光电鼠标改装为位移传感器

摘要：本文通过分析位移传感器和光电鼠标的原理，根据两者的共同点，借助单片机的编程，将光电鼠标改装成位移传感器。

关键词：鼠标；位移传感器；

1 前言

位移是线位移和角位移的统称，是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量。其测量方式所涉及的范围是相当广泛的。同时，位移是向量，除了确定其大小之外，还应确定其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。以位移作为被测物理量的传感器则称为位移传感器。其又称为线性传感器，是把位移转换为电量的传感器。

1.1 位移传感器的原理

位移传感器可以分为电阻式位移传感器、电感式位移传感器，电容式位移传感器，应变式位移传感器，霍尔式位移传感器。

光电式传感器，基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。

针对位移测量的应用场合，可采用不同用途的位移传感器。表1中列出了较常见的位移传感器的主要特点和使用性能。

表1 常用位移传感器一览表

型式			测量范围	精确度	直线性	特点
电阻式	滑线式	线位移	1~300mm①	±0.1%	±0.1%	分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固
	滑线式	角位移	0~360°	±0.1%	±0.1%	分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固
	变阻器式	线位移	1~1000mm①	±0.5%	±0.5%	结构牢固，寿命长，但分辨力差，电噪声大
	变阻器式	角位移	0~60r	±0.5%	±0.5%	结构牢固，寿命长，但分辨力差，电噪声大
应变式	非粘贴的		±0.15%应变	±0.1%	±1%	不牢固
	粘贴的		±0.3%应变	±2%~3%		使用方便，需温度补偿
	半导体的		±0.25%应变	±2%~3%	满刻度 ±20%	输出幅值大，温度灵敏性高
电感式	自感式	变气隙型	±0.2mm	±1%	±3%	只宜用于微小位移测量
		螺管型	1.5~2mm			测量范围较前者宽，使用方便可靠，动态性能较差
		特大型	300~2000mm①		0.15 % ~1%	测量范围较前者宽，使用方便可靠，动态性能较差
	差动变压器		±0.08~75mm①	±0.5％	±0.5%	分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽
	涡电流式		±2.5~±250mm①	±1 % ~3%	＜3%	分辨力好，受被测物体材料、形状、加工质量影响
	同步机		360°	±0.1°~±7°	±0.5%	可在1200r/min转速工作，坚固，对温度和湿度不敏感
	微动同步器		±10°	±1%	±0.05%	非线性误差与变压比和测量范围有关
	旋转变压器		±60°		±0.1%	非线性误差与变压比和测量范围有关
电容式	变面积		10-3~103mm①	±0.005%	±1%	受介电常数因环境温度、湿度而变化的影响
电容式	变间距		10-3~10mm①	0.1%		分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性
霍尔元件			±1.5mm	0.5%		结构简单，动态特性好
感应同步器	直线式		10-3~104mm①	2.5μm ~ 250mm		模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线式感应同步器的分辨力可达1μm)
感应同步器	旋转式		0o~360°	±0.5°		模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线式感应同步器的分辨力可达1μm)

计量光栅	长光栅	10-3~103mm①	3μm ~ 1m	同上(长光栅分辨力可达1μm)
	圆光栅	0o~360°	±0.5”
磁尺	长磁尺	10-3~104mm①	5μm ~ 1m	测量时工作速度可达12m/min
	圆磁尺	0o~360°	±1”
角度编码器	接触式	0o~360°	10-6rad	分辨力好，可靠性高
	光电式	0o~360°	10-6rad

1.2 光电鼠标原理

光电鼠标是利用LED与COMS感光块组合来测量位移。

光电鼠标内的发光二极管LED发出的光线照亮光电鼠标底部表面，后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜传输到CMOS感光块内成像。

光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，最后利用DSP处理器对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离。DSP按一定的采样率对位移进行运算与比较，并将其转化成脉冲实时向外输出从而完成光标的定位。

1.3 位移传感器的应用

用于测量机械位移、机械零部件的几何参数（尺寸、表面形状等）以及在加工过程中连续测量钢板、纸和橡胶等的几何尺寸。甚至岩体位移、软土沉降、结构基础下沉等方面测定。

1.3.1光纤位移传感器

应用: 光纤位移传感器系统在现行的铁路运行系统中起到重要作用，铁路道岔的搬动是靠转辙机来完成的，而道岔是否搬到位又是借助于一种被称为缺口检测的机械传动装置来实现的，由于这种机械传动装置只能检测开关量而不能检测具体位移量清误报警却不能立刻识别等缺点，给行车安全带来极大的隐患。

光纤位移传感器解决了其它测量方法中无法消除电磁干扰，使用寿命短，不耐高温，不耐腐蚀等问题，与传统只测量开关量的方法相比，本系统实现了位移的准确测量，并能对出现的误报警及时进行判断。经过软件拟合，系统中的测量精度可以达到0.01mm。完全达到铁路系统中转辙机在道轨搬动中测量的误差要求。　

1.3.2激光位移传感器

应用范围：主公路路面平整度、车辙测量专用激光位移传感器它适用于路面测量应用中所有可能遇到的表面类型、汽车速度、振动情况、阳光强度、和温度条件。

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