激光位移傳感器三角法位移測量原理的流程講解
二極管發出的激光束照射被測物體表面，反射光通過一組透鏡投射到光敏元件矩陣上。光敏部分可以是CCD(電荷耦合器件)、CMOS(互補金屬氧化物半導體)或PSD(位置敏感檢測器)元件。并且反射光的強度取決于被測物體的表面特性。激光位移傳感器還可以測量被測物體的厚度、振動、距離、直徑等幾何量。
根據測量原理，有激光三角測量法和激光回波分析法。前一種方法一般適用于高精度短距離測量，后一種方法適用于長距離測量。
1、三角法位移測量
最簡單的三角法位移測量系統是從光源發出一束光照射到物體表面，通過在另一個方向成像觀察反射點的位置來檢測物體的位移。由于入射光和反射光形成一個三角形，這種方法稱為三角測量法。根據入射光與被測物體表面的夾角，分為直下式和傾斜式。
激光器發出的光經聚光鏡聚焦后，垂直入射到被測物體表面，物體的移動或表面變化使入射光斑沿入射光軸移動。來自透鏡入射點的散射光被接收并成像在光斑位置檢測器(如PSD和CDD)的敏感表面上。然而，傳感器的激光束垂直于被測表面。所以只有一個準確的對焦位置，其他位置的圖像都處于不同程度的高對焦。另外，高焦距會造成像點的分散，從而降低測量精度。
為了提高精度，θ1和θ2必須滿足:tgθ1=Utgθ2，其中U為橫向放大倍數。此時可以將一定景深范圍內的側點聚焦在探測器上，保證精度。如果光點在成像平面上的位移是x’，則使用相似三角形的邊之間的比例關系。被測表面的位移可根據以下公式獲得:
其中α是從激光束的光軸和接收光軸的交點到接收透鏡的前主表面的距離，B是從接收透鏡的后主表面到中心點的距離的成像表面。θ1是激光束的光軸和接收透鏡的光軸之間的角度，θ2是測量法線和接收透鏡的光軸之間的角度。
發射的激光與被測表面的法線方向成一定角度入射到被測表面上，被測表面在該點的散射光或反射光也被接收透鏡接收。應滿足條件:tg(θ1+θ2)=Utgθ3
如果光點的圖像在探測器的敏感表面上移動x’,利用相似三角形的比例關系，物體表面沿著探測器從法線方向的移動距離為:
激光發射器通過透鏡向被測物體表面發射可見的紅色激光。被物體表面散射的激光穿過接收器透鏡，被內部的CCD線性照相機接收。根據不同的距離，相機可以設置在不同的角度來跟蹤這個光點。根據這個角度和已知的激光器與攝像機之間的距離，數字信號處理器就可以計算出傳感器與被測物體之間的距離。
同時，光束在接收元件上的位置由模擬和數字電路處理，由微處理器分析計算出相應的輸出值。最后在用戶設定的模擬窗口中按比例輸出標準數據信號。如果使用開關輸出，將在設定窗口內打開，在窗口外關閉。此外，可以為模擬輸出和開關輸出獨立設置檢測窗口。
采用三角法的激光位移傳感器的最大線性度和分辨率可分別達到1um和0.1um。比如ZLDS100傳感器可以達到0.01%的高分辨率，0.1%的高線性度，9.4KHz的高響應，可以適應惡劣的環境。
2、回聲分析
激光位移傳感器利用回波分析的原理來測量距離，以達到一定的精度。該傳感器由處理器單元、回波處理單元、激光發射器和激光接收器組成。激光位移傳感器通過激光發射器向檢測對象發射每秒一百萬個激光脈沖，并返回接收器。
處理器計算激光脈沖到達檢測對象并返回接收器所需的時間，以計算距離。輸出是數千個測量結果的平均輸出。它是通過所謂的脈沖時間法測量的。激光回波分析適用于遠距離探測，但其測量精度低于激光三角測量。
