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申请/专利权人：中铁十一局集团第二工程有限公司;中铁十一局集团有限公司

摘要：本发明实施例提供的一种二维测微装置以及系统，包括光信号发射装置、多元光信号捕捉板、接收透镜、反射镜、可视化显示屏以及光电信号放大装置；所述光信号发射装置设置在所述反射镜与所述接收透镜之间，所述反射镜用于承载待测物，所述接收透镜与所述多元光信号捕捉板连接，所述光电信号放大装置分别与所述多元光信号捕捉板以及所述可视化显示屏电连接；所述光信号发射装置的光信号频率与所述多元光信号捕捉板的接收频率相同。该二维测微装置以及系统其能够实现对待测物二维方向上的变形测定。

主权项：1.一种二维测微装置，其特征在于，包括：光信号发射装置、多元光信号捕捉板、接收透镜、反射镜、可视化显示屏以及光电信号放大装置；所述光信号发射装置设置在所述反射镜与所述接收透镜之间，所述反射镜用于承载待测物，所述接收透镜与所述多元光信号捕捉板连接，所述光电信号放大装置分别与所述多元光信号捕捉板以及所述可视化显示屏电连接；所述光信号发射装置的光信号频率与所述多元光信号捕捉板的接收频率相同，其中，所述光电信号放大装置包括依次耦合的前置放大电路、解调电路、后级直流放大和调制波发生电路，所述前置放大电路为差分放大电路，所述前置放大电路处于与所述多元光信号捕捉板交互的第一级，所述多元光信号捕捉板中的电感式传感器两组次级线圈输出信号分别接所述前置放大电路的反相与同相两个输入端，所述信号经所述前置放大电路放大后，表现为共模干扰。

全文数据：二维测微装置以及系统技术领域[0001]本发明涉及精密仪器领域，具体而言，涉及一种二维测微装置以及二维测微系统。背景技术[0002]电感测微仪是一种能够测量微小尺寸变化的精密测量仪器，例如，检查工件的厚度、内径、外径、椭圆度、平行度、直线度、径向跳动等，被广泛应用于精密机械制造业、晶体管和集成电路制造业以及国防、科研、计量部门的精密长度测量。然而，传统的电感测微仪并不能实现二维方向上的变形测定。发明内容[0003]本发明的目的在于提供一种二维测微装置以及系统，其能够实现对待测物二维方向上的变形测定。[0004]本发明的实施例是这样实现的：[0005]第一方面，本发明实施例提供一种二维测微装置，其包括光信号发射装置、多元光信号捕捉板、接收透镜、反射镜、可视化显示屏以及光电信号放大装置;所述光信号发射装置设置在所述反射镜与所述接收透镜之间，所述反射镜用于承载待测物，所述接收透镜与所述多元光信号捕捉板连接，所述可视化显示屏分别与所述多元光信号捕捉板以及所述光电信号放大装置电连接;所述光信号发射装置的光信号频率与所述多元光信号捕捉板的接收频率相同。[0006]在本发明较佳的实施例中，所述光电信号放大装置包括依次耦合的前置放大电路、解调电路、后级直流放大和调制波发生电路。[0007]在本发明较佳的实施例中，所述前置放大电路为差分放大电路。[0008]在本发明较佳的实施例中，所述多元光信号捕捉板包括多个依次耦合的光栅回路。[0009]在本发明较佳的实施例中，所述光栅回路为可以为光纤式光栅回路。[0010]在本发明较佳的实施例中，所述光栅回路可以为液晶狭缝光栅回路。[0011]在本发明较佳的实施例中，所述光信号发射装置的光信号频率范围是380一790THz〇[0012]在本发明较佳的实施例中，所述可视化显示屏可以为LED式显示屏。[0013]在本发明较佳的实施例中，所述可视化显示屏可以为LCD式显示屏。[0014]第二方面，本发明实施例提供一种二维测微系统，所述二维测微系统包括上述实施例中任一所述的二维测微装置以及待测物，所述待测物放置在所述反射镜上。[0015]本发明实施例的有益效果是:本发明实施例提供了一种二维测^装置以及系统，包括:光信号发射装置、多元光信号捕捉板、接收透镜、反射镜、可视化显示屏以及光电信号放大装置;所述光信号发射装置设置在所述反射镜与所述接收透镜之间，f述反射镜用于承载待测物，所述接收透镜与所述多元光信号捕捉板连接，所述可视化显示屏分别与所述多元光信号捕捉板以及所述光电信号放大装置电连接;所述光信号发射装置的光信号频率与所述多元光信号捕捉板的接收频率相同。在待测物上放置的反射镜发射光信号发射装置发射的光源信号，经反射到多元光信号捕捉板上，形成初始电流信号，当反射镜随待测物的变形而移动时，反射的光信号发生偏移，电流信号发生改变，通过光电信号放大装置进行放大后，可以通过可视化显示屏计算得出待测物在二维方向上的位移量。[0016]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明[0017]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0018]图1是本发明第一实施例提供的一种二维测微装置的结构框图；[0019]图2是本发明第一实施例提供的一种二维测微装置的光栅回路的结构示意图；[0020]图3是本发明第一实施例提供的一种二维测微装置的光电信号放大装置的逻辑框图；[0021]图4是本发明第二实施例提供的一种二维测微系统的结构框图。[0022]图标：100—二维测微装置；110—光信号发射装置；120—多元光信号捕捉板；121—光栅回路；130—接收透镜；140—反射镜；150—可视化显示屏；160—光电信号放大装置;21—电感式传感器;22—差分前级放大电路;200—二维测微系统;210—待测物。具体实施方式[0023]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0024]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0025]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。[0026]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0027]此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。[0028]在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0029]第一实施例[0030]请参照图1，本实施例提供一种二维测微装置100,其包括光信号发射装置110、多元光信号捕捉板120、接收透镜130、反射镜140、可视化显示屏150以及光电信号放大装置160。[0031]其中，所述光信号发射装置110设置在所述反射镜140与所述接收透镜130之间，且光源朝向所述反射镜140。[0032]其中，作为一种实施方式，所述光信号发射装置110的光信号频率范围可以是380—790THz，及所述光信号发射装置110的发射光线为人眼可见的可见光。[0033]作为一种实施方式，所述光信号发射装置110可以点光源，如单体LED灯，所述光信号发射装置110也可以是面光源，如LED灯簇。[0034]所述反射镜140用于承载待测物210,并将待测物21〇进行固定。所述反射镜140可以是平面镜。[0035]由于所述光信号发射装置110的光源朝向所述反射镜140,当所述光信号发射装置110发出光信号时，所述反射镜140可以将光信号进行反射，从而使得反射光可以射向接收透镜130。[0036]所述接收透镜130也可以是平面镜，当然，所述接收透镜130也可以是凸透镜。所述接收透镜130与所述多元光信号捕捉板120连接。作为一种实施方式，所述接收透镜13〇可以直接覆盖在所述多元光信号捕捉板12〇的表面上。[0037]当反射光射向接收透镜130时，反射光可以透过接收透镜13〇射向多元光信号捕捉板120。[0038]为了使得所述多元光信号捕捉板120可以准确接收到所述光信号发射装置11〇所产生的光信号，所述光信号发射装置11〇的光信号频率与所述多元光信号捕捉板120的接收频率相同。[0039]其中，请参看图2,所述多元光信号捕捉板120包括多个依次耦合的光栅回路U1。[0040]光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。于本实施例中，所述光栅回路121可以为光纤光栅回路，当然，作为一种实施方式，所述光栅回路121也可以为液晶狭缝光栅回路。[0041]经反射到多元光信号捕捉板120上的光信号，可以在光栅回路121的作用下形成初始电流信号。[0042]所述光电信号放大装置16〇分别与所述多元光信号捕捉板120以及所述可视化显示屏150电连接。[0043]请参看图3,所述光电信号放大装置160可以包括依次耦合的前置放大电路、解调电路、后级直流放大和调制波发生电路。[0044]所述前置放大电路为差分放大电路。[0045]其中前置放大电路处于与多元光信号捕捉板120交互的第一级，上述前置放大电路、解调电路、后级直流放大和调制波发生电路等基本模块之间的连接关系对于本领域中具有通常知识的人来说属于公知常识，在此不再详细描述。[0046]当待测物210在二维上的结构发生改变而产生形变时，反射镜140随待测物210的变形而移动，此时，反射的光信号发生偏移，进一步的使得透过接收透镜130被多元光信号捕捉板120捕捉到的光信号量发生变化，从而使得电流信号发生改变。[0047]其中，电感式传感器21结合初始电流信号以及由于外界机械变形产生的形变电流信号，基于二者转换为交流电压信号的微小变化量，通过微小变化量，得到待测物210在二维方向上的形变测定。[0048]微小变化量的电压幅值变化对应于机械位移变化，从整体的测量精度来衡量，要求测量的重复精度为0.5微米，数值示值分辨率为0.1微米。如此高的要求对于信号的稳定性与抗干扰方面提出了很高的要求。微米级微位移时电感式传感器21输出信号幅值变化量一般都在毫伏数量级，这些有用的检测信号在传输过程中一般都夹杂着一些干扰信号，如何减少现场电干扰信号对有用检测信号的影响是电感测微仪前级模拟电路的关键环节。[0049]图3为本发明实施例中电感测微仪的差分前级放大电路22与电感式传感器21连接的电路原理图。本发明中，将原先单端前级放大电路改进为差分前级放大电路22,改进后的电感式传感器21两组次级线圈输出信号将分别接差分前级放大电路22的反相与同相两个输入端。电感式传感器21两组次级线圈中心串接点可接信号地，也可根据使用情况不接地。经差分前级放大电路22放大后，原先产生的传感器电缆传输中的感应高频干扰信号，将同时感应在差分放大器的两个信号输入端，信号从原先表现为对地差模干扰转变为共模干扰，并且由于前级电路两信号输入时都是针对信号地作用参考，原信号地线回路电阻与干扰信号回流回路产生的干扰对两输入端也同时表现为共模干扰。而改进后的前级差分放大电路具有很高的共模抑制比，所以对干扰信号有较强的抑制作用，电路信噪比大大提高。[0050]实际使用时，针对同样的工况进行试验，原电感测微仪随机跳动量在0.5—1微米左右，改进后的电感测微仪随机跳动量在〇.1—〇.3微米左右，电路抗干扰能力的提高，使得电感测微仪量仪产品可使用在测量精度要求更高，现场干扰工况更差的使用环境中，大大加强了精密机械加工及装配环境测量的稳定性，提升了行业应用。[0051]所述光电信号放大装置160还与所述可视化显示屏150电连接。[0052]所述可视化显示屏150最终将微小变化量转换成对应的形变量进行数据输出。[0053]其中，所述可视化显示屏15〇可以为LED显示屏，也可以为LCD显示屏，当然，还可以为其他未曾列举到的显示屏。[0054]本发明第一实施例提供一种二维测微装置100的工作原理是:该二维测微装置100包括光信号发射装置110、多元光信号捕捉板120、接收透镜130、反射镜140、可视化显示屏150以及光电信号放大装置160。在待测物210上放置的反射镜140发射光信号发射装置110发射的光源信号，经反射到多元光信号捕捉板120上，形成初始电流信号，当反射镜140随待测物210的变形而移动时，反射的光信号发生偏移，电流信号发生改变，通过光电彳目5放大装置160进行放大后，可以通过可视化显示屏150计算得出待测物210在二维方向上的位移量。[0055]第二实施例[0056]请参照图4,本实施例提供一种二维测微系统200,所述二维测微系统2〇〇包括第一实施例中任一实施方式中所述的二维测微装置1〇〇以及待测物210,所述待测物210放置在所述反射镜140上。[0057]综上所述，本发明实施例提供一种二维测微装置100以及二维测微系统2〇〇,该二维测微装置100包括光信号发射装置110、多元光信号捕捉板120、接收透镜130、反射镜140、可视化显示屏150以及光电信号放大装置160。在待测物210上放置的反射镜140发射光信号发射装置110发射的光源信号，经反射到多元光信号捕捉板120上，形成初始电流信号，当反射镜140随待测物210的变形而移动时，反射的光信号发生偏移，电流信号发生改变，通过光电信号放大装置160进行放大后，可以通过可视化显示屏150计算得出待测物210在二维方向上的位移量。[0058]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种二维测微装置，其特征在于，包括:光信号发射装置、多元光信号捕捉板、接收透镜、反射镜、可视化显示屏以及光电信号放大装置;所述光信号发射装置设置在所^反射镜与所述接收透镜之间，所述反射镜用于承载待测物，所述接收透镜与所述多元光^号捕捉板连接，所述光电信号放大装置分别与所述多元光信号捕捉板以及所述可视化显示屏电连接;所述光信号发射装置的光信号频率与所述多元光信号捕捉板的接收频率相同。2.根据权利要求1所述的二维测微装置，其特征在于，所述光电信号放大装置包括依次耦合的前置放大电路、解调电路、后级直流放大和调制波发生电路。3.根据权利要求2所述的二维测微装置，其特征在于，所述前置放大电路为差分放大电路。4.根据权利要求3所述的二维测微装置，其特征在于，所述多元光信号捕捉板包括多个依次耦合的光栅回路。5.根据权利要求4所述的二维测微装置，其特征在于，所述光栅回路为光纤光栅回路。6.根据权利要求4所述的二维测微装置，其特征在于，所述光栅回路为液晶狭缝光栅回路。7.根据权利要求4所述的二维测微装置，其特征在于，所述光信号发射装置的光信号频率范围是380—790THz。、—_8.根据权利要求7所述的二维测微装置，其特征在于，所述可视化显不屏为LED显示屏。9.根据权利要求7所述的二维测微装置，其特征在于，所述可视化显不屏为1：[显示屏。10.—种二维测微系统，其特征在于，所述二维测微系统包括权利要求1一9中任一所述的二维测微装置以及待测物，所述待测物放置在所述反射镜上。

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