激光位移傳感器的測量精度容易受到被測物體表面特征的影響,為了減小測量誤差,在整形鏡設計中應盡量使出射光斑在有效的測量范圍內實現光斑小且均勻。針對傳感頭小型化設計的要求,半導體激光器體積小、重量輕的優點正好符合這一要求,但其光束質量并不理想,需要對其進行光束整形。半導體激光器快慢軸的光束分布極不對稱:快軸發散角較大,半角的典型值為30~40°,光束呈高斯分布,發光范圍的半寬度為0.6~0.8μm,慢軸發散角的半角典型值為3~6°,光束分布不規則,發光范圍半寬度為50~100μm。因此,在不允許能量損失的情況下,要求整形系統的物方數值孔徑(NA)>0.573;但由于光束的快軸能量呈高斯分布,通常取半寬度(FWHM)為20°,此時NA=0.342。系統物距應盡量小一些,但考慮到工藝問題,不宜過小,選定為2.5mm。為了便于設計,將系統倒置,整個系統的主要要求為:工作波長為785±10nm,像方NA=0.342,像距l′=2.5mm,物距l=40~60mm,焦距f=3~4mm。高精度激光位移傳感器可以用于測量材料的壓縮和伸展性能。珠海激光位移傳感器制造廠家
要想在工作范圍內得到好的光斑質量,可采用柱面鏡或非球面實現,另外波前編碼和切趾法在延拓焦深方面也有很好的效果[3,4],但這樣的光學系統相對較復雜,元件較多,不宜裝調,成本也會增長。因此,在精度允許的情況下,可考慮全部采用球面鏡,不考慮焦深延拓,用變倍的方法實現在40、45、50、55、60mm物距處光斑大小盡量均勻一致。根據光譜分布,設定中心波長權重為3,邊緣波長權重為1。要消掉少量的色差,系統至少需要兩片鏡片。根據以上要求選定了一個初始結構,經過優化得到以下best設計結果。圖2為優化后的鏡頭結構(像距在50mm處)。表1為effective工作范圍內軸上視場的光斑大小分布。國產激光位移傳感器零售價格激光位移傳感器是利用激光技術進行測量的傳感器。
從圖2的鏡頭圖可以看出,第二塊透鏡的半徑很小,主要是為了保證系統在整個工作范圍內得到相對均勻的光斑。表1給出了在工作范圍內光斑的直徑大小,maximum為0.4mm,在靠近透鏡的一邊,minimun為0.08mm,在55mm處。由于成像系統的入射光是整形部分光經過物體散射回去的,因此整形系統得到的光斑不能太小;同時為了保證精度要求,光斑也不能太大,上面的結果能夠滿足需求。得到好的出射光斑以后,如何接收物體表面的散射光并使其精確成像,是確保激光位移傳感器精度的關鍵問題。在直入射式三角法測量中,物體沿激光入射方向移動,物面并不垂直于成像光軸。那么在透鏡成像過程中(如圖1),由幾何成像公式可證明: tanα/tanβ=d1/d',即為理想成像的Scheimpflug條件[5]。要想達到理想的成像效果,光電探測器需依此條件放置。
針對相關技術中的問題,本發明提出一種激光位移傳感器,能夠在不影響測量精度的情況下,降低成像物鏡的設計難度,同時讓測量系統能夠更有效地應對振動、機械變形等不良影響。根據本發明,提供了一種激光位移傳感器。根據本發明的激光位移傳感器包括激光器、成像物鏡以及感光元件,激光器用于射出激光束,由成像物鏡接收并出射的光入射到感光元件。其中,在對成像物鏡和感光元件CN1 06855391B3進行調制傳遞函數MTF解析時,解析結果滿足以下條件:[0011]在感光元件的多個感光單元的主要排列方向為弧矢方向的情況下,MTFS>MTFT;在感光元件的多個感光單元的主要排列方向為子午方向的情況下,MTFT>MTFS;其中,MTFS為弧矢方向上的MTF值,MTFT為子午方向上的MTF值。進一步地,在進行解析時,空間頻率為62.5lp/mm,如果多個感光單元的主要排列方向為弧矢方向,則MTFS>MTFT×10;如果多個感光單元的主要排列方向為子午方向,則MTFT>MTFS×10。[0015]可選地,空間頻率為62.5lp/mm,如果多個感光單元的主要排列方向為弧矢方向,則MTFS≥0.5,MTFT<0.05;如果多個感光單元的主要排列方向為子午方向,則MTFT≥0.5,MTFS<0.05。它可以用于測量建筑結構的變形和振動。
針對目前國內自主研制的激光位移傳感器精度低,測量范圍小等問題,提出了一種采用光學設計軟件預先仿真整個激光位移傳感器光學系統的方法。在分析系統各部分的光學特性的基礎上,結合具體要求設計了一個激光位移傳感器的光學系統,其工作范圍為(50±10)mm。采用系統分割的方法,將整個光學系統分為兩部分進行設計,No.1部分是激光束的整形透鏡,要求在有效的工作范圍內得到小而均勻的出射光斑,設計結果表明,在測量范圍內,光斑大小能夠控 制在10-1mm量級;另一部分是被測面散射光接收的成像物鏡,該系統的特點是物面和像面相對于光軸都有一定的角度,實驗結果表明其成像滿足Scheimpflug條件。 它們的穩定性使得測量結果具有較高的重復性和可信度。國產激光位移傳感器零售價格
激光位移傳感器可以用于測量環境中的污染物濃度。珠海激光位移傳感器制造廠家
系統的整體結構如圖1所示。從圖1可以看出,整個系統由上位機、激光位移傳感器和平臺運動控制系統三部分組成。激光位移傳感器由激光位移控制器、感測頭和監視器組成。平臺運動控制系統主要由平移臺運動控制器、驅動器、電源和二維電動平移臺組成。系統的部分設備如圖2所示。圖2列出了激光位移傳感器感測頭和二維電動平移臺。圖3為激光位移傳感器感測頭測量對象物原理。參考距離根據被測對象物的變化可測量范圍為2 mm,基準距離為30 mm,傳感器顯示解析度為0.3μm,線性度達到滿量程的0.3%,即精度達到6μm。珠海激光位移傳感器制造廠家