一、传感器结构解析：激光器选型

做激光三角位移传感器，第一步就是选激光器。很多人一上来就盯着分辨率、精度这些参数，其实光源没选对，后面全白搭。我见过不少项目，传感器硬件搭得挺漂亮，结果一开机，光斑质量不行，测量数据跳得像心电图——说白了，根儿就在激光器上。

1.1 波长怎么选？

激光波长这事，我个人的习惯是先看被测物表面。不同颜色、不同材质的表面，对波长的反射率差别很大。

• 红色激光（635nm~670nm）：最常见，人眼可见，调试方便。适合金属、陶瓷、浅色塑料。
• 蓝色激光（405nm~450nm）：对付高反光表面效果好。我记得有一次做晶圆厚度测量，红色激光打上去全是杂散光，换成蓝光立马干净了。
• 红外激光（780nm~980nm）：人眼不可见，适合隐蔽测量或配合特定滤光片使用。但调试时得用红外卡，麻烦一点。

1.2 功率怎么定？

功率这事，很多人觉得越大越好。其实不是。功率大了，光斑亮是亮，但杂散光也多了，而且安全等级直接往上跳。

功率范围	典型应用	安全等级
<1mW	近距离、高反射表面	Class 1/2
1mW~5mW	常规工业测量	Class 2/3R
5mW~20mW	远距离、低反射表面	Class 3B
>20mW	特殊场景（需严格防护）	Class 4

我一般建议：能选低功率就别选高的。Class 2 的激光器，人眼有眨眼反射保护，安全很多。Class 3B 以上就得贴警告标签、配防护眼镜了，产线上用起来很麻烦。

二、光学镜头与滤光片

激光器选好了，接下来是镜头和滤光片。这部分容易被忽视，但说实话，传感器的信噪比好不好，很大程度上取决于光学系统设计得怎么样。

2.1 镜头选型要点

镜头的作用是把散射光收集到探测器上。核心参数就几个：

• 焦距：决定了放大倍数和测量范围。焦距越长，分辨率越高，但测量范围越小。
• F数（光圈）：F数越小，进光量越大，但景深越浅。我习惯在F/2到F/4之间选。
• 像差校正：球差、色差都会影响光斑质量。尤其是用多波长激光时，色差必须校正。

嗯，这里要注意一点：镜头不是越贵越好。我见过有人花大价钱买了高端的显微物镜，结果用在三角位移传感器上，景深太浅，稍微有点振动信号就丢了。说白了，匹配才是关键。

2.2 滤光片的作用

滤光片这东西，很多人觉得可有可无。你想想看，环境光里那么多乱七八糟的光线，不滤掉的话，探测器上全是噪声。

我常用的滤光片类型：

• 带通滤光片：只让激光波长附近的光通过。带宽一般选±10nm~±20nm。
• 偏振滤光片：如果被测物表面有镜面反射，加一片偏振片能大幅减少杂散光。
• 中性密度滤光片：当反射光太强时，用来衰减光强，防止探测器饱和。

三、CMOS / PSD / CCD 探测器对比

探测器是传感器的「眼睛」。三种主流方案各有千秋，我一个个说。

3.1 CMOS：灵活、便宜、够用

CMOS 现在用得最多。原因很简单：便宜、集成度高、可以做成阵列。而且现在的 CMOS 传感器，噪声控制已经做得不错了。

• 优点：像素多，可以同时测量多个点；帧率高；成本低。
• 缺点：像素一致性不如 CCD；暗电流噪声稍大。
• 适合场景：大多数工业测量场景，尤其是需要高帧率的场合。

3.2 PSD：模拟信号、响应快

PSD（位置敏感探测器）是模拟器件，输出的是连续电流信号。它的分辨率理论上可以做到无限高——当然，实际受限于电路噪声。

• 优点：响应速度快，没有像素间隙，位置分辨率高。
• 缺点：只能测一个光斑的位置；受环境光影响大；非线性需要校正。
• 适合场景：高速测量、单点跟踪。

我个人觉得，PSD 有点像「老法师」——经验丰富但脾气大。用好了很厉害，用不好数据飘得你怀疑人生。

3.3 CCD：老牌劲旅、图像质量好

CCD 的像素一致性比 CMOS 好，噪声也低。但缺点是帧率上不去，而且功耗大。

• 优点：图像质量高；动态范围大；适合弱光环境。
• 缺点：帧率低；成本高；功耗大。
• 适合场景：高精度、低速度的测量，比如实验室环境。

3.4 怎么选？一张表说清楚

参数	CMOS	PSD	CCD
分辨率	高（像素数决定）	极高（连续信号）	高
帧率	高（可达kHz）	极高（MHz级）	低（一般<100Hz）
抗环境光	中等	较差	较好
成本	低	中等	高
典型应用	工业测量、3D扫描	高速振动测量	精密计量

知识体系结构图

下面这张图，是我自己整理的知识结构。每次做选型前，我都会过一遍这张图，确保没有遗漏。

好了，这一章的内容就这些。激光器、光学系统、探测器，这三块是传感器的核心骨架。选型时别急，一个一个参数抠，多想想实际工况。下一章我们聊聊结构设计中的机械公差和热稳定性——嗯，到时候再说吧。