[发明专利]一种自同步条形码位移传感器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的绝对式自同步条形码位移传感器及其测量方法，属于仪器仪表技术领域中的非接触式位移传感器及其新型测量方法。

背景技术

在现代水利工程中，测量闸门开度的位移传感器装置有很多种形式，大致可分如下三种：钢丝绳旋转编码器、黑色陶瓷活塞杆加CMS行程检测、刚性无接触位移传感器。

钢丝绳旋转编码器位移传感器装置是水利工程上最早成熟的产品，它利用钢丝绳滚轮周长来测量物体的长度和距离，其主要组成部件为旋转编码器、恒力弹簧、钢丝绳及卷筒。钢丝绳传感器在闸门油缸上的安装分为内置式与外置式。内置式工作原理是采用钢丝绳作为传动件，一端与油缸活塞杆相连，另一端缠绕在卷筒上，卷筒上装有发条式恒力弹簧，控制钢丝绳随活塞杆的活塞运动来回伸缩，在卷筒连轴的旋转编码器上输出闸门开度数据。该方式缺点是维修麻烦，一旦出现弹簧回卷力不足，钢丝绳被拉断就可能拉伤油缸内壁，不仅需更换传感器本身，尤其需拆卸维修油缸，代价巨大。外置式钢丝绳传感器虽然维修方便，但其受环境影响较大，尤其是钢丝绳侵入水中时，水流冲击、水面漂浮物、水冰冻等因素导致测量受阻。

黑色陶瓷CMS行程检测装置体积小，安装在油缸外部前端与黑色陶瓷活塞杆结合部。他的工作原理是，活塞杆在喷涂陶瓷前做了刻环刻槽预处理，CMS行程检测装置通过采集这些环槽移动的脉冲信号来确定行程。黑色陶瓷CMS行程检测装置缺点在于它是增量型编码，断电后需重新从零位开始检测，这在工业应用环境中是个重要缺陷。

刚性无接触位移传感器常见的为磁致伸缩技术，该类传感器大多采用内置式，其原理是波导管在磁场中运动发出电信号来确定位移量。这类传感器缺点有：检测长度越长，误差越大，目前行程检测大多在5米内，行程过长对油缸工作状态也有限制，油缸过于水平会导致波导管因挠度而磨损，缩短传感器的使用寿命，后期维护不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的上述使用缺陷，提出一种新型的无接触式自同步条形码位移传感器，实现绝对位置读取，不怕掉电；同时理论编码长度无限制，可以用于刚性测量也可以用于柔性测量，读取精度高，可以实现大行程和微距的读取；适用性广。

在此基础上，本发明进一步的是提供一种测量方法，基于智能图像处理技术和条纹差分原理，将含有绝对位置信息的编码，利用特定一维条形码表达出来，并通过读数盒读取，可精确测量物体的位移量和绝对位置值，其量程几乎不受限制，且读取精度高。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种自同步条形码位移传感器，包括尺带、和可移动的读数头；读数头与尺带相隔设置且包含有摄像装置，其特征在于：尺带朝向摄像装置的表面设置成摄像装置能够识别的特定一维条形码；所述特定一维条形码，为在尺带长度范围内连续分布的多条黑白相间、宽窄不一的多根条形码相互平行排列构成的定数位、非重复滚动绝对编码，每根条形码长度与摄像装置取景框尺寸匹配。

进一步的，读数头上还设置显示屏、功能按钮、microUSB数据接口、信号指示灯，读数头下端面设置所述摄像装置，读数头固定在与待测装置位移同步的移动装置上或直接固定在待测装置上；尺带设置于被测位移机器的固定部件上，长度方向与机器活动部件运动方向一致。

进一步的，摄像装置沿尺带表面长度所在方向与尺带始终保持平行，摄像装置读码时移动方向与尺带长度方向一致。

进一步的，所述特定一维条形码，编码最小异动间隔为任意相邻两根条形码中心轴线间距，编码理论位移分辨率与此间距对应；所述滚动绝对编码，即摄像装置取景框在移出编码首位同时移入末尾形成新编码或者相反的这一运动过程。

进一步的，所述特定一维条形码中，每根条形码包括至少一个单位白条码或单位黑条码，单位白条码或单位黑条码的宽度相等，均为编码元值数，该编码元值数与编码理论位移分辨率相关，且由摄像装置识别精度确定。

进一步的，所述尺带采用PC材质的薄膜制成，适用于平面或曲面安装，且能够定距离拼接而成；所述特定一维条形码通过UV打印在尺带上，将尺带贴附于被测机器的固定部件上，长度方向与机器活动部件运动方向一致。

进一步的，摄像装置为CCD摄像机。

一种基于上述自同步条形码位移传感器的位移检测方法,其特征在于：

工作时，被测位移机器或与被测位移机器同步的装置带动读数头运动，读数头的摄像装置读取尺带上的特定一维条形码，获得当前读数头所处的绝对位置，即被测位移机器的当前位置，当前位置与起始位置间差值即为检测位移结果。