远距离基准激光位移传感器及其测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种传感器，尤其设及一种远距离基准激光位移传感器及其测距方 法。
【背景技术】
[0002] 激光位移传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化，主要应用于检 测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。按照测量原理，激光位移传感器原 理分为激光=角测量法和激光回波分析法。而现有的激光传感器原理均是通过透镜或反射 的原理来计算和测量位移，同时，传感器内部相对复杂。
[0003] 现有的激光发射器与测量单元一般安装在一个壳体内，激光照射到被测物体后反 射，反射的激光通过光学透镜系统在CCD或者CMOS等光电阵列器件上成像，然后通过图像 处理分析得出传感器与被测物体之间的距离。但该种传感器最大量程不超过3.Om;只能测 量传感器与被测点之间的距离，其它方向上的位移则必须安装至对应方向上；且光学透镜 系统复杂且制造精度要求高，造价昂贵。
[0004] 在建筑工程中，一般采用机械百分表、容栅或光栅位移传感器进行检测，但该些基 准必须在被测点较近的位置（0. 1~0. 3m)。当远距离基准（基准点与被测点的距离较远） 的位移测量一般采用基准梁（架）引测的形式。利用工字钢、槽钢等具有一定结构刚度的 长杆件作为基准梁（架），两点或多点固定于较远的基准上，通过该样的方式在被测点较近 的位置提供一个稳定的基准。然后将位移传感器通过使用磁性表座或专用夹具等方式固定 在基准梁（架）上，测针则顶在被测物体上来进行测量。架设工字钢、槽钢等在测试中显得 笨重且费时，完全体现不出测试的便携与快速。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种远距离基准激光位移传 感器及其测距方法。
[0006] 本发明的目的，将通过W下技术方案得W实现：
[0007] 一种远距离基准激光位移传感器，包括一激光发射器件及激光位移传感器，所述 激光位移传感器包括光电阵列器件，所述光电阵列器件上开设有激光入射窗，所述激光发 射器的发射端与所述光电阵列器件的激光入射窗相对，所述光电阵列器件于激光入射窗的 一端设置有一光学暗腔，所述激光位移传感器与处理器电性连接，所述处理器包括一A/D 信号转换处理器。
[000引优选地，所述光电阵列器件的激光入射窗的一端设置有一滤光组件，所述滤光组 件与光电阵列器件形成光学暗腔。
[0009] 优选地，所述滤光组件前端设置有光学狭缝片。
[0010] 优选地，所述滤光组件为滤光膜或滤光片。
[0011] 优选地，所述滤光组件与光电阵列器件为粘结连接。
[0012] 优选地，所述激光发射器件的发射端连接有一柱面透镜。
[0013] 优选地，所述激光发射器件的激光波长为500nm-550nm。
[0014] 优选地，所述光电阵列器件为线阵CCD。
[0015] 优选地，所述滤光组件为太阳滤光膜。
[0016] 优选地，包括如下步骤，
[0017]S1、将激光发射器件及激光位移传感器分别置于基准参考物及被测物体上；
[001引 S2、激光发射器件发出的激光，穿过滤光组件照射于激光位移传感器中的光电阵 列器件上；
[0019]S3、光电阵列器件将输出相应像素点的电平信号传输至信号处理器进行信号的转 换处理与电平信号电压值的储存；
[0020] S4、通过公式Vt=Uw-扣。Y-UmJXk确定界限像素点的参考电压值，其中，V。 为界限像素点的参考电压值；Uw为所有像素点的电压平均值；Umi。为所有像素点电压中的 最小值；k为界限选择常数；
[0021] S5、按照公式S=ncXl计算距离，其中，S为激光照射界限像素点与第一像素点之 间的距离，n。为界限像素点的顺序号，1为光电阵列器件感光点间距；所述激光照射界限像 素点为第一个小于界限像素点参考电压值V。所对应的像素点。
[0022] 本发明突出效果为；设备结构新颖，且适用于远程距离的检测，检测精度高达 l-2um，通过添加柱面透镜适用于不同的检测，检测范围广泛。滤光组件的添加适合于不同 环境下的光照亮度。
[0023]W下便结合实施例附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详述，W使本发明 技术方案更易于理解、掌握。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明的结构示意图。
[0025] 图2是本发明的另一测试结构示意图，此时在激光位移传感器发射端加装了柱面 镜。
[0026] 图3是本发明适用于测试S维空间距离结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 如图1所示，本发明揭示了一种远距离基准激光位移传感器，包括一激光发射器 件及激光位移传感器，所述激光位移传感器包括光电阵列器件，所述光电阵列器件上开设 有激光入射窗，所述激光发射器的发射端与所述光电阵列器件的激光入射窗相对，所述光 电阵列器件于激光入射窗的一端设置有滤光组件，所述激光位移传感器与处理器电性连 接，所述处理器包括一A/D信号转换处理器。所述光电阵列器件为线阵CCD。
[002引所述光电阵列器件的激光入射窗的一端设置有一滤光组件，所述滤光组件与光电 阵列器件形成光学暗腔。光学暗腔的存在不仅可W使光电阵列器件正常工作，还可W延长 光电阵列器件的使用寿命。
[0029] 所述滤光组件为滤光膜或滤光片，所述滤光组件与光电阵列器件为粘结连接。因 为滤光片或滤光膜不仅具有隔绝大多数外界杂光的作用，还可W阻隔大部分准直激光束的 福射能量，避免光电阵列器件中的感光单元或感光点被高密度能量的激光烧毁。滤光片或 滤光膜不仅可W全波段阻隔杂光，还可W通过不同的锻膜，让特定波长的光进入光电阵列 器件，从而提高信噪比。为了达到最佳的滤光效果，所述滤光组件为太阳滤光膜。其原理是 由于在使用滤光片或滤光膜的情况下，大部分外界杂光均被过滤，滤光片或滤光膜与线阵 CCD之间形成了一个光学暗腔，线阵CCD的信号输出正常。在不使用滤光片或滤光膜的情况 下，线阵CCD的所有像素点均为饱和状态，无法正常工作。
[0030] 为了适应该位移传感器可W在室外强烈日光下正常工作，所述激光发射器件的激 光波长为500nm-550nm。例如滤光片或滤光膜使用可W阻隔红外线、红色光谱及紫外线、藍 色光谱的锻膜或材料，仅让500nm-550nm波长的绿色光透入，同时选用500nm-550nm波长的 激光器发射准直激光束。
[0031] 所述滤光组件前端可选择性的进行安装光学狭缝片。安装光学狭缝片同样可W隔 绝大部分杂光，但是光路方向与狭缝片垂直的入射杂光可W完全不受阻隔。虽然狭缝片对 于阻隔外界杂光的效果不如使用滤光片或滤光膜的效果理想，但是它可W选择让特定光路 的光线通过。该种方向选择性作为一种补充的手段，可W用较低的成本改善激光位移传感 器在室外情况下的使用效果。除此之外，在较多传感器一起工作时，尤其是多个准直激光束 互相干扰的情况下，加装光学狭缝片就可W对入射的准直激光束进行选择，消除相互间的 干扰。
[0032] 为了扩大测试的范围，如图2所示，所述激光发射器件3的发射端连接有一柱面透 镜11，使得激光发射器发出可W发射扇形准直激光束12,该样在需要测试多个物体间的位 移量时，使用同一个激光发射器件3即可。
[0033] 结合图3所示，若激光发射器件3发射一束准直十字激光束13,只需要将两个激光 位移传感器5交叉90°安装，则可W测出两个轴向的位移；若在其侧面再增加一个激光位 移传感器5或在激光发射器件3上增加测距功能，则可W测出被测物体的S维空间位移量。
[0034] 包括如下步骤，
[0035]S1、将激光发射器件3及激光位移传感器5分别置于基准参考物1及被测物体2 上；
[0036]S2、激光发射器件3发出的一束准直激光束4,穿过滤光片或滤光膜7,照射于激光 电阵列器件6上；同时，信号处理器8根据光电阵列器件6上亮度不同的感光单元或感光点 来计算准直激光束4照射的位置；
[0037]S3、光电阵列器件将输出相应像素点的电平信号传输至信号处理器进行信号的转 换处理与电平信号