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一种集成式的高分辨率光学角位移传感器



摘要

最近一种新颖体型又小的光学角位移传感器被研发了出来。这种传感器由两部分组成，一部分是转动部分，其上制作有反射模块，第二部分是固定部分，其上有光检测器和读出电路，它们集成在一个标准的双极场效应晶体管集成电路（BiFET IC）处理器中。

高分辨率绝对角位置测量是通过把高解析度增量模拟传感器部分的信息与低分辨率绝对二进制传感器部分的信息组合起来实现的。高效率传感器部分是由一个表面有着“Z”型形状的转子和装有位置敏感性装置的定子组成。低效率传感器部分则包含反射二进制代码的转子和安装有光电二极管阵列的定子。角度位移将会导致光电二极管阵列代码的变化和反射光斑在位置敏感性装置（PSD）整个量程之间来回移动，这样就实现两个代码之间的转变。

这种传感器全规模无阻断,可以实现无接触传感器在360°范围内的角位移测量。这种装置对电场和磁场不敏感，所以可以径向安装在转子上任何位置。

引言

角位移传感器是用来测量转动部分。即转子，和相对固定部分，即定子，的转过的角度。根据用于测量物理原理传感器可以分下面的几种类型，比如；依据磁场变化检测的传感器，依据电场变化检测的传感器，和根据光学量化检测的传感器。其中依据电场检测传感器包括电阻式传感器和电容式传感器。电阻式传感器有与转子和定子接触的缺点，这样会导致机械磨损和噪音。电容式传感器对外部电场变化，污染，电极之间的空间的变化很敏感。依据磁场变化的可以分为磁性传感器和电感式传感器。这些对外部磁场格外的敏感。而且它们往往是比较复杂和对结构有一些特殊要求。光学传感器和可见光和红外线下都能正常运行，而且有了无接触测量和对电场，磁场不敏感等优点。光敏原件对玷污和背景光有一些敏感性，不过这些影响因素完全可以清清除；举个例子，通过包装和使用脉冲激励光和连续检测。并且，光感传感器对集成电路运行还可以进行积分计算。

角位移传感器还能分成仿真传感器和数字传感器。这两个还可以进一步分成绝对传感器和增量传感器。绝对位移传感器可以编程二进制传感器或者格雷传感器为了强调独特的状态，即电源开通时转子独立的状态。增量位移传感器要求有一个计数器来满足绝对数据。干扰引起的无意的计数或者暂时性停电引起的计数器重启也许会导致持续性错误的表示。

第三种分类的依据是角位移传感器在转轴上的转子上的哪个位置来分的。转子可以相对定子的布局轴向安装，那么我们从垂直转轴的方向读取数据。当转子放射状的安装时，我们在轴的圆周方向得到角度测量。当放射状可以安装在轴上任何位置时，除非安装一个扩展磁盘轴向传感器只能安装在轴的两侧。然而，在没有安装扩展磁盘或者机械齿轮来提供机械增益，放射状的一个明显的缺点就是转子的尺寸以及相继而来的可得到的精度范围取决于轴的直径。