【技术文章】衍射光栅提高激光三角位移传感器的测量精度

激光三角测量是位移传感传感器最常用的原理之一，具有非接触式测量、精度高、鲁棒性好、成本效益高等特点。近年来,激光三角位移传感器已经广泛应用于工业和科学的许多分支,如精密工程,航空航天制造业,设备状态监测,材料科学,中医科学和农业科学。激光三角位移传感器利用传感器头、被测对象和位置敏感探测器之间的三角形几何结构，可以通过位置敏感探测器上激光光斑的位置变化来确定目标距离。研究人员在提高LTS性能方面做了大量的工作，如增加测量自由度、扩大测量范围、扩展可测材料类型等。激光三角位移传感器的测量精度受到多种误差源的影响，如输入输出变量之间的非线性、激光功率波动、散斑噪声、电子噪声和表面取向等。

图1 提出的LTS集成衍射光栅的测量原理。(a)光学结构。(b)几何关系的详细描述。

来自西安交通大学和中国商飞上海飞机制造有限公司的研究团队提出了一种通过改变典型传感器的结构来提高测量精度的方法。该系统的特点是在成像透镜和图像传感器之间集成一个衍射光栅，见图1。通过对每个衍射点计算出的多个结果进行平均，获得较高的测量精度。文章题为“Improving measurement accuracy of lasertriangulation sensor via integrating a diffraction grating”发表于杂志“Optics and Lasers in Engineering”。

图2 开发的LTS原型。(a)传感器头部照片。(b)数据处理软件接口。

研发团队将优化后的激光三角位移传感器与雷尼绍XL-80激光干涉仪进行标定，最终得到，与传统结构的激光三角位移传感器相比，文中提出的结构方案非线性精度可以从0.198% of F.S. 提高到 0.113% of F.S.，重复精度可以从1.12um提高到0.89um。

论文链接：

Improving measurement accuracy of lasertriangulation sensor via integrating a diffraction grating