[发明专利]对称式激光位移传感器

说明书

技术领域

本发明属于光电测量装置技术领域，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。

背景技术

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、形状检测及振动检测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测产生的影响，目前本技术领域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。

发明内容

本发明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。