CN109813234A - 一种基于ccd的激光位移探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CCD的激光位移探测器，属于位置监测技术领域，可应用于不同相关工程监测领域。该探测器包括激光器、缩束器、CCD探测器、多轴定位调节台、激光器固定架及探测器固定架，激光器固定于激光器固定架并整体安装于定位基准的多轴定位台上，缩束器与CCD探测器固定在探测器固定架上并整体安装于被测基准的多轴定位台上，激光器与探测器通过调节多轴定位台实现中心对准，通过首次测定激光束的基准位置在CCD探测器中的光强分布，若定位基准与被测基准发生位置偏移，通过探测器再次获取激光束在CCD探测器中的光强分布，即可高精度测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
Description
技术领域
本发明涉及位置监测技术领域，特别涉及一种基于CCD的激光位移探测器，其适用于粒子加速器关键元部件相对位置变化的监测系统。
背景技术
现有的激光位移传感器是利用激光技术进行测量的，由激光器、激光检测器和测量电路组成，按照测量原理,激光位移传感器原理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、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量。激光三角测量法工作原理是激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离以达到一定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接收器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器，处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。即所谓的脉冲时间法测量的。激光回波分析法适合于长距离检测，但测量精度相对于激光三角测量法要低，最远检测距离可达250m。暂未见到直接通过对激光束进行扩束、缩束处理并结合CCD采集激光图像分析微位移的激光位移探测器。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的基于CCD的激光位移探测器。
本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种基于CCD的激光位移探测器。包括激光器1、缩束器3、CCD探测器4、第一多轴定位调节台51、第二多轴定位调节台52、激光器固定架及探测器固定架。激光器1固定于激光器固定架7并整体安装于定位基准的第一多轴定位台51上，缩束器3与CCD探测器4固定在探测器固定架6上并整体安装于被测基准的第二多轴定位台52上，激光器1与缩束器3、CCD探测器4通过调节多轴定位台实现中心对准。
本发明的装置，使用缩束器对激光束进行缩小处理，缩束器3与CCD探测器4通过探测器固定架6的机械结构保证中心对准。
需要说明的是，通过首次测定激光束的基准位置在CCD探测器中的光强分布，当定位基准与被测基准发生位置偏移，通过探测器再次获取激光束在CCD探测器中的光强分布，即可测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
需要说明的是，激光器内部集成了扩束系统，从激光器发出的激光束已经经过内部扩束处理。激光器的尺寸不局限于图示比例大小。
需要说明的是：CCD探测器也可以使用CMOS探测器代替使用。
需要说明的是：CCD探测器4与缩束器3的中心对准可以采用其他机械结构实现，不局限于本申请提到的机械结构。
需要说明的是：缩束器可以采用不同缩束比例的缩束装置替代。
需要说明的是：本发明中激光可以在真空环境或大气环境中传播。
需要说明的是：第一多轴定位台51及第二多轴定位台52在某种特定情况下可以只使用一个或都不使用。
本发明的有益效果在于：
本发明的激光位移探测器，采用相对位移检测方法，有效提高了检测精度。采用相关算法计算激光束在CCD探测器中的光强分布最高可获得CCD探测器四分之一像元大小的测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例中长距离激光位移检测装置的结构示意图。
图中，1为激光器、2为激光器发出的激光束、3为缩束器、4为CCD探测器、51为第一多轴定位调节台、52为第二多轴定位调节台、7为激光器固定架、6为探测器固定架、8为经过缩束器之后的激光束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
在图1中，本发明一种基于CCD的激光位移探测器包括激光器1、缩束器3、CCD探测器4、第一多轴定位调节台51、第二多轴定位调节台52、激光器固定架及探测器固定架。激光器1固定于激光器固定架7并整体安装于定位基准的第一多轴定位台51上，缩束器3与CCD探测器4固定在探测器固定架6上并整体安装于被测基准的第二多轴定位台52上，激光器1与缩束器3、CCD探测器4通过调节多轴定位台实现中心对准。
缩束器3与CCD探测器4通过探测器固定架6的机械结构保证中心对准。激光器1内部集成了扩束系统，从激光器发出的激光束2已经经过内部扩束处理。通过首次CCD探测器测定激光束的基准位置，若定位基准与被测基准发生位置偏移，通过探测器再次获取激光束的光斑横向偏移量，即可测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
Claims (4)
1.一种基于CCD的激光位移探测器，其特征在于：包括激光器(1)、缩束器(3)、CCD探测器(4)、第一多轴定位调节台(51)、第二多轴定位调节台(52)、激光器固定架(7)及探测器固定架(6)；激光器(1)固定于激光器固定架(7)并整体安装于定位基准的第一多轴定位台(51)上，缩束器(3)与CCD探测器(4)固定在探测器固定架(6)上并整体安装于被测基准的第二多轴定位台(52)上，激光器(1)与缩束器(3)、CCD探测器(4)通过调节多轴定位台实现中心对准。
2.根据权利要求1所述的基于CCD的激光位移探测器，其特征在于：使用缩束器对激光束进行缩小处理，缩束器(3)与CCD探测器(4)通过探测器固定架(6)的机械结构保证中心对准。
3.根据权利要求1所述的基于CCD的激光位移探测器，其特征在于：通过首次CCD探测器(4)测定激光束的基准位置，若定位基准与被测基准发生位置偏移，通过探测器再次获取激光束的成像位置，即可测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
4.根据权利要求1所述的基于CCD的激光位移探测器，其特征在于：计算光强分布在CCD探测器(4)成像的偏差，以获得定位基准与被测基准的位置。
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