激光三角法测量物体位移
高精度光学测量微位移技术综述
高精度光学测量微位移技术综述Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022高精度光学测量微位移技术综述***（******大学光电**学院，重庆 400065）摘要微位移测量技术在科学与工业技术领域应用广泛。
光学测量微位移技术与传统测量方法相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、防爆、结构简单、体积小、重量轻等优点。
本文介绍了几种高精度光学测量微位移的方法，从激光三角法、激光干涉法、光栅尺法、光纤光栅法、X射线干涉法和F-P干涉法几个类别对各种微位移测量原理和仪器进行了系统的分析和比较，并对各种方法的特点进行了归纳，对光学微位移测量方法的发展趋势进行了概括。
关键词：微位移测量，高精度，光学测量，发展趋势1 引言随着科学技术的发展，微小位移的检测手段已发展到多种，测量准确度也不断提高。
目前，高分辨力微位移测量技术主要分为包含电学、显微镜等测量方法的非光学测量技术和以激光干涉测量为代表的光学测量技术两大类。
电学测量技术又包括电阻法、电容和电感法以及电涡流法等，其中，电容和电感法发展迅速，较为常用。
目前，三端电容传感器可测出5×10－5μm的微位移，最大稳定性为每天漂移几个皮米[1]。
而显微镜测量技术种类较多，主要有高性能透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜（包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜）等二十多个品种[2]。
按光学原理不同，光学测量技术可分为激光三角测量[3]、光杠杆法[1,4]、光栅尺测量法[5]、光纤位移测量法[5]和激光干涉法等，测量分辨力在几十皮米到几纳米之间。
此外，利用X射线衍射效应进行位移测量的X射线干涉技术近年来备受关注，其最大特点是以晶格结构中的原子间距作为溯源标准，可实现皮米量级的高分辨力，避免了光学干涉仪的各种非线性误差[6]。
现将主要的具有纳米量级及以上分辨力的微位移测量技术概括如表1所示。
纵观位移测量技术的发展历程，如果说扫描探针技术为高分辨力位移测量领域带来了革命性变革，那么近几十年来激光技术的发展则将该领域带入了一个崭新的时代。
激光位移传感器调试方法【免费下载】
激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器。
它由激光器、激光检测器和测量电路组成。
激光传感器是新型测量仪表。
能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化。
知道了什么是激光位移传感器，那么大家对激光位移传感器调试方法有多少了解呢？下面小编为大家简单介绍一下。
激光位移传感器的调试方法：激光位移传感器可以测量位移、厚度、振动、距离、直径等精密几何测量。
激光位移传感器具有良好的直线度，激光位移传感器的精度高于我们所知道的超声波传感器。
然而，激光发生器相对复杂，体积大，因此对激光位移传感器的应用范围提出了更高的要求。
激光位移传感器原理：一般激光位移传感器的基本原理是光学三角法。
根据测量原理，将激光位移传感器分为激光三角测量法和激光回波分析法。
激光三角测量法一般适用于高精度和短距离测量，而激光回波分析法则用于长距离测量，分别介绍了激光三角测量原理和激光回波分析原理。
1、激光位移传感器原理的激光三角测量方法。
激光发射器通过透镜将可见的红色激光发射到被测物体的表面，由物体反射的激光通过接收镜头接收到内部的CCD线相机。
根据不同的距离，CCD线性相机可以"看到"不同角度的光斑。
基于这个角度和已知的激光与摄像机之间的距离，数字信号处理器可以计算传感器与被测物体之间的距离。
同时，用模拟电路和数字电路处理波束在接收元件中的位置，通过微处理器分析计算出相应的输出值，在用户设置的模拟窗口中按比例输出标准数据信号。
如果使用开关输出，则在设定窗口内打开，并在窗口外结束。
此外，模拟输出和开关输出可以独立设置检测窗口。
用三角法测得的激光位移传感器的最大线性度可达1μm，分辨率可达0.1um，如ZLDS 100型传感器，可获得0.01%的高分辨率，0.1%的高线性度，9.4KHz的高响应，适应恶劣环境。
2、基于激光位移传感器原理的激光回波分析原理。
激光位移传感器采用回波分析原理测量距离，以达到一定的精度。
该传感器由处理器单元、回波处理单元、激光发射机、激光接收机等组成。
激光位移传感器的工作原理
ZLDS10河定制激光位移传感器量程：2〜1000m（可定制）精度：最高0.1% （玻璃0.2%）分辨率：最高0.03%频率响应:2K.5K.8K.10K基本原理是光学三角法：半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。
反射光被镜片3收集，投射到CCD 阵列4上；信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。
激光传感器原理与应用激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。
它由激光器、激光检测器和测量电路组成。
激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
激光和激光器一一激光是20世纪60年代出现的最重大的科学技术成就之一。
它发展迅速，已广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面。
激光与普通光不同，需要用激光器产生。
激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1,在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量受激发而跃迁到高能级E2。
光子能量E=E2-E1=hv,式中h为普朗克常数，v为光子频率。
反之，在频率为v的光的诱发下，处于能级E2的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。
激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布），就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生强大的受激辐射光，简称激光。
激光具有3个重要特性：（1）高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米；（2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小10倍以上；（3）高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。
激光器按工作物质可分为4种：（1）固体激光器：它的工作物质是固体。
常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝石榴石激光器（即YAG激光器）和钕玻璃激光器等。
它们的结构大致相同，特点是小而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，已达到数十兆瓦。
激光三角法测距原理研究
《激光三角法测距原理研究》摘要：文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）22-0242-03，对于激光三角法测距的原理的研究可以为激光三角法的实际测量提供良好的指导作用，本文在研究激光三角法测距的原理的过程中对激光三角法测距的已有光路与重要器件进行分析，找出各方案的特点吴博文冯国强摘要：激光三角法测距是一种以激光为光源的非接触式测量方法，其测量速度快、精度高，已被广泛的应用于工业生产检测领域。
本文首先介绍了激光三角法测距的基本原理;然后对不同的测量方案例如直射式和斜射式单点激光三角法测距进行系统的分析和比较;其次对各个测量方案的优缺点、各方案中采用的光电仪器的作用与优劣，以及影响激光三角法测量结果的因素与其解决方法进行了归纳和分析。
Abstract： Laser triangulation is a non - contact measuring method with laser as the light source. It has been widely used in the field of industrial production inspection. This paper first introduces the basic principle of laser triangulation method， and then analyzes and compares the different measurement schemes such as direct beam and oblique beam single point laser triangulation method. Secondly， the advantages and disadvantages of each measurement scheme， the functions and advantages and disadvantages of the photoelectric instruments used in each scheme，as well as the factors affecting the measurement results of laser triangulation method and their solutions are summarized and analyzed. Finally， an improved laser triangulation measurement scheme is designed and its feasibility and influencing factors are discussed. The development trend and prospect of laser triangulation are deduced.关键词：激光三角法;测距;直射式;斜射式Key words： laser triangulation;distance;direct type;oblique type中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）22-0242-030 引言随着工业的发展，与科学技术的进步，在一些领域对测量方面的要求越来越高越来越严格。
激光位移传感器的工作原理
激光位移传感器的工作原理激光位移传感器是一种利用激光技术测量目标物体与传感器之间距离或位移的设备。
它广泛应用于工业自动化、机器人导航、三维建模等领域。
激光位移传感器的工作原理可简单概括为发射激光束，接收并分析激光束被目标物体反射后的特性，最后计算出位移值。
激光发射器通常使用激光二极管或激光二极管阵列。
它们能够产生连续波或脉冲激光束。
激光束被发射后，聚焦成一个很小的光斑，射向目标物体。
接收器通常采用光电二极管或光电二极管阵列。
当激光束照射到目标物体上时，一部分光会被目标物体表面反射回来。
接收器接收到反射光，并将其转化为电信号。
信号处理模块对接收到的电信号进行放大和滤波处理。
由于反射光的强度会随着目标物体与传感器的距离变化而变化，信号处理模块需要将这些微弱的信号放大到合适的水平，以便后续处理。
计算模块对处理后的信号进行分析和计算。
首先，它需要将信号转化为距离或位移值，并校准传感器的误差。
通常，该模块会采用时间差法、三角法或干涉法等测量原理来计算出位移值。
然后，它还可以结合其他传感器的数据，进行更精确的位移测量和姿态估计。
1.时间差法：利用激光束从发射到接收的时间差来计算位移。
当激光束照射到目标物体上后，通过测量激光束从发射到接收的时间差，可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
2.三角法：利用三角形的几何关系来计算位移。
激光位移传感器通常采用三角形的基线法或多基线法。
基线法是通过测量激光束在同一平面上的两个不同位置的反射点，根据它们与传感器之间的距离和角度，计算出目标物体到传感器的距离和位移。
多基线法则是在三维空间中使用多个不同位置的激光束测量点，通过测量这些点之间的距离和角度关系，计算出目标物体的三维位置和姿态。
3.干涉法：利用激光束的干涉来计算位移。
激光位移传感器通常使用相干激光束，将其分为参考光和测量光。
参考光是由激光器发出的一束光，经过分束器分成两束，其中一束作为参考光束，另一束经过反射器射向目标物体，被目标物体反射后，再次经过反射器和分束器的合并，并与参考光束相干干涉。
如何进行激光测量
如何进行激光测量激光测量是一种高精度测量技术，广泛应用于各种科学研究、工业制造、医疗仪器等领域。
在现代科技的推动下，激光测量技术得到了长足的发展和应用。
本文将从激光测量的原理、常见的激光测量方法以及未来发展趋势等方面展开讨论。
首先，我们来看一下激光测量的原理。
激光测量利用激光的特性进行测量，通过激光器产生的高亮度、高定向性、窄带宽的激光束，照射到待测物体上，然后根据激光束的反射、散射、透射等性质，利用激光测量仪器进行测量。
由于激光的波长短、方向性好，因此激光测量具有非常高的精度和可靠性。
接下来，我们介绍几种常见的激光测量方法。
首先是激光三角法。
激光三角法是一种基于光学三角测量原理的测量方法。
它通过测量激光束的入射角度和出射角度，结合待测物体与激光器之间的距离，可以计算出待测物体的尺寸、位置等信息。
激光三角法广泛应用于大型机器的定位、测量和校正等任务中。
其次是激光干涉法。
激光干涉法是利用激光在光学元件上的干涉现象进行测量的方法。
通过测量激光干涉条纹的变化，可以得到待测物体表面的形态、薄膜的厚度、光学元件的形状等信息。
激光干涉法被广泛应用于表面形貌测量、光学元件检测、微小位移测量等领域。
此外，激光散射法也是一种常见的激光测量方法。
激光散射是激光束与物体相互作用的结果，散射的光经过分析处理，可以得到物体的粗糙度、颗粒大小、浓度等信息。
激光散射法广泛应用于颗粒物浓度测量、材料表面粗糙度检测等领域。
除了以上三种常见的激光测量方法，还有许多其他激光测量技术，如激光光滑法、激光散斑法、激光多普勒测速法等。
这些技术在不同领域有着广泛的应用和发展，为各种精密测量提供了有力的工具和方法。
随着科技的不断进步，激光测量技术也在不断发展。
未来，我们可以预见，激光测量技术将继续向着更高精度、更高灵敏度的方向发展。
例如，激光干涉仪的全息技术可以实现更高的空间分辨率和灵敏度，使得激光测量技术在微观尺度上获得更加精确的测量结果。
利用光电池进行激光三角法测距
利用光电池进行激光三角法测距张琬祺（20142301038），苏秀崖，王美凤（华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006）摘要：利用光电池对于不同强度的光转换成不同的电信号的特性以及光反射的原理，进行近距离精密测距实验。
物体的移动导致光反射点的位置的改变，通过光电池接收光的强度确定光反射点的改变位置。
当入射角确定时，光电池的移动距离和物体移动的距离存在一定关系。
关键词：光电池，三角法，近距离精密测距Using photovoltsic cell laser triangulation ranging（Zhang wan-qi Su xiu-ya Wang mei-feng）(1.School of physics and communicationengineering , South China Normal University,Guangzhou 510006, China)Abstract: Using photovoltsic cell for different intensity of light into different characteristics of the electrical signals and the principle of light reflection, precision ranging from close range to experiment on.Moving the position of thelight reflection point of the object changes, through cell receives light intensity determine the change of light reflection point position.When the incident Angle to determine cell moving distance and moving object distance there is a certain relationship.Key words：photovoltaic cell,trigonometry,precision ranging from close range一、引言激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。
激光精密测量与加工中的技术与应用
激光精密测量与加工中的技术与应用激光是一种特殊的光源，具有单色性、相干性和高能量密度等特点，因此被广泛应用于精密测量和加工领域。
本文将探讨激光精密测量与加工中的技术与应用。
一、激光精密测量技术1.1 激光干涉测量激光干涉测量是一种高精度的非接触式测量方法，主要用于测量形状、位移、振动等参数。
其基本原理是利用激光干涉的特性，通过比较参考光和被测物光的干涉信号，得出被测物的参数。
激光干涉测量在机械制造、航空航天、光学制造等领域具有广泛的应用。
1.2 激光三角测量激光三角测量是一种常用的三维形状测量方法，其主要测量原理是通过激光光束在被测物表面上的反射来确定物体表面的三维坐标。
该技术具有高精度、快速、非接触等优点，已广泛应用于工业制造、医学、建筑设计等领域。
1.3 激光扫描测量激光扫描测量是一种高精度、高效、非接触的三维数据采集技术，其主要特点是可以在短时间内快速获取被测物的三维点云数据。
该技术可以被广泛应用于机械加工、地形测绘、数字化建模等领域。
二、激光精密加工技术2.1 激光打标激光打标是利用激光束将高能量聚焦在被加工物表面的一小块区域上，以改变被加工物表面材料的颜色、形状等，从而实现标记、雕刻等功能。
该技术具有标记位置精度高、操作灵活、制作成本低等优点，广泛应用于电子、医疗、食品等行业。
2.2 激光切割激光切割是一种高精度、高效、非接触式的切割技术，主要应用于金属、塑料、木材等材料的切割。
在激光切割过程中，激光束在被加工物表面产生的高温和高压力作用下，可以快速切割出所需形状的部件，具有加工精度高、切割速度快等特点。
2.3 激光焊接激光焊接是一种高精度、高效、无需添加任何材料的焊接技术，主要应用于金属、塑料等材料的焊接。
在激光焊接过程中，激光束聚焦在被加工物表面，使表面材料瞬间融化并在激光束熔融区形成高温区域，从而实现对被加工物的精密焊接。
三、技术与应用的发展趋势随着科学技术的不断发展，激光精密测量和加工技术也在不断完善和创新。
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课程设计Ⅱ（论文）说明书 题 目： 激光三角法测量物体位移 学 院: 电子工程与自动化学院 专 业： 光信息科学与技术 学生姓名： 学 号： 指导教师：
2014年1月5日
摘 要 本文介绍了单点式光学三角法测量物体位移的两种结构一直射式与斜射式，对两种结构的测量原理进行了分析并对其各自的特点进行了阐述。以半导体激光器作为光源， CCD 作为光电探测器件，采用直射式结构设计了一种光电位移传感器。为了提高测量精度，简化计算过程，该课题通过设定一个基准点与实际测量点进行比较得出像点的位移图像,在用软件处理后计算出实际位移。后面对实验误差进行分析和方案进行评价。
关键字：三角法测距；CCD图像传感器；激光；光斑。
引 言 激光三角法位移测量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光
电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。
过去，由于成本和体积等问题的限制，其应用未能普及。随着近年来电子技术的飞速发展，特别是半导体激光器和CCD等图象探测用电子芯片的发展，激光三角侧距器在性能改进的同时，体积不断缩小，成本不断降低，正逐步从研究走向实际应用，从实验室走向实际。
用于测量从传感器至目标之间直线距离的激光三角测量传感器已经使用了十多年了，由于数字电子器件和大功率数字信号处理器（DSP）的结合使得激光不再对目标颜色、纹理和周围环境以及环境光线和温度变化那么敏感了，激光三角测量技术方法已经得到了发展。
目 录 引 言 ....................................................................................................................................................................... 1 1 课程设计目的： ............................................................................................................................................... 3 2 设计内容 ............................................................................................................................................................. 3 3 设计要求 ............................................................................................................................................................. 3 4 方案论证和选择 ................................................................................................................................................... 3 4.1 直射式激光三角法原理 ........................................................................................................................... 3 4.2斜射式激光三角法原理 ............................................................................................................................ 4 4.3 直射三角法改进一 ............................................................................................................................... 6 4.4 直射式改进方法二 ................................................................................................................................... 7 5 仪器及元件的选择 ............................................................................................................................................. 8 6 偏振图像采集 ..................................................................................................................................................... 8 6.1.1实验光路图 ............................................................................................................................................ 8 6.1.2 测量物体位移步骤： ......................................................................................................................... 9 6.2 定标： ....................................................................................................................................................... 9 6.3 测量焦距 ............................................................................................................................................. 10 7 实验结果与分析 ............................................................................................................................................. 10 7.1.1 定标数据 ............................................................................................................................................. 10 7.1.2焦距f的测定数据及处理 .................................................................................................................. 10 7.2 b的测量数据及处理 ...........................................................................................................................11 7.3 物体位移数据： ....................................................................................................................................11 8 实验评价 ........................................................................................................................................................... 13 8.1 误差分析： ............................................................................................................................................. 13 8.2 方案评价 ............................................................................................................................................. 13 9. 课设总结 ........................................................................................................................................................... 14 10. 参考文献 ......................................................................................................................................................... 14 附件一：实验仪器 ................................................................................................................................................. 15 附件二：实验采集图像 ......................................................................................................................................... 15 附件三：实验程序 ................................................................................................................................................. 18 附件四：实验光路图 ............................................................................................................................................. 19