[发明专利]使用位置敏感检测器的线性位移传感器

说明书

一种位置感测装置，其包括框架、引导支承件、运动元件、位置敏感检测器、光源和位置指示发射器。运动元件被引导支承件沿测量轴线方向在测量范围内引导。光源被配置为发出源光。位置指示发射器与运动元件一起移动。位置指示发射器包括发射器材料，该发射器材料吸收源光并从发射器材料输出激发光，以便在位置敏感检测器上形成测量光点。测量光点沿着位置敏感检测器的感测轴线方向与运动元件沿着测量轴线方向的位置相对应地移动。位置敏感检测器响应于测量光点输出至少一个信号，该至少一个信号指示运动元件沿着测量轴线方向的位置。

技术领域

本发明涉及线性位移传感器，并且更具体地涉及使用位置敏感检测器产生期望的测量信号的线性位移构造。

背景技术

已知多种位移传感器，其使用线性可变差分变压器(LVDT)提供指示位置的信号。该LVDT类型的系统可以被视为能够精确或超精确测量(例如，具有一微米的水平的精度，或者更好的精度)，特别是在有限的测量范围内(例如10mm或5mm或更小)上。LVDT可以使用主螺线管线圈，其在两个次级螺线管线圈中产生感应电流，并且每个次级线圈中的电流的大小取决于在线圈内轴向移动的铁磁芯的位置。当次级线圈以反向串联连接时，铁磁芯的位置可以基于得到的差分信号来确定。

在一些应用中，期望提供一种以与LVDT型传感器类似的精确方式提供线性位移信号的光学位移传感器。这种类型的一个现有技术系统在授予Delmas的美国专利第4,338,722号('722专利)中公开，该专利通过引用以其整体并入本文。'722专利公开了具有光源的传感器、包括两个光接收器检测器的检测器和具有开口的移动杆，以将来自光源的光传输到检测器。移动杆在两个引导件之间滑动。作为消除对杆的机械间隙的测量敏感度的手段，移动杆上的开口之上的盖被设计为与杆端处的接触末端相对于两个引导件之间的中心点基本对称。然而，'722专利没有认识到可能与光源相关联的某些错误。因此，'722专利的装置可能遭受不希望的信号非线性和/或准确度误差。

在授予Kaufmann等人的美国专利第4,812,635号('635专利)中公开了一种先进的光源配置，其提供了用于位置感测设备中的均匀照明的器件。'635专利的装置包括光源、两个光电二极管和具有孔径的移动光圈。两个光电二极管产生由从光源通过光圈上的孔径传递给这两个光电二极管的光的位置确定的信号。用于均匀照明的器件包括沿着光学路径的校正滤光器，在优选实施例中该校正滤光器包括使用光源以其标称间隔曝光的胶片负片。这种自定义滤光器输出标称上具有均匀强度的照明。然而，尽管'635专利提供了沿测量轴线强度均匀的源光，但可能与光源相关联的某些其他错误仍未被认识到。因此，与'635专利一样，'722专利的装置也可能遭受不希望的信号非线性和/或准确度误差。

期望提供一种精确的光学位置感测装置，其比上述那些装置更简单且成本更低，并且提供改进的线性度和/或准确度(例如，相对于'635和'722专利的装置)。

发明内容

提供本发明内容用于以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选集。本发明内容并非旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。