[发明专利]一种激光位移传感器及其测量方法

说明书

本发明公开了一种激光位移传感器及其测量方法。该传感器包括准直激光器、光阑、胶合镜、第一柱面镜、待测物体、凸透镜、四象限探测器，所述胶合镜由两个直角棱镜和一块柱面镜胶合而成，其中第一、第二直角棱镜的最长面粘接在一起形成一个分光棱镜，该分光棱镜的出光面与柱面镜的平面相粘接。方法为：准直激光器发出的激光从光阑射出后进入胶合镜，胶合镜镀有单向透过膜使得光线入射至第一柱面镜，经第一柱面镜出射至待测物体上；反射光线沿原光路返回至胶合镜，并被胶合镜反射到凸透镜，经过凸透镜的聚焦作用，在四象限探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。本发明具有信号传递快，精度高，非接触式测量等优点。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别是一种激光位移传感器及其测量方法。

背景技术

目前测量小位移有多种传感器，比如电感式、应变式、差动变压器式等，其中的应变式测量信号传输慢，精度低；而电感式测量易受电磁场干扰。激光式测量则具有不易受干扰，信号传输快，测量精度高的优点。、

中国发明专利CN106855391A提出通过拉伸光斑来使光斑与像元的接触面变大，使感光元件易于接收的测量方法。但是此发明对光斑的拉伸方向有限制，因此只能测量一个方向上的位移。

中国发明201811107998.X提出一种位移传感器，该位移传感器包括光源、多根光纤、至少三个激光分束器、测量模块、参考模块、至少两个光电探测器和材料试样，结构复杂，且体积较大。

发明目的

本发明的目的在于提供一种精度高，速度快的激光位移传感器的光学系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种激光位移传感器，包括准直激光器、光阑、胶合镜、第一柱面镜、待测物体、凸透镜、四象限探测器：

所述准直激光器发出的激光从光阑射出后进入胶合镜，胶合镜镀有单向透过膜使得光线入射至第一柱面镜，经第一柱面镜出射至待测物体上；待测物体将光反射后，反射光线沿原光路返回至胶合镜，并被胶合镜反射到凸透镜，经过凸透镜的聚焦作用，在四象限探测器上以能量强弱的形式输出电信号，从而得到与电信号一一对应的距离。

进一步地，所述胶合镜由第一直角棱镜、第二直角棱镜和一块柱面镜胶合而成，其中第一直角棱镜、第二直角棱镜的最长面粘接在一起形成一个分光棱镜，该分光棱镜的出光面与所述柱面镜的平面相粘接；从光阑出射的光线，顺次通过第一直角棱镜、第二直角棱镜、柱面镜后，入射至第一柱面镜。

进一步地，胶合镜中两个直角棱镜的胶合面镀有单向透过膜，该单向透过膜的波段为638nm到656nm。

进一步地，胶合镜中的柱面镜与第一柱面镜的凸面相对，且母线相互垂直，光线经过这两个柱面镜后，子午方向或者弧矢方向发生拉伸变形。

进一步地，所述准直激光器的波长为650nm，光阑口径为5mm。

一种激光位移传感器的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，准直激光器发出的激光从光阑射出后进入胶合镜，胶合镜镀有单向透过膜使得光线入射至第一柱面镜，经第一柱面镜出射至待测物体上；

步骤2，待测物体初始位置为第一柱面镜的正焦点处，待测物体将光反射后，反射光线沿原光路返回至胶合镜，并被胶合镜反射到凸透镜；

步骤3，经过凸透镜的聚焦作用，在四象限探测器上以能量强弱的形式输出电信号，待测物体为初始位置时，四象限探测器接收到一个圆形光斑；

步骤4，待测物体相对于初始位置出现位移时，往物方移动时，光斑的子午方向发生拉伸；往像方移动时，光斑的弧矢方向发生拉伸；光斑发生拉伸后，在四象限探测器的四个象限内接收到的电压发生变化，电压差之比与位移成正比，从而得到与电信号一一对应的距离。