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1、仪表技术与传感器1992年‘,.内‘咭哈门‘啼‘,口认脚,.,.,.谈‘公内和留月口湘门,相‘,.,‘,.门口民内甲伙内‘。‘..,‘,‘,,.‘内鹉怕夕!荃欲光三蕊浦法侧!毛比移!毓,东南大学祝杰戴立铭江渔君;,。,。二。,一,,_。~~~~~~~__~~~~_一~J移o’为计算_方便,我们_假设口~45,,且入射光束与透【摘要】本文综述了激,镜光轴成直角时为零参考平面的位置位移计算公光三角法位移计的浏女原:理,式为讨论了各环节的设计要了J扩,点分析了影响精度的主要厅刁劣,因素及解决方法最后对该。一a一,一soa,景(1)分法在实
2、标中的运用作以简祝杰D式中物面位移量单介绍。—入射光束与物平面夹角主魔词激光三角法象质弥散斑差动~夕基准点象距—法‘基准点物距—」了光接受屏上的位移量一、引言—在工厂自动化现场对于测定物体位移的传感器可以有多种选择。本方法用非接触方式,不会损伤被,、,浏物表面且采样速度快抗干扰性强精度可以达到士0.02或更好,动态范围可20mm以m以达到。上该方法的特点是远距离(一般在100nu刀左右)与,,,较高的速度和精度相结合测量点小适用范围广,不受被测材料性质的限制对大多数不透明的物体一,都可以适用。近年来该方法用于测量位移,在国外很,。受
3、重视开发研制出许多系列产品其方法是用一束图1奸射光三角法原理图.激光,2直射光三角法照射到被测物面上由物体表面散射或反射光,,测出其象点位置再通过光电传感器CCD(电荷栩合由图2可见直射光三角法是入射光束‘垂直于。,型器件)将光信号转换为电信号。在物面移动时,因被测表面该方法按接受光屏与光轴的角度不同又,。、象点相应移动由此即可求出位移量可分为垂直接受屏方式(图2中N方式)和非垂直(图N:.接受屏方式2中方式)位移量计算公式可由、二签本原理,,:几何三角法推导出因三角形相似得8三角法测位移可以分为斜入射光束和垂直入射(2)士光束法二
4、种。蚤slna~1.斜射光三角法,,,式中符号含意同前当D是下移量时取负号,。图1是该方法的原理图。激光光束‘入射到M是上移量时取正号,,,,垂直接受光屏方式当位移稍大时象点轨迹偏平面上的某点经被测表面的漫反或半漫反后不再,。,有确定的方向接受光屏的位置要由透镜L的位置离垂直接受屏这部分的具体分析可见下节内容此来决定。通过透镜成象可以准确的计算出光点的位时非垂直接受光屏(满足以下条件要求时)可以满足第1期仪表技术与传感器要构成有:、、屏光源透镜光电转换器(光接受)和信号处理部分。下面将分别给予讨论。1.激光器TEMo。)的氮氖激光激
5、光器常采用普通的基模(,.器也可用体积很小的半导体激光器激光光束具有,,,一定的直径经过聚焦后使用不但光强集中且被,。t户-测点小利于提高测量精度乡一2.Od念夕透幼及象质情况/,,了一这是整体设计中的关键环节也是难点所在精一度的高低主要取决于这一部分。,。困2直射光三角法原理图透镜焦距大时可以保证有较大的动态范围而,,,完善象点轨迹要求其斜角放置的位置应按如下方选用小焦距可以缩短工作距离减小仪器结构尺,,法计算求出.寸同时也利于提高进光量这在溯量如黑橡胶之类,。,粤+李一粤的物面时十分有效为减小象差带来的误差影响(3)‘扩J,应使
6、用孔径光阑限制光束在近轴范围内并使用视l式中最大位移量时的物距。—场光阑限制被测物的测量范围产l物距时的象距,—下面讨论一下各种方法的象质图3是斜射三了透镜L的焦距,:,—角法象质分析图物体人沐面垂直主光轴因存在。了_夕_了(4),,P一二丁一象差实际象点轨迹是弯曲面这主要是较大物体成梦l一了象不完善而引起的象面弯曲。只有当Al戊较小时,式中刀横向放大倍数—:,即最大位移量时物高才可以认为是与理想象平面BIB重合同时可见—Z,,犷最大位移量时象高BIB点散斑比B点要大物面位移过大时测量结果—、.由几何三角运算及(3)(4)二式运算可
7、以求出须加以适当修正、,最大上移量时象距为沙象高为犷时的象点该点与,零参考点的象点由这二点即可求出接受屏的斜角放置位置。非垂直接受光屏位移量计算公式可由类似(2)辱夸袭,:式的推导方法得:,ZdSsin甲(5)夕a士d犷:吕加(“甲)sin+。,,从(5)式中可以看出当,~90时即为(2)式(5)式中正负号意义同(2)式。,斜射法和直射法各有其优缺点依测量条件的困3奸扮三角法象质不同应采用不同的方法。斜射法的测量精度高于直,射法对于要求精度高的测量应首先考虑选用斜射方式。但是直射法光斑较小,光强集中,不会因被测,面不垂直而扩大光照面
8、上的亮斑对于恻量表面较粗糙、处于振动,和左右倾斜不定的对象时受干扰引,起的干扰误差较小另外传感头结构上直射法易于,,做得小而紧凑因此工程应用上直射方法采用较多。三、各环节设计分析困4直射三角法象质,,、图4是垂直入射光三角法象质分析图
