三角测量法是一种位移测量方法, 其测量精度不但受到传感器本身因素如光源、探测器、机械结构特性等因素的影响, 还受到被测表面特性如色泽、材料、粗糙度、倾斜度以及外界环境的影响。国内外的一些学者提出了许多提高传感器测量精度的方法, 但这些研究都是针对某一特性表面进行的, 没有涉及到对不同表面的测量时存在的问题。利用随机行走理论对物体表面的散射场进行了分析, 给出了不同粗糙度表面下弱散射光强与散射角及入射角的关系。由于设计制造的传感器量程范围内接收散射光的角度在15°至25°内变化, 因此取20°作为散射角角度, 理论计算模拟的三种不同粗糙面散射光强变化最大能达到300%左右。该结果对于优化激光三角传感器的设计和提高测量精度有一定的意义。

列车速度的不断提高增大了车轮的磨损, 加快了车轮直径的变化, 给列车运行带来了安全隐患。提出了一种采用激光动态测量车轮直径的方法, 介绍了使用单个激光位移传感器和两个激光位移传感器动态测量车轮直径的工作原理, 并对影响测量精度的主要误差因素进行了分析和仿真计算。结果表明, 采用两个激光位移传感器的测量方案可有效克服车轮运动过程中定位误差对测量的影响。经过现场测试, 研制的激光测量装置的测量精度为±0.38 mm(σ)满足现场要求, 实现了列车在正常运行过程中对其直径进行动态在线测量。

提出了一种基于半导体激光单模光纤组件同时测量直线导轨四自由度误差的新方法。以单一准直的激光束作为测量基准,用角锥棱镜和分光器分别作为直线度误差、角度误差测量的敏感器件,实现了水平和竖直方向直线度及俯仰角、偏摆角四个自由度误差的同时测量。分析了系统的测量原理,进行了稳定性、重复性以及与美国API 5D测量系统比对实验,理论分析和实验结果表明,系统测量直线度的分辨率小于0.1 μm,角度的分辨率小于0.5″,在测量距离为2 m的条件下,直线度、角度测量精度分别为±1.0 μm/m,±0.5″。测量方法具有结构简单、移动部分不带电缆和现场测量方便等优点。