另端連接有一提供給數(shù)顯箱電連接的轉(zhuǎn)接插頭，上述信號線外包覆有一金屬材料的波紋管，上述轉(zhuǎn)接插頭包括一主體插接部以及一外包覆于主體插接部的塑料外殼，該塑料外殼系與主體插接部、波紋管端部一體注塑成型。上述方案均未解決遠距離監(jiān)控的難題，同時，由于信號容易受到干擾，也無法應(yīng)用于具有高絕緣性信號連接的電力領(lǐng)域。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決光柵尺在進行遠距離監(jiān)控中存在的問題。 為達到上述目的，本實用新型一方面提出了一種光纖拉遠的光柵尺，包括光源、光探測器、傳輸光纖、光柵對、位置解碼單元；所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，光柵對輸出信號采用多根光纖接收，接收的光信號經(jīng)由傳輸光纖傳至光探測器；所述位置解碼單元對光探測器接收的光信號解碼，得到光柵對的相對位置。在本實用新型的一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括準直裝置、聚焦裝置；所述光柵對包括基準光柵、掃描光柵；所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，經(jīng)準直裝置準直后，通過掃描光柵照射到基準光柵，光柵對輸出信號通過聚焦裝置收集到傳輸光纖，再傳輸?shù)焦馓綔y器。在本實用新型的一個實施例中，所述光源為激光器或發(fā)光二極管；波長選定由拉遠距離和測量速度、精度決定。所述傳輸光纖為石英光纖或塑料光纖；波導(dǎo)類型為單模、多?；蚱渲瞥傻墓饫|。所述光探測器為光電二極管或光電池或光電二極管陣列或光電池陣列。所述準直裝置、聚焦裝置為透鏡、光纖錐或便于集成的透鏡陣列。在本實用新型的一個實施例中，所述傳輸光纖包括光源光纖單元、信號光纖單元；光源光纖單元為單根光纖，信號光纖單元包括多根光纖。在本實用新型的一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光源、光探測器設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換單元中；光電轉(zhuǎn)換單元與光柵對分開設(shè)置，通過所述傳輸光纖連接。本實用新型另一方面提出一種上述光纖拉遠的光柵尺的測量方法，包括如下步驟SI、將所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對；S2、光柵對輸出信號采用多根光纖接收，接收到的光信號經(jīng)由傳輸光纖傳至光探測器；S3、光探測器將接收到的光信號傳送至位置解碼單元，位置解碼單元對光探測器接收的光信號解碼，得到光柵對的相對位置。在本實用新型的一個實施例中，所述步驟S2具體包括光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，經(jīng)準直裝置準直后，通過掃描光柵照射到基準光柵，光柵對輸出信號通過聚焦裝置收集到傳輸光纖，再傳輸?shù)焦馓綔y器。通過本實用新型提出的光纖拉遠的光柵尺及其測量方法，可以將光柵對和光電轉(zhuǎn)換部分分離，并利用光纖來連接，利用光纖的減低衰、高帶寬的特性，實現(xiàn)光柵尺信號的遠距離、抗電磁干擾輸出。本實用新型考慮到應(yīng)用場所的特殊性，可以增加連接光纖(光纜)的爬電距離，增強信號連接的絕緣性能，應(yīng)用在高壓電力設(shè)備等有絕緣性要求場所。本實用新型附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

本實用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從
以下結(jié)合附圖對實施例的描述中 將變得明顯和容易理解，其中圖I為本實用新型光柵尺的組成示意圖。圖2為本實用新型光柵尺測量方法的流程圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。本實用新型主要在于創(chuàng)新地提出了新型光柵尺結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)成像掃描式和干涉掃描式光柵尺輸出信號超遠程無中繼傳輸，且抗電磁干擾能力強；并且可以用于電力行業(yè)有絕緣度要求的場合。本實用新型通過將光源發(fā)射出來的光經(jīng)由光纖傳至光柵對，光柵對輸出信號采用多根光纖接收，接收的光信號經(jīng)由光纖傳至光探測器，光探測接收的光信號解碼得到光柵對的相對位置，光柵尺測量部件只有光信號，且光纖可以實現(xiàn)光信號遠距離傳輸，由此可以實現(xiàn)光柵尺輸出信號的拉遠及抗電磁干擾性能的增強。具體地，請參閱圖1，圖I為本實用新型光柵尺的組成示意圖。本實施例光纖拉遠的光柵尺包括光源11、光探測器12、傳輸光纖、光柵對20、位置解碼單兀。所述光源11、光探測器12設(shè)置于一光電轉(zhuǎn)換單元10中，光電轉(zhuǎn)換單元10與光柵對20分開設(shè)置，通過所述傳輸光纖連接。所述傳輸光纖包括光源光纖單元31、信號光纖單兀32 ;光源光纖單兀31為單根光纖,信號光纖單兀32包括多根光纖。此外,所述光柵對20包括基準光柵21、掃描光柵22。優(yōu)選地，本實用新型系統(tǒng)還包括準直裝置、聚焦裝置。具體地，所述光源11發(fā)射出來的光經(jīng)由光源光纖單元31傳至光柵對20，經(jīng)準直裝置準直后，通過掃描光柵22照射到基準光柵21，光柵對輸出信號通過聚焦裝置收集到信號光纖單元32，再傳輸?shù)焦馓綔y器12 ;光探測器接收的光信號與光柵對的相對位置有關(guān)，光柵對相對移動形成的光條紋變化經(jīng)過傳輸光纖輸出到光探測器進行檢測。而后，所述位置解碼單元對光探測器12接收的光信號解碼，得到光柵對的相對位置。在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，所述光源11可以為激光器或發(fā)光二極管；波長選定由拉遠距離和測量速度、精度決定。同時，所述傳輸光纖可以為石英光纖或塑料光纖；波導(dǎo)類型為單模、多模或其制成的光纜。所述光探測器12為光電二極管或光電池或光電二極管陣列或光電池陣列。此外，所述準直裝置、聚焦裝置可以設(shè)計為同一部件，分別起到準直、聚焦的作用。準直裝置、聚焦裝置可以為透鏡、光纖錐或便于集成的透鏡陣列。以上介紹了本實用新型新型光柵尺的組成，本實用新型在揭示上述新型光柵尺的同時，還揭示了上述光纖拉遠的光柵尺的測量方法。請參閱圖2，所述測量方法具體包括如下步驟 步驟SI、將所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對。步驟S2、光柵對輸出信號采用多根光纖接收，接收到的光信號經(jīng)由傳輸光纖傳至光探測器。光探測器接收的光信號與光柵對的相對位置有關(guān)，光柵對相對移動形成的光條紋變化經(jīng)過傳輸光纖輸出到光探測器進行檢測。具體包括光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，經(jīng)準直裝置準直后，通過掃描光柵照射到基準光柵，光柵對輸出信號通過聚焦裝置收集到傳輸光纖，再傳輸?shù)焦馓綔y器。步驟S3、光探測器將接收到的光信號傳送至位置解碼單元，位置解碼單元對光探測器接收的光信號解碼，得到光柵對的相對位置。盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求1.一種光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，包括光源、準直裝置、聚焦裝置、光探測器、傳輸光纖、光柵對、位置解碼單元； 所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，光柵對輸出信號米用多根光纖接收，接收到的光信號經(jīng)由傳輸光纖傳至光探測器； 所述位置解碼單元對光探測器接收的光信號解碼，得到光柵對的相對位置。
2.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，所述光柵對包括基準光柵、掃描光柵；所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，經(jīng)準直裝置準直后，通過掃描光柵照射到基準光柵，光柵對輸出信號通過聚焦裝置收集到傳輸光纖，再傳輸?shù)焦馓綔y器。
3.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，所述光源為激光器或發(fā)光二極管。
4.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，所述傳輸光纖包括光源光纖單元、信號光纖單元；光源光纖單元為單根光纖，信號光纖單元包括多根光纖。
5.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，所述傳輸光纖為石英光纖或塑料光纖。
6.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，所述光探測器為光電二極管或光電池或光電二極管陣列或光電池陣列。
7.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，所述準直裝置、聚焦裝置為透鏡、光纖錐或便于集成的透鏡陣列。
8.如權(quán)利要求I所述的光纖拉遠的光柵尺，其特征在于，還包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述光源、光探測器設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換單元中；光電轉(zhuǎn)換單元與光柵對分開設(shè)置，通過所述傳輸光纖連接。
專利摘要本實用新型提出一種光纖拉遠的光柵尺，包括光源、光探測器、傳輸光纖、光柵對、位置解碼單元；所述光源發(fā)射出來的光經(jīng)由傳輸光纖傳至光柵對，光柵對輸出信號采用多根光纖接收，接收的光信號經(jīng)由傳輸光纖傳至光探測器；所述位置解碼單元對光探測器接收的光信號解碼，得到光柵對的相對位置。通過本實用新型提出的光纖拉遠的光柵尺，可以將光柵對和光電轉(zhuǎn)換部分分離，并利用光纖來連接，利用光纖的減低衰、高帶寬的特性，實現(xiàn)光柵尺信號的遠距離、抗電磁干擾輸出。本實用新型考慮到應(yīng)用場所的特殊性，可以增加連接光纖(光纜)的爬電距離，增強信號連接的絕緣性能，應(yīng)用在高壓電力設(shè)備等有絕緣性要求場所。
文檔編號G01B11/02GK202420435SQ20112041012
公開日2012年9月5日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者左廣輝, 方習(xí)貴, 柳濤, 王建偉 申請人:無錫阿斯特科技有限公司