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共聚焦傳感器測量原理

光譜共焦位移傳感器是一種通過光學(xué)色散原理建立距離與波長間的對應(yīng)關(guān)系，利用光譜儀解碼光譜信息，從而獲得位置信息的裝置，白光LED 光源發(fā)出的光通過光纖耦合器后可以近似看作點光源，經(jīng)過準(zhǔn)直和色散物鏡聚焦后發(fā)生光譜色散，在光軸上形成連續(xù)的單色光焦點，且每一個單色光焦點到被測物體的距離都不同。當(dāng)被測物處于測量范圍內(nèi)某一位置時，只有某一波長的光聚焦在被測面上，該波長的光由于滿足共焦條件，可以從被測物表面反射回光纖耦合器并進入光譜儀，而其他波長的光在被測物面表面處于離焦?fàn)顟B(tài)，反射回的光在光源處的分布遠大于光纖纖芯直徑，所以大部分光線無法進入光譜儀。通過光譜儀解碼得到光強最大處的波長值，從而測得目標(biāo)對應(yīng)的距離值。由于采用了共焦技術(shù)，因此該方法具有良好的層析特性，提高了分辨力，并且對被測物件不敏感。

共聚焦傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在光譜共焦位移傳感器系統(tǒng)中，系統(tǒng)的測量范圍受4個方面的因素影響：

1）光源光譜分布范圍；

2）色散鏡頭在工作波段范圍內(nèi)的軸向色差；

3）光譜儀的工作波段；

4）光纖耦合器的工作波段。選擇的白光LED 光源的光譜分布如圖2所示，波段 400～800 nm，所以在設(shè)計過程中，色散鏡頭、光譜儀和光纖耦合器的工作波段要盡量與光源的波段一致，最終系統(tǒng)的測量范圍為色散物鏡在其共同工作波段范圍內(nèi)的軸向色差。