光电检测传感器在条码型水准尺精密检测系统中的应用

　　条码型水准尺是目前用于高精度水准测量的新型测量标尺。标尺的材质为线涨系数很小的因瓦合金钢带,长为3m,宽为3cm,底色为黄色,分划线纹为黑色。分划线纹是非等宽与非等间距的,线纹最宽处为2·5cm,最窄处为0·25cm。为了保证水准测量的精度,需定期对标尺的分划线纹的宽度进行检测。本文根据该新型测量标尺的特点,研制出条码型水准尺分划线纹精密检测系统,实现了对条码尺分划线纹精确、快速的自动检测。

　　1　系统的组成及工作原理

　　系统的组成如图1所示。根据阿贝误差原则,将水准尺固定在测量工作台上,双频激光干涉仪的测量反射棱镜固定在标尺支架上(其光轴应与标尺轴线相重合)。光电瞄准接收系统由光电检测传感器———二相硅光电池及相应的信号处理电路组成。图2所示的双狭缝(两个狭缝的宽度应相等并且不能大于标尺上最窄条码的宽度)紧贴于硅光电池表面,当测量工作台携带标尺和测量反射棱镜移动时,双频激光干涉仪即进行位移测量。由于标尺的底色为黄色,线纹为黑色,在标尺的移动过程中,透过狭缝传感器每一相所接收到的光强信号分别呈现出最亮———渐暗———最暗———渐亮———最亮的变化规律。通过光电转换电路取得两相色差最大时的电压信号送到计算机,此刻双频激光干涉仪所记录的位移即为条码边沿相对于基准点的精确位置。在整个系统中,光电接收系统是准确提取条码边沿信号的关键。它主要分为光学瞄准系统和光电信号处理电路。

　　1·1　光学瞄准系统

　　当水准尺在测量工作台的带动下以速度V沿方向a移动时,水准尺上的条码经光学瞄准系统成像在狭缝E₁、E₂上,从而使设在狭缝之后的光电接收器上的光通量E₁、E2发生变化;光电接收器将光通量的变化转换成电压信号U₁和U₂的变化。当条码扫过狭缝时,E₁、E₂上依次出现E₁最大、E₂最小———E₁最小、E₂最大———E₁最大、E2最小这样一种循环往复的变化过程, U₁和U₂差分信号的最大值就对应着条码的两个边沿。由于硅光电池的两相处于同一光学系统和同一照明系统中,因此,照度、聚焦等因素对二者的影响相同,即差分信号的最大值不变。光学瞄准系统的基本任务是将条形码清晰地成像在E₁、E₂上,并能使硅光电池获得足够大的UE₁和UE₂。它既是一个几何成像系统,又是一个能量传递系统,因此,该系统应满足两个最基本的要求: