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专利号: 2018107716862
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,包括发光元件(1)、动盘(2)、定盘(3)、光电接收装置(4)以及电子信号处理电路,发光元件(1)同轴安装在动盘(2)正上方,定盘(3)同轴安装在动盘(2)正下方,光电接收装置(4)同轴安装在定盘(3)正下方,发光元件(1)、定盘(3)、光电接收装置(4)保持固定,动盘(2)上设有一圈沿圆周方向均匀间隔分布的呈扇环形的动盘透光面(21),相邻两个动盘透光面间隔的圆心角等于一个动盘透光面所对的圆心角;其特征在于:所述发光元件(1)包括光源基体(12)和安装在光源基体上的环形交变光源体(11),环形交变光源体(11)由一路交流激励信号驱动,形成单交变光场;

所述定盘(3)上设有4n个相同的定盘透光面(31),4n个相同的定盘透光面沿圆周方向间隔均匀分布,并围成一圈,一个定盘透光面(31)所对的圆心角等于一个动盘透光面(21)所对的圆心角或者等于一个动盘透光面(21)所对的圆心角的2倍,相邻两个定盘透光面间隔的圆心角等于一个动盘透光面(21)所对的圆心角的 定盘透光面的径向高度小于或者等于动盘透光面的径向高度,各个定盘透光面(31)在垂直于环形交变光源体(11)的方向上被单交变光场完全覆盖;

所述光电接收装置(4)包括测头基体(42)和安装在测头基体上的4n个光电测头(41),

4n个光电测头(41)沿圆周方向分布,并围成一圈,4n个光电测头(41)能同时独立接收4n个所述定盘透光面(31)的全部光通量;其中,沿圆周方向,第4i+1个光电测头(41)连成一组,组成A测头组,第4i+2个光电测头(41)连成一组,组成B测头组,第4i+3个光电测头(41)连成一组,组成C测头组,第4i+4个光电测头(41)连成一组,组成D测头组,i依次取0至n-1的所有整数;

动盘(2)相对定盘(3)转动,A、B、C、D测头组输出反映定盘透光面光通量变化的四路光电流信号,四路光电流信号输入到电子信号处理电路中,进行处理后得到动盘相对定盘的角位移值。

2.根据权利要求1所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述定盘透光面(31)为双正弦形,定盘透光面(31)沿圆周方向展开后的形状为[0,π]区间的两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线段围成的全封闭轴对称图形,一个定盘透光面(31)所对的圆心角等于一个动盘透光面(21)所对的圆心角。

3.根据权利要求1所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述定盘透光面(31)为双余弦形,定盘透光面(31)沿圆周方向展开后的形状为[-π,π]区间的两条幅值相等、相位相差180°的余弦曲线段围成的全封闭轴对称图形,一个定盘透光面(31)所对的圆心角等于一个动盘透光面(21)所对的圆心角的2倍。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述环形交变光源体(11)为环形发光二极管阵列或者环形同轴光源。

5.根据权利要求1至3任一项所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述4n个光电测头(41)都为相同的扇环形光电池或者相同的扇环形光敏阵列。

6.根据权利要求1至3任一项所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述电子信号处理电路包括FPGA、电流放大模块、第一差分放大模块(6)、第二差分放大模块(7)、微控移相模块和第三差分放大模块(8),A测头组、C测头组输出的两路光电流信号经电流放大模块放大后,输入至第一差分放大模块(6),经差分放大后输出第一电压信号U13,B测头组、D测头组输出的两路光电流信号经电流放大模块放大后,输入至第二差分放大模块(7),经差分放大后输出第二电压信号U24,第一电压信号U13输入至微控移相模块,经移相后输出第三电压信号U′13,第三电压信号U′13、第二电压信号U24输入至第三差分放大模块(8),经差分放大后输出电行波信号Uo,电行波信号Uo输入至FPGA,经FPGA处理后得到动盘(2)相对定盘(3)的角位移值。

7.根据权利要求6所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述微控移相模块包括数字电位器(9)、差分放大器(5)、第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1,FPGA控制数字电位器(9)调节电阻值,第一电压信号U13通过数字电位器(9)输入至差分放大器(5)的同向输入端,差分放大器(5)的同向输入端通过电容C1接地,第一电压信号U13通过第一电阻R1输入至差分放大器(5)的反向输入端,差分放大器(5)的反向输入端通过第二电阻R2接差分放大器(5)的输出端,差分放大器(5)的输出端输出移相90°后的第三电压信号U′13。

8.根据权利要求7所述的基于交变光场整周封闭的角位移测量系统,其特征在于:所述数字电位器(9)的型号为AD5277,所述差分放大器(5)的型号为LF353。