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一种角度检测装置

阅读：22发布：2023-02-18

专利汇可以提供一种角度检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种角度检测装置，可对设备旋转轴的转动角度进行检测。其包括平行光管、半透半反镜、转动模块、凸透镜、收集光纤、光纤光谱仪、处理模块和显示模块；所述转动模块由相互垂直的人造蛋白石光子晶体和反光镜构成，使得进出转动模块的光束反向平行；所述人造蛋白石光子晶体反射的光的光强度随波长的变化存在峰值，且该反射峰值对应的波长值随射向人造蛋白石光子晶体的入射光的入射角度的变化而改变；所述处理模块是根据转动模块的转动角度与从人造蛋白石光子晶体反射的反射光的光强度峰值波长的对应关系，计算得到转动模块的转动角度。本发明同现有技术相比，可实现无接触式测量，不会对旋转轴的转动造成干扰。，下面是一种角度检测装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种角度检测装置，其特征在于包括平行光管(1)、半透半反镜(2)、转动模块(3)、凸透镜(4)、收集光纤(5)、光纤光谱仪(6)、处理模块(7)和显示模块(8)；所述转动模块(3)进一步包括人造蛋白石光子晶体(9)和反光镜(10)；所述人造蛋白石光子晶体(9)和反光镜(10)相互垂直，并且其相接触部位固定于待测物的旋转轴轴线位置(A)；所述平行光管(1)发出的平行光透过半透半反镜(2)后进入转动模块(3)，一部分光经人造蛋白石光子晶体(9)反射后再由反光镜(10)反射，另一部分光经反光镜(10)反射后再由人造蛋白石光子晶体(9)反射；所述转动模块(3)反射回来的光束由半透半反镜(2)反射至凸透镜(4)，再由凸透镜(4)聚焦至收集光纤(5)的输入端；所述收集光纤(5)将光信号输出给光纤光谱仪(6)；
所述光纤光谱仪(6)将接收到的光信号转换成电信号，并将电信号输出给处理模块(7)；所述处理模块(7)对光纤光谱仪(6)传来的电信号进行分析计算，通过显示模块(8)显示计算结果。
2.根据权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于所述人造蛋白石光子晶体(7)由聚合物或二氧化硅材料组成。
3.根据权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于所述人造蛋白石光子晶体(9)反射的光的光强度随波长的变化存在峰值，且该反射峰值对应的波长值随射向人造蛋白石光子晶体(9)的入射光的入射角度的变化而改变。
4.根据权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于所述处理模块(7)是根据转动模块(3)的转动角度与从人造蛋白石光子晶体(9)反射的反射光的光强度峰值波长的对应关系，计算得到转动模块的转动角度。
5.根据权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于该角度检测装置的转动角度测量范围为0～90°。

说明书全文

一种角度检测装置

技术领域

[0001] 本发明属于检测技术领域，涉及对旋转轴转动角度的检测，特别涉及对机械设备中旋转轴转动角度的检测。

背景技术

[0002] 角度测量装置在工业、海事、军用、地理、钻井、机械等众多领域都有着广泛的应用。很多机械设备中都有旋转轴，而且需要对旋转轴的转动角度进行检测。现有的角度检测装置一般会与旋转轴直接或间接地连在一起，通过齿轮等连带装置实现转动角度的测量。然而，这种设计会影响到旋转轴的转动，增加摩擦损失，而且占据旋转轴所在位置的空间都比较大。因而需要一种新型角度检测装置，降低对旋转轴转动的影响。

[0003] 光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构材料，其介电常数在空间中存在周期性排列，使得光在其中传播时产生能带结构。某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，也就是说这种结构本身存在“禁带”。人们可以通过对光子晶体某些参数的改变实现对光子行为的控制。例如，在传感检测方面，专利CN102680429A提出了一种应用光子晶体的微腔气体传感器，能对气体折射率实现检测。专利CN102494816B提出了一种基于光子晶体光纤对压力进行检测的方法和装置。

发明内容

[0004] 本发明为了解决上述存在的问题，提供了一种角度检测装置，能够方便快捷地测得转轴转动角度，并避免对转轴的转动产生干扰。

[0005] 本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种角度检测装置，其包括平行光管、半透半反镜、转动模块、凸透镜、收集光纤、光纤光谱仪、处理模块、显示模块；该转动模块进一步包括人造蛋白石光子晶体和反光镜；所述人造蛋白石光子晶体和反光镜相互垂直，并且其相接触部位位于待测物的旋转轴轴线位置；所述平行光管发出的平行光透过半透半反镜后进入转动模块，在转动模块中一部分光经人造蛋白石光子晶体反射后再由反光镜反射，另一部分光经反光镜反射后再由人造蛋白石光子晶体反射，这两部分光与人造蛋白石光子晶体表面形成的入射角相等，使得反射光的光强度随波长的变化情况相同；所述转动模块反射回来的平行光束与平行光管发出的平行光束相互平行，该反射回来的平行光束由半透半反镜反射至凸透镜，再由凸透镜聚焦至收集光纤的输入端；所述收集光纤将光信号输出给光纤光谱仪；所述光纤光谱仪将接受到的光信号转换成电信号，并将电信号输出给处理模块；所述处理模块对光纤光谱仪传来的电信号进行分析计算，通过显示模块显示计算结果。

[0007] 上述技术方案中，所述的人造蛋白石光子晶体由聚合物或二氧化硅材料组成。

[0008] 上述技术方案中，所述的转动模块反射回来的光的光强度随波长的变化存在峰值，且该反射峰值对应的波长值随射向人造蛋白石光子晶体的入射光的入射角度的变化而改变。

[0009] 上述技术方案中，所述的处理模块是根据转动模块的转动角度与从人造蛋白石光子晶体反射的反射光的光强度峰值波长的对应关系，计算得到转动模块的转动角度。

[0010] 与目前的技术相比，本发明利用了光子晶体的特点，当一束白光从不同的角度入射时，光子晶体对不同波长的光的反射能力不同，因此，固定入射光方向，对光子晶体进行旋转操作，即可相对地改变入射光的入射方向，接受光子晶体反射回来的光并分析其光强度峰值对应光波长就可以计算得到旋转的角度。

[0011] 本发明具有以下特点和有益技术效果：

[0012] 1、本发明的角度检测装置，由于其是基于从转动模块反射回来的光进行处理和分析，实现无接触式测量，不会对旋转轴的转动造成干扰。

[0013] 2、人造蛋白石光子晶体的结构可调，因此可实现对不同波长范围的反射光进行监测，可在一定程度上避开外围光的干扰。附图说明

[0014] 图1是本发明角度检测装置的整体结构示意图；

[0015] 图2是本发明实施例一中不同入射角的入射光在人造蛋白石光子晶体上的反射光谱；

[0016] 图中，1-平行光管，2-半透半反镜，3-转动模块，4-凸透镜，5-收集光纤，6-光纤光谱仪，7-处理模块，8-显示模块，9-人造蛋白石光子晶体，10-反光镜。

具体实施方式

[0017] 为使本使用新型的技术方案更加清楚，以下结合附图和并用具体实例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0018] 如图1所示，本发明角度检测装置，可用于对机器旋转轴的转动角度进行检测。其包括平行光管1，半透半反镜2，转动模块3，凸透镜4，收集光纤5，光纤光谱仪6，处理模块7，显示模块8；所述转动模块3进一步包括人造蛋白石光子晶体9和反光镜10；所述人造蛋白石光子晶体9和反光镜10相互垂直，并且其相接触部位固定于待测物的旋转轴轴线位置A；所述平行光管1发出的平行光透过半透半反镜2后进入转动模块3，一部分光经人造蛋白石光子晶体9反射后再由反光镜10反射，另一部分光经反光镜10反射后再由人造蛋白石光子晶体9反射；所述转动模块3反射回来的光束由半透半反镜2反射至凸透镜4，再由凸透镜4聚焦至收集光纤5的输入端；所述收集光纤5将光信号输出给光纤光谱仪6；所述光纤光谱仪6将接收到的光信号转换成电信号，并将电信号输出给处理模块7；所述处理模块7对光纤光谱仪6传来的电信号进行分析计算，通过显示模块8显示计算结果。

[0019] 实施例一

[0020] 本实施例按照图1所示的角度检测装置连接好各个部件。

[0021] 首先对旋转轴的转动角度进行规定：当转动模块3中反光镜10与平行光管1发出光束相互垂直时，并且该光束射向反光镜10的正面，认为此时旋转轴转动的角度为0度；当转动模块3中人造蛋白石光子晶体9与平行光管1发出的光束相互垂直时，并且该光束射向人造蛋白石光子晶体9的正面，认为此时旋转轴转动的角度为90度。该装置对角度的检测范围是0～90度。

[0022] 其具体的检测过程是：平行光管1发出的平行光透过半透半反镜2后进入转动模块3，一部分光经人造蛋白石光子晶体9反射后再由反光镜10反射，另一部分光经反光镜10反射后再由人造蛋白石光子晶体9反射，这两部分光向人造蛋白石光子晶体9入射的入射光的入射角度相等，使得反射峰对应的波长相同；转动模块3反射回来的光由半透半反镜2反射至凸透镜4，再由凸透镜4聚焦至收集光纤5的输入端；收集光纤5将光信号输出给光纤光谱仪6；光纤光谱仪6对光信号进行分析得到反射峰波长，并将该波长电信号输出给处理模块
7；处理模块7根据转动模块3的转动角度与从人造蛋白石光子晶体9反射的反射光的反射峰波长的对应关系而计算得到转动模块3的转动角度，并通过显示模块8显示计算结果。

[0023] 所述处理模块7为单片机；

[0024] 所述显示模块8为液晶显示器；

[0025] 所述人造蛋白石光子晶体9由聚合物组成；

[0026] 所述人造蛋白石光子晶体9反射的光强度存在反射峰，且该反射峰对应的波长随向人造蛋白石光子晶体9入射的入射光的入射角度的改变而改变。

[0027] 所述显示模块8的液晶显示器显示单片机的计算结果。

[0028] 如图2所示，实施例一中的人造蛋白石光子晶体9反射的反射光的反射峰随入射光的入射角度的增加而向短波方向移动。当转动模块3转动时，从转动模块3中人造蛋白石光子晶体9反射回来的反射光的反射峰就会发生变化，即对于不同的转角对应不同的反射峰波长。处理模块7根据反射峰波长的对应关系而计算得到转动模块3的转动角度。最后通过显示模块8显示出来。

[0029] 本发明不会对旋转轴的转动造成干扰，检测简单，可广泛用于对机械设备中旋转轴转动角度的检测。

[0030] 以上所述仅是本发明的一个实施例，在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明所述权利要求的保护范围。本行业的技术人员应该了解，本发明还有各种变化和改进，例如：若增加转动模块3中人造蛋白石光子晶体9和反光镜数量，或将两者进行延伸，即可增大角度检测范围，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。

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