基于cis的光電式位移傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及位移傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于接觸式圖像傳感器CIS的光電式位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]位移傳感器是工業(yè)和民用工程結(jié)構(gòu)中工程安全監(jiān)測以及工程自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的重要監(jiān)測器件之一，其廣泛應(yīng)用于監(jiān)測水工建筑物、隧道、橋梁、鐵路、公路等工程的安全性和穩(wěn)定性，涉及例如巖土工程結(jié)構(gòu)的位移、變形位移監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集等。目前廣泛應(yīng)用的位移傳感器有電位器式位移傳感器、超聲波位移傳感器、磁致伸縮位移傳感器、振弦式位移傳感器以及光電式位移傳感器等。
[0003]其中，電位器式位移傳感器其基本原理是通過電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或某種函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出，滑動電阻式位移傳感器是一種應(yīng)用較早的位移傳感器，其基本原理是將被測物體位置的變化(變形)轉(zhuǎn)換成與之有對應(yīng)關(guān)系的電阻值的變化，實(shí)際上就是利用一個滑動變阻器作為分壓器使用，以相對電壓來測量計算位移變化，后來也有用多圈電位器來感應(yīng)位移，即多圈電位器式位移傳感器，電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，使用方便，價格低廉，但是由于其存在機(jī)械觸點(diǎn)，在振動應(yīng)用環(huán)境中例如道路、橋梁等應(yīng)用環(huán)境中，長期振動會導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸不良，且電位器式位移傳感器很難做到密封，限制了其在潮濕環(huán)境中的應(yīng)用。超聲波位移傳感器是利用超聲波遇到障礙物后反射，接收到反射脈沖后根據(jù)聲速計算其與障礙物之間的距離，超聲波位移傳感器常用于物位監(jiān)測系統(tǒng)，但是其測量精度不高，誤差較大，不能應(yīng)用于對測量精度要求高的位移測量。磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮原理通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號來準(zhǔn)確地測量位置，其測量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。磁致伸縮位移傳感器可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?，并且能應(yīng)用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中，但是磁致伸縮位移傳感器對電源的要求非常高，必須保證電壓非常穩(wěn)定的電源輸入，否則位移測量的輸出結(jié)果不正常，這使得其在工程現(xiàn)場的應(yīng)用受到限制。振弦式位移傳感器是以拉緊的金屬弦作為敏感元件將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成與之有對應(yīng)關(guān)系的頻率的變化，振弦式位移傳感器雖然具有結(jié)構(gòu)簡潔、可靠耐用的特點(diǎn)，但是在振動環(huán)境中會導(dǎo)致其抗干擾性能差，這是振弦式傳感器(包括振弦式位移傳感器)原理本身不可克服的缺點(diǎn)。光電式位移傳感器，常用的激光光電式位移傳感器其基本原理是通過激光發(fā)射器鏡頭將激光射向被測物體表面，經(jīng)被測物體反射的激光通過接收器鏡頭(例如相機(jī)鏡頭)接收，根據(jù)角度及已知的激光發(fā)射器鏡頭和接收器鏡頭之間的距離計算出其與被測物體之間的距離，激光位移傳感器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量，但是其只適合于某些特定的場合應(yīng)用，且由于其激光系統(tǒng)需求高精密的透鏡系統(tǒng)和復(fù)雜的信號處理電路，導(dǎo)致其價格昂貴，不適用于工程現(xiàn)場中大量應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有的電位器式位移傳感器不適用于振動及潮濕等惡劣環(huán)境中應(yīng)用的問題，及超聲波位移傳感器、磁致伸縮位移傳感器、振弦式位移傳感器和激光光電式位移傳感器抗干擾能力差，精度低或價格昂貴的問題，提供一種新型的CIS光電式位移傳感器，具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡潔、性能更加穩(wěn)定可靠，高分辨率、高準(zhǔn)確度等優(yōu)點(diǎn)，不但可以大大節(jié)約傳感器成本，并且非常適用于大量工程檢測應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于CIS的光電式位移傳感器，其特征在于，包括外保護(hù)筒、傳感器芯體、位移滑桿、CIS接觸式圖像傳感器、測量控制電路板和電纜，所述傳感器芯體、CIS接觸式圖像傳感器和測量控制電路板均封裝于外保護(hù)筒內(nèi)，所述傳感器芯體的一側(cè)沿長度方向開設(shè)滑道且相對應(yīng)的另一側(cè)沿長度方向設(shè)置安裝槽，所述安裝槽與滑道之間留有沿傳感器芯體長度方向設(shè)置的狹縫且安裝槽與滑道通過所述狹縫相通，所述位移滑桿的一部分在所述滑道中滑動且位移滑桿另外的部分從滑道中伸出至外保護(hù)筒外，所述CIS接觸式圖像傳感器和測量控制電路板相互連接且均固定設(shè)置于傳感器芯體的安裝槽內(nèi)，所述CIS接觸式圖像傳感器通過狹縫接收位移滑桿的反射光并轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出至測量控制電路板，所述測量控制電路板與電纜連接，所述電纜引出至外保護(hù)筒外。
[0007]所述CIS接觸式圖像傳感器包括線陣CMOS圖像傳感器、LED光源和透鏡，所述線陣CMOS圖像傳感器設(shè)置于PCB基板上，所述透鏡接收LED光源照射位移滑桿后的反射光并匯聚成像于線陣CMOS圖像傳感器上，所述線陣CMOS圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出至測量控制電路板。
[0008]所述測量控制電路板包括依次連接的高速圖像采集電路、微控制器和通訊接口電路，所述線陣CMOS圖像傳感器分別與高速圖像采集電路和微控制器相連接。
[0009]所述滑道為供位移滑桿沿傳感器芯體長度方向自由滑動的圓孔，所述安裝槽為凹槽。
[0010]所述測量控制電路板上還設(shè)置有輸入輸出接口，所述輸入輸出接口分別與通訊接口電路和電源電路相連接；和/或，所述高速圖像采集電路為高速AD采集電路。
[0011]所述位移滑桿為不銹鋼桿，所述位移滑桿在滑道中滑動部分的端頭設(shè)置定位銷，所述定位銷自安裝槽沿狹縫穿入并且隨著位移滑桿的滑動所述定位銷在狹縫內(nèi)滑動，所述狹縫的長度小于安裝槽的長度。
[0012]所述LED光源為條形LED光源陣列，所述透鏡為平行排列的柱狀透鏡。
[0013]所述外保護(hù)筒與傳感器芯體的兩端采用第一 O型密封圈密封。
[0014]所述位移滑桿伸出部位與圓孔采用第二 O型密封圈密封。
[0015]所述電纜采用防水接頭引出。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0017]本發(fā)明涉及的基于CIS的光電式位移傳感器，包括外保護(hù)筒、傳感器芯體、位移滑桿、CIS接觸式圖像傳感器、測量控制電路板和電纜，傳感器芯體的一側(cè)沿長度方向開設(shè)滑道且相對應(yīng)的另一側(cè)沿長度方向設(shè)置安裝槽，安裝槽與滑道之間留有沿傳感器芯體長度方向設(shè)置的狹縫且安裝槽與滑道通過所述狹縫相通，位移滑桿的一部分在滑道中滑動且位移滑桿另外的部分從滑道中伸出至外保護(hù)筒外，Cis接觸式圖像傳感器和測量控制電路板相互連接且均固定設(shè)置于傳感器芯體的安裝槽內(nèi)，CIS接觸式圖像傳感器接收位移滑桿的反射光并轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出至測量控制電路板，測量控制電路板與電纜連接，電纜引出至外保護(hù)筒外。該基于Cis的光電式位移傳感器通過在傳感器芯體中的一側(cè)設(shè)置滑道和在滑道內(nèi)可以沿傳感器芯體長度方向自由移動的位移滑桿，以及傳感器芯體的相應(yīng)另一側(cè)相對應(yīng)設(shè)置的安裝槽和安裝槽內(nèi)的CIS接觸式圖像傳感器和測量控制電路板，安裝槽與滑道通過狹縫相通，故Cis接觸式圖像傳感器能夠?qū)⒆陨韮?nèi)部光源通過狹縫照射位移滑桿以及能夠通過狹縫接收光源照射位移滑桿后的反射光投影圖像并在感光后將光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出至測量控制電路板。Cis接觸式圖像傳感器的光源照射在位移滑桿上時，位移滑桿的反射光由Cis接觸式圖像傳感器感光吸收，導(dǎo)致CIS接觸式圖像傳感器的像元被照亮而成為亮像元，而沒有位移滑桿的地方，由于沒有反射光照射而保持暗像元狀態(tài)，測量控制電路板根據(jù)接收的信號得到圖像中明暗分界線的位置即為位移滑桿的位置。由于采用Cis接觸式圖像傳感器，CIS接觸式圖像傳感器內(nèi)通常是線陣CMOS圖像傳感器作為圖像傳感單元，價格低廉，成像對比度高，具有高分辨率和高準(zhǔn)確度的優(yōu)點(diǎn)，使得整個光電式位移傳感器的構(gòu)成更加簡潔并且結(jié)構(gòu)緊湊，提高了光電式位移傳感器的工作可靠性和穩(wěn)定性，避免了現(xiàn)有的激光光電式位移傳感器整體價格昂貴、處理電路復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)大量工程測量應(yīng)用的問題。同時本發(fā)明的基于CIS的光電式位移傳感器中的CIS接觸式圖像傳感器(或者說是其內(nèi)的線陣CMOS圖像傳感器)和測量控制電路板形成了進(jìn)行CIS圖像檢測的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得基于Cis的光電式位移傳