[发明专利]偏振光直线位移检测方法和传感器

说明书

本发明涉及以采用光学方法为特征的计量设备，是一种偏振光直线位移检测方法和传感器。

在背景技术领域中，直线位移是一个基本的物理量，除常规的需直接测量的位移量外，有许多的物理量也往往通过转换成位移而得以检测，所以直线位移传感器在工业应用中量大而面广。现有直线位移传感器中最有代表性的、应用最多的当属电位器式位移传感器和电感(包括差动变压器)式位移传感器。电位器式位移传感器的结构简单，价格低廉，但它属于典型的接触式传感器，它的寿命期限、可靠性和精度都偏低。电感式或差动变压器式位移传感器具有非接触式传感器的优点，其缺点则是结构和电路相对复杂，特别是随着量程的增加，必需增加线圈架的长度，并要求线圈均匀绕制，导致其价格偏高而量程有限。

本发明的目的是：提供一种传感部分为非接触式的偏振光检测系统，适合于大量程、直线位移量检测的偏振光直线位移检测方法和传感器，弥补背景技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：将被测量的直线位移X，通过机械转换机构，转换为与之具有某种函数关系的角位移θ，此角位移θ在偏振光检测系统中则构成了偏振光之起偏器与检偏器透光轴间的夹角，根据光学上的马吕斯定律，角位移θ与透过检偏器的光强I之间具有确定的关系即I＝I_ocos²θ，其中I_o为光源强度，通过光电变换电路接收光强I并得到电信号V_i，它也是角位移θ与直线位移X的函数，再将电信号V_i经过电子线路的处理，最终得到一个与直线位移X成正比的输出电信号V_o。

由于光学检测系统具有固有的非线性，为了得到线性的输入输出关系，必须对这一非线性的系统误差进行校正，本发明是在机械转换机构中，预先设置一个角位移θ与直线位移x之间的非线性函数关系，对偏振光检测系统的非线性实行预校正，从而得到直线位移x与光强I之间的线性输入输出关系。

上述偏振光直线位移检测方法的传感器其结构是它包括：

1).机械转换机构：包括装在支架上的位移连杆，两根等长的连杆，弹簧，半径为R的主动轮，半径为2R的从动轮。位移连杆的一端与一根连杆的一端在o″点相互铰接，一根连杆的另一端与另一根连杆的一端在o′点相互铰接，另一根连杆的另一端与半径为R的主动轮在圆心o点相互铰接，两根等长的连杆间装有弹簧，两根等长的连杆的相互铰接点o′和位移连杆与一根连杆的相互铰接点o″能随位移连杆的移动而移动，半径为R的主动轮半径为2R的从动轮相啮合，主动轮能带动从动轮转动；

2).偏振光检测系统：包括发光元件，起偏器，检偏器；起偏器的一侧装有发光元件，起偏器和检偏器与从动轮同轴安装，检偏器一侧装有光电转换电路；

3).光电转换电路：包括装在检偏器另一侧的光电元件；

4).电子线路：包括电阻R₁、R₂、R₃、R_i、R_f，运算放大器；光电元件的两输出端并联电阻R_i后分别经电阻R₂、R₃后接运算放大器的两输入端，参考电压信号V₃串联电阻R₁、R_f后接运算放大器的输出端，电阻R₁、R_f间接运算放大器的一输入端，电阻R₁与R₃的公共端接地。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

1.传感部分为非接触的偏振光测量，结构简单，运行可靠，使用寿命长；

2.其检测方法和传感器适合较大量程位移的测量；

3.传感器为光、机、电的结合体，用机械结构来校正光学部分固有的非线性，使灵敏度均匀，动态范围增大，电子线路得到简化，性能价格比提高。

附图说明：

图1.本发明的检测方法原理示意图；

图2.偏振光检测原理图；

图3.马吕斯定律曲线图；

图4.本发明的传感器结构原理示意图。

下面结合附图，通过对实施例的描述给出本发明的细节。