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色散原理建立距離與波長間的對應關(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狀態(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，從而測得目標對應的距離值。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。
