本发明专利技术涉及一种用于检测物体位移特别是用于检测路面平整度、路面构造深度等道路质量指标的激光位移传感器，由左、右激光位移传感器和一个设置在二者之间并由二者共用的激光器组成，在左、右激光位移传感器内沿成像光轴方向各设有一组成像镜头和一个光电接收器。工作中，激光器发出的准直激光束照射到被测物体粗糙表面后在照射点形成散射光斑，左、右成像镜头将散射光斑分别在左、右光电接收器上成像，得到左右两组像点，之后通过数据处理，可以得到左右像点在像面光电接收器上的位置，最后根据像点的位置并通过相应的数据处理方法处理后，即可以得到被测物体表面的位移。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电测量装置
,涉及一种物体位移及其有关 质量指标的光电检测装置，特别是一种可用于检测路面平整度、车辙、 路面变形病害、路面构造深度等道路质量指标的激光位移传感器。
技术介绍
目前用于物体位移检测的激光位移传感器, 一般都采用三角成像 原理来实现，该类型传感器的主要特点是结构简单、精度高、检测采 样频率高，其检测分辨率和精度可根据使用要求通过调整结构参数来 确定，能满足高速运动目标的检测，所以该类型的激光位移传感器在 工业位移检测、厚度检测、形状检测及振动检測等方面已得到广泛应 用。同样，在道路的多项质量指标检测中，如路面的平整度、车辙、 构造深度等指标检测中，该类型的激光位移传感器也得到大量应用。 这些质量指标在工程质量验收检测、运营道路的养护检测中，都是非 常重要的检测内容。与激光位移传感器在工业检测或实验研究检测等应用方面所不 同的是，用于道路检测的激光位移传感器要面临使用条件变化多、使 用环境更苛刻等诸多问题。工业用激光位移传感器一般在室内使用， 如各种生产线上的尺寸检测等，周围使用环境条件变化小，基本上不 存在太阳光的干扰,被测物体表面反射率变化范围小,散射比较均匀， 被测表面相对来讲也比较平滑、无污染物等，所以在此类检测应用中 无需对激光位移传感器结构采取其它特别的措施就可以达到使用要 求。但在道路检测中，路表面的实际状况却要复杂的多，且无固定规 律可循。公知的路面按铺设材料分为沥青路面和水泥路面。对于水泥 路面， 一般来讲路表面的反射强度比较均匀，但也存在特殊的局部镜面和高反射率的材料；另外，水泥路面还存在经过特殊处理的人工刻 制沟槽(通常称为路面构造深度)，这些人工刻制的沟槽可用于提高路 面抗滑性能。以上这些情况在采用激光位移传感器检测路面指标，特 别是检测路面构造深度时,就必须采取必要的措施以减小或消除各种 不利因素造成的影响。对于沥青路面，情况就更为复杂,除了路面存 在泛油、各种污染物(如油物等)和路面修补等情况外，沥青道路表面 的级配设计变化使路面的颗粒大小不一、路面使用材料的不同、结构 上的构造深度、路面上的标志线以及路面长期使用后路面的磨光等都 对激光位移传感器的检测精度产生影响。从理论分析和实际状况来看，不管是哪种被测的道路表面，也无 论其材料、颜色、反射率、表面粗糙度等是否均匀，它对检测结果造 成的影响主要表现在表面激光散射点经过光学成像镜头成像后，其 像点的大小、形状、光强严格来讲是随机变化的，成像的光斑并不均 匀对称。在激光位移传感器中，像面上像点光斑的不对称分布是影响 激光位移传感器精度的最主要因素。此外，影响激光位移传感器检测 精度的另一个重要因素是该传感器中的光电接收芯片的光电特性。当 激光位移传感器的接收芯片采用CCD(光电耦合器件)芯片时，由于常 用的CCD芯片在光照很强时，会产生饱和拖尾现象，并由此直接造成 像点光斑的极大不对称，这对检测结果会产生极大影响，严重降低检 测精度。为克服由于前述各种因素导致激光位移传感器像面上的像点光 斑不对称现象对位移检測产生的影响，目前本
采用的做法大 致有以下几种情况(1) .采用抗饱和芯片，用以消除芯片饱和产生的拖尾现象，但该 方法还无法减小被测物体表面因反射不均匀或因粗糙度不均匀而引 起的检测误差； (2) .在工业检测中根据不同的被测物体表面反射情况,按照其产生的有规律的不同形状的光斑，采用不同的数据处理方法提高检测精 度，这对工作场合稳定、被测物体表面有规律的情况是完全可以的， 但对被测表面反射情况事先无法知道的道路检测方面，同样还存在由于光斑不对称产生的测量误差；(3).提高采样频率，利用前一次采样得到的结果，分析判断物体 表面的反射光强，然后适时调整激光器发射的激光束的强度，以减小 由于反射光强变化大而产生的测量误差。这种方法在很大限度上改进 了由于饱和产生的误差,但仍然无法从根本上解决由于物体表面在激 光光斑散射的小范围内的反射率不同以及由于存在表面颗粒变化导 致成像光斑不对称等因素产生的测量误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结 构合理、使用方便、可减小甚至消除由于成像光斑不均匀或不对称产 生的测量误差进而有效提高位移检测精度的对称式激光位移传感器。用于实现上述专利技术目的的技术解决方案是这样的所提供的对称 式激光位移传感器具有一个扁盒状壳体，在壳体内腔中部装有一个可 向外发出准直激光束的激光器,在激光器两边对称各设置有一个激光 位移传感器(左、右激光位移传感器)，所说的激光位移传感器均由一 个用于检测激光照射位置的成像镜头和一个设在成像镜头后的光电接收器(CCD、 CMOS或PSD)组成，激光位移传感器共用同一激光器， 激光器发出的准直激光束轴线及两激光位移传感器成像光轴处在同 一个平面内并位于两激光位移传感器成像光轴间的夹角的平分线上。 实际工作中，激光器发出的准直激光束照射到被测物体的粗糙表面， 在照射点形成散射光斑，光斑左右对称(光斑一般来讲为中心对称 型)；左激光位移传感器的成像镜头将散射光斑在左光电接收器上成 像，得到一组像点，同时右激光位移传感器的成像镜头也将散射光斑 在右光电接收器上成像，得到另一组像点；之后通过数据处理，可以得到左右像点在像面光电接收器上的位置,最后根据像点的位置并通 过相应的数据处理方法(对称中心法、光斑重心法、光斑前沿法和光 斑后沿法等)处理后，即可以得到被测物体表面的位移。与现有技术相比，本专利技术通过两个激光位移传感器对称设置并共 用同一个激光器的方式， 一次测量获得对称的(左右像点)两组数据， 在采用数据处理方法进行计算后，就可以明显减小甚至消除由于成像 光斑不均匀或不对称而产生的测量误差,有效提高激光位传感器的位 移检测精度。 附图说明图1是本专利技术一个具体实施例的结构示意图。图2是光电接收器部分的侧视结构示意图。 图3是对称式激光位移传感器的工作原理图。 图4是光电接收器出现饱和现象时对称式激光位移传感器的成 像原理图。图5是被测面散射光斑不对称时对称式激光位移传感器的成像 原理图。附图中各标号分别为l一壳体，2—插头，3—电路板，4—激光 器，5—光电接收器，5a—芯片固定座，5b—光电接收芯片(CCD芯片)， 5C—芯片固定板，6—成像镜头，6a—物镜，6b—滤光片，6c—镜筒， 6d—保护玻璃片，6e—保护玻璃压圈，6f—镜头放置槽孔，7—压紧 调整螺钉，8—压紧调整螺钉，9一密封圈，IO—盖板，ll一被测物面，I一左激光位移传感器，n —右激光位移传感器。具体实施例方式以下将结合附图对本
技术实现思路
做进一步说明，但本专利技术的实际制 作结构并不仅限于图示的实施例。参见图1，本专利技术所述的对称式激光位移传感器由安装在壳体1内的左激光位移传感器i 、右激光位移传感器n和设置在二者之间并由二者共用的激光器4组成,激光器4发出的准直激光束轴线位于左、右激光位移传感器i、 n成像光轴间的夹角的平分线上，在左、右激 光位移传感器i、 n内沿成像光轴方向各设有一组成像镜头6，在两成像镜头6的后方分别各设有一个光电接收器5。具体结构设计上， 激光器4通过压紧调整螺钉7设置在壳体1内腔中心竖轴位置处，其 安装位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对称式激光位移传感器，其特征在于具有一个扁盒状壳体（１），在壳体（１）内腔中部装有一个可向外发出准直激光束的激光器（４），在激光器（４）两边对称各设置有一个激光位移传感器（Ⅰ、Ⅱ），所说的激光位移传感器（Ⅰ、Ⅱ）均由一个用于检测激光照射位置的成像镜头（６）和一个设在成像镜头（６）后的光电接收器（５）组成，激光位移传感器（Ⅰ、Ⅱ）共用同一激光器（４），激光器（４）发出的准直激光束轴线与两激光位移传感器（Ⅰ、Ⅱ）成像光轴处在同一个平面内并位于两激光位移传感器（Ⅰ、Ⅱ）成像光轴间的夹角的平分线上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋宏勋，马建，马荣贵，韩毅，樊江顺，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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