CN119103974A - 基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法，通过建立激光位移传感器面对镜面反射面的二向反射分布模型，对传感器无响应或响应异常的情况进行分析，建立扩散透镜约束模型并计算扩散透镜的选型参数。该装置及方法能够解决在面对镜面反射表面时激光位移传感器无响应或响应异常的问题，同时在多传感器同时应用的场景中具备一定的抗干扰能力。

Description

基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，具体涉及一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法。

背景技术

激光位移传感器是一种使用激光技术来测量目标物体位置或位移的传感器，其利用激光发射器发出激光束，该激光束照射到目标表面并被反射回传感器，通过测量激光束的传播时间或相位变化，可以计算目标与传感器之间的距离。激光位移传感器广泛应用于制造业、机器人科学、建筑工程等领域，用于测量和监测对象的位移、振动、形状等参数。尽管激光位移传感器在许多应用中表现出色，但当被测目标为以镜面反射为主的反射面时，激光位移传感器常常会出现无响应或响应异常的情况。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法，通过建立激光位移传感器面对镜面反射面的二向反射分布模型，对传感器无响应或响应异常的情况进行分析，建立扩散透镜约束模型并计算扩散透镜的选型参数。该装置及方法能够解决在面对镜面反射表面时激光位移传感器无响应或响应异常的问题，同时在多传感器同时应用的场景中具备一定的抗干扰能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置，包括导轨、线偏振片一、线偏振片二、镜片卡槽、扩散透镜、激光位移传感器和壳体；

所述导轨由两根水平杆和一根竖直杆组成，水平杆与竖直杆通过螺丝固定，可根据固定不同长度的螺孔来调整竖直杆的位置；

所述扩散透镜和线偏振片一组合成偏振扩散透镜放置在壳体内，通过镜片卡槽安装在导轨上；所述线偏振片二与偏振扩散透镜平行放置，通过镜片卡槽安装在导轨上；

在使用激光位移传感器检测前，调整偏振扩散透镜位置使其位于激光位移传感器发射端的前部并进行固定，调整线偏振片二使其位于激光位移传感器接收端的前部并进行固定。

一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量方法，包括如下步骤：

步骤1：根据激光位移传感器的大小安装壳体，通过一个镜片卡槽固定偏振扩散透镜，通过另一个镜片卡槽固定线偏振片二，调整两个镜片卡槽的位置，并通过螺丝固定在导轨的螺孔内；

步骤2：建立激光位移传感器面对漫反射表面的二向反射分布模型BRDF，对激光位移传感器正常响应的情况进行建模分析；

步骤3：建立激光位移传感器面对以镜面反射为主的二向反射分布模型，对激光位移传感器无响应或响应异常的情况进行建模分析；

步骤4：通过光路分析图建立扩散透镜约束模型，利用扩散透镜约束模型输入激光位移传感器固定参数和测量距离，输出扩散透镜的参数值；

步骤5：通过安装在激光位移传感器发射端前部的线偏振片一使发射出的激光光束具有偏振特性，旋转安装在接收端前部的线偏振片二，使通过线偏振片二反射回激光位移传感器接收端的激光强度最大，线偏振片二相对于线偏振片一的角度增量为△θ；

步骤6：当多个激光位移传感器同时安装使用时，调整相邻的两个激光位移传感器中的一个的偏振扩散透镜的线偏振片一与导轨的夹角为θ₁，线偏振片二与导轨的夹角为θ₁+△θ；另一个激光位移传感器的偏振扩散透镜的线偏振片一与导轨的夹角为θ₂，θ₂＝θ₁+π/2，线偏振片二与导轨的夹角为θ₂+△θ，使多个激光位移传感器同时安装使用时具备抗干扰能力。

进一步地，所述二向反射分布模型BRDF描述表面上一个点对于入射光的反射分布特性，当确定入射方向l与出射方向v之后，BRDF值f(l,v)衡量了物体表面与光线进行反射的特性，定义为出射的辐出度L₀(v)与入射的辐照度E(l)的比值，如下式所示：

其中，E表示辐照度，指每单位面积、单位时间接收到的能量，dE(l)表示来自入射方向l的微分辐照度；L表示辐出度，指每单位垂直面积、单位立体角、单位时间接受到的能量，dL₀(v)表示物体表面反射到方向v的微分辐出度；

由Cook-Torrance二向反射分布模型，BRDF值f(l,v)为：

f(l,v)＝k_df_lambert+k_sf_{cook-torrance}

其中k_d表示漫反射部分能量所占比率，k_s表示镜面反射部分能量所占比率，f_lambert表示漫反射部分的BRDF值，f_{cook-torrance}表示镜面发射部分的BRDF值。

进一步地，所述步骤2具体为：

假设目标物体表面仅有漫反射效应，则k_d＝1,k_s＝0，此时BRDF值为：

f(l,v)＝f_lambert

假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则BRDF值写作：

激光位移传感器接收到的微分辐出度为：

激光位移传感器接收到的能量EN_d表示为：

其中Ω₀表示激光位移传感器受光元件接收信号的区域；

激光位移传感器设置的响应阈值T₀表示为：

T₀＝λEN_d,λ∈(0,1)

当被测表面为漫反射面时，激光位移传感器受光元件接收到的能量EN_d大于响应阈值T₀，激光位移传感器能够正常响应。

进一步地，所述步骤3具体为：

假设目标物体表面发生的镜面反射效应大于漫反射效应，令k_d＝α,k_s＝β，此时BRDF值为：

f(l,v)＝αf_lambert+βf_{cook-torrance}

其中α,β∈[0,1]，α+β＝1且α＜＜β；

假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则漫反射部分的BRDF值写作：

激光位移传感器接收到的漫反射部分微分辐出度为：

激光位移传感器接收到的漫反射部分能量EN′_d表示为：

由于α,β∈[0,1]，α+β＝1且α<<β，激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量EN′_d远远小于响应阈值T₀，此时激光位移传感器无法根据漫反射部分做出正常响应；

由Cook-Torrance二向反射分布模型，镜面反射部分的BRDF值写作：

其中θ_l是入射方向l与宏观法线方向n的夹角，θ_v是出射方向v与n的夹角，h是微平面法线方向；F(v,h)表示菲涅尔方程，描述了物体表面在不同入射光角度下反射光线所占的比率，F(v,h)∈[0,1]；D(h)表示法线分布函数，D(h)∈[0,1]；G(l,v)表示几何函数，描述了微平面自遮挡的属性，G(l,v)∈[0,1]；

镜面反射部分的微分辐出度为：

镜面反射射出区域的能量EN_S表示为：

其中Ω_S表示镜面反射部分的射出区域。

当时，激光位移传感器的受光元件无法接收到镜面反射的能量，即EN_S＝0，此时激光位移传感器受光元件仅能接收到漫反射部分能量，而漫反射部分的能量EN′_d远远小于响应阈值T₀，导致激光位移传感器无法响应。

在发射端前部增加扩散透镜使镜面反射射出区域能够覆盖激光位移传感器受光元件的响应区域，即Ω₀∈Ω_S，此时激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量为：

激光位移传感器受光元件接收到的镜面反射部分的能量为：

此时激光位移传感器受光元件接收到的漫反射和镜面反射的能量总和总能量大于响应阈值T₀，激光位移传感器能够正常响应。

进一步地，所述步骤4具体为：

建立扩散透镜约束模型的几何分析图，L₀表示激光二极管中心至受光元件最远端的距离，L_sensor表示受光元件的长度，L_response表示激光束经过扩散透镜扩散后，当反射光进入受光元件最远端时，激光二极管中心至激光位移传感器外壳上P₂点的距离，L₁表示激光二极管发出激光束的直径，L₂表示激光位移传感器外壳上P₁点至P₂点的距离，f₀表示扩散透镜的焦距，W₁表示扩散透镜的厚度，α表示激光经扩散透镜后的偏转角度，d表示测量距离；

当镜面反射光能够完全覆盖激光位移传感器受光元件时，建立响应约束模型：

L_response≥L₀

由几何约束知：

L_response＜L₁+2L₂

由得到L₂＝dtanα；

又得到

将L_response＜L₁+2L₂和带入扩散透镜约束模型有：

推导得到：

即扩散透镜约束模型为：

f₀＜S₁d+S₂

其中 是激光位移传感器已知的固有参数。

根据扩散透镜约束模型，输入激光位移传感器固有参数S₁,S₂和测量距离d的值，即输出应选择的扩散透镜的焦距参数f₀。

本发明的有益效果如下：

本发明能够解决在面对镜面反射表面时激光位移传感器无响应或响应异常的问题，同时在多传感器同时应用的场景中具备抗一定的干扰能力，拓宽了激光位移传感器的应用范围。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为本发明实施例激光位移传感器面对漫反射表面的二向反射分布模型示意图；

图3为本发明实施例激光位移传感器面对以镜面反射为主的反射面时二向反射分布模型示意图；

图4为本发明实施例使用偏振扩散透镜的改进方法示意图；

图5为本发明实施例偏振扩散透镜约束模型几何分析示意图；

图6为本发明实施例偏振扩散透镜约束模型示意图；

图7为本发明实施例基于偏振扩散透镜的偏振光束编码示意图。

图中：1导轨、2线偏振片一、3线偏振片二、4镜片卡槽、5扩散透镜、6激光位移传感器、7壳体、8传感器发射端、9传感器接收端、10镜面反射面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明通过建立激光位移传感器面对镜面反射面的二向反射分布模型，对传感器无响应或响应异常的情况进行分析，建立扩散透镜约束模型并计算扩散透镜的选型参数，提供了基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法，该装置及方法能够解决在面对镜面反射表面时激光位移传感器无响应或响应异常的问题，同时在多传感器同时应用的场景中具备一定的抗干扰能力。

本发明的目的是提供基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置及方法，以解决当被测目标为镜面反射面时，现有技术出现无响应或响应异常的问题。

基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置，包括壳体、以及安装在壳体内的导轨、扩散透镜、线偏振片一、线偏振片二和镜片卡槽。

扩散透镜和线偏振片一组合成偏振扩散透镜整体放置在壳体内，朝向壳体的侧面，通过镜片卡槽安装在导轨上。线偏振片二与透镜和偏振扩散透镜平行放置，通过镜片卡槽安装在壳体内部导轨上。导轨由两根水平杆和一根竖直杆组成，水平杆与竖直杆通过螺丝固定，可根据固定不同长度的螺孔来调整竖直杆的位置。

一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量方法，包括如下步骤：

S1、根据激光位移传感器的大小安装合适的外附壳体，通过一个镜片卡槽固定偏振扩散透镜，通过另一个镜片卡槽固定线偏振片二，调整两个镜片卡槽的至合适位置，并通过螺丝固定在导轨的螺孔内；

S2、建立激光位移传感器面对漫反射表面的二向反射分布模型，对激光位移传感器正常响应的情况进行建模分析；

S3、建立激光位移传感器面对以镜面反射为主的二向反射分布模型，对激光位移传感器无响应或响应异常的情况进行建模分析；

S4、通过光路分析图建立扩散透镜约束模型，利用该模型输入激光位移传感器固定参数和测量距离，输出所安装扩散透镜的参数值；

S5、通过安装在发射端前部的线偏振片一使发射出激光光束具有偏振特性，旋转安装在接收端前部的线偏振片二，使通过线偏振片二反射回激光位移传感器接收端的激光强度最大，线偏振片二相对于线偏振片一的角度增量为△θ；

S6、当多传感同时安装使用时，调整相邻的激光位移传感器一中偏振扩散透镜的线偏振片与导轨的夹角为θ₁，线偏振片二与导轨的夹角为θ₁+△θ，激光位移传感器二中偏振扩散透镜的线偏振片与导轨的夹角为θ₂，线偏振片二与导轨的夹角为θ₂+△θ，使本方法在多传感器同时应用的场景中具备一定的抗干扰能力。

实施例：

如图1所示，基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量方法及装置，包括壳体以及安装在壳体内的导轨、扩散透镜、线偏振片一、线偏振片二和镜片卡槽。其中扩散透镜和线偏振片一组合成偏振扩散透镜整体放置在壳体内，通过镜片卡槽安装在导轨上。线偏振片二与偏振扩散透镜平行放置，通过镜片卡槽安装在导轨上。导轨由两根水平杆和一根竖直杆组成，水平杆与竖直杆通过螺丝固定，可根据固定不同长度的螺孔来调整竖直杆的位置。

在使用激光位移传感器和外附装置检测前，根据激光位移传感器的大小调整两个镜片卡槽至合适位置，使得偏振扩散透镜位于激光位移传感器发射端的前部并固定在导轨上，线偏振片二位于激光位移传感器接收端的前部并固定在导轨上。

二向反射分布函数模型(BRDF)描述了表面上一个点对于入射光的反射分布特性，当确定入射方向l与出射方向v之后，BRDF值f(l,v)衡量了物体表面与光线进行反射的特性，定义为出射的辐出度L₀(v)与入射的辐照度E(l)的比值，如下式所示：

其中，E表示辐照度，指每单位面积、单位时间接收到的能量，dE(l)表示来自入射方向l的微分辐照度；L表示辐出度，指每单位垂直面积、单位立体角、单位时间接受到的能量，dL₀(v)表示物体表面反射到方向v的微分辐出度。

由Cook-Torrance二向反射模型，BRDF值f(l,v)为：

f(l,v)＝k_df_lambert+k_sf_{cook-torrance}

其中k_d表示漫反射部分能量所占比率，k_s表示镜面反射部分能量所占比率，f_lambert表示漫反射部分的BRDF值，f_{cook-torrance}表示镜面发射部分的BRDF值。

如图2所示，假设目标物体表面仅有漫反射效应，则k_d＝1,k_s＝0，此时BRDF值为：

f(l,v)＝f_lambert

假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则BRDF值可以写作：

激光位移传感器接收到的微分辐出度为：

激光位移传感器接收到的能量EN_d表示为：

其中Ω₀表示激光位移传感器受光元件接收信号的区域。

激光位移传感器设置的响应阈值T₀可以表示为：

T₀＝λEN_d,λ∈(0,1)

由上式可知，当被测表面为漫反射面时，激光位移传感器受光元件接收到的能量EN_d大于响应阈值T₀，激光位移传感器可以正常响应。

如图3所示，假设目标物体表面主要发生镜面反射效应，令k_d＝α,k_s＝β，此时BRDF值为：

f(l,v)＝αf_lambert+βf_{cook-torrance}

其中α,β∈[0,1]，α+β＝1且α<<β。

假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则漫反射部分的BRDF值可以写作：

激光位移传感器接收到的漫反射部分微分辐出度为：

激光位移传感器接收到的漫反射部分能量EN′_d表示为：

其中Ω₀表示激光位移传感器受光元件接收信号的区域。

由于α,β∈[0,1]，α+β＝1且α＜＜β，激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量EN′_d远远小于响应阈值T₀，此时激光位移传感器无法根据漫反射部分做出正常响应。

由Cook-Torrance二向反射模型，镜面反射部分的BRDF值可以写作：

其中θ_l是入射方向l与宏观法线方向n的夹角，θ_v是出射方向v与n的夹角，h是微平面法线方向；F(v,h)表示菲涅尔方程，描述了物体表面在不同入射光角度下反射光线所占的比率，F(v,h)∈[0,1]；D(h)表示法线分布函数，描述了微观角度下微小镜面法线分布的情况，粗糙表面法线分布相对均匀，光滑表面法线分布相对集中，D(h)∈[0,1]；G(l,v)表示几何函数，描述了微平面自遮挡的属性，G(l,v)∈[0,1]。

镜面反射部分的微分辐出度为：

镜面反射射出区域的能量EN_S表示为：

其中Ω_S表示镜面反射部分的射出区域。

当时，激光位移传感器的受光元件无法接收到镜面反射的能量，即EN_S＝0，此时激光位移传感器受光元件仅能接收到的漫反射部分能量，而漫反射部分的能量EN′_d远远小于响应阈值T₀，导致激光位移传感器无法响应。

如图4所示，为了使激光位移传感器在以镜面反射为主的反射面正常响应，在发射端前部增加扩散透镜使得镜面反射射出区域可以覆盖激光位移传感器受光元件的响应区域，即Ω₀∈Ω_S，此时激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量为：

激光位移传感器受光元件接收到的镜面反射部分的能量为：

此时激光位移传感器受光元件接收到的漫反射和镜面反射的能量总和总能量大于响应阈值T₀，激光位移传感器可以正常响应。

如图5所示，建立扩散透镜约束模型的几何分析图，图中L₀表示激光二极管中心至受光元件最远端的距离，L_sensor表示受光元件的长度，L_response表示激光束经过扩散透镜扩散后，当反射光可进入受光元件最远端时，激光二极管中心至激光位移传感器外壳上P₂点的距离，L₁表示激光二极管发出激光束的直径，L₂表示激光位移传感器外壳上P₁点至P₂点的距离，f₀表示扩散透镜的焦距，W₁表示扩散透镜的厚度，α表示激光经扩散透镜后的偏转角度，d表示测量距离。

当镜面反射光能够完全覆盖激光位移传感器受光元件时，建立响应约束模型：

L_response≥L₀

由图5中的几何约束可知：

L_response＜L₁+2L₂

由得到L₂＝dtanα；

又得到

将L_response＜L₁+2L₂和带入响应约束模型有：

上式推导得到：

即扩散透镜约束模型为：

f₀＜S₁d+S₂

其中 是激光位移传感器已知的固有参数。

如图6所示，根据扩散透镜约束模型输入激光位移传感器固有参数S₁,S₂和测量距离d的值，根据扩散透镜约束模型，即可输出应选择的扩散透镜的焦距参数f₀。

如图7所示，由于激光位移传感器发射端前方安装了扩散透镜，导致扩散后的激光反射区域较大，为了防止出现多传感器组合使用出现互相干扰的问题，调整激光位移传感器一中偏振扩散透镜的线偏振片与导轨的夹角为θ₁，线偏振片二与导轨的夹角为θ₁+△θ，激光位移传感器二中偏振扩散透镜的线偏振片与导轨的夹角为θ₂，其中θ₂＝θ₁+π/2，线偏振片二与导轨的夹角为θ₂+△θ，使本方法在多传感器同时应用的场景中具备一定的抗干扰能力。

Claims (6)

1.一种基于扩散透镜约束模型的激光位移传感器测量装置，其特征在于，包括导轨、线偏振片一、线偏振片二、镜片卡槽、扩散透镜、激光位移传感器和壳体；

所述导轨由两根水平杆和一根竖直杆组成，水平杆与竖直杆通过螺丝固定，可根据固定不同长度的螺孔来调整竖直杆的位置；

所述扩散透镜和线偏振片一组合成偏振扩散透镜放置在壳体内，通过镜片卡槽安装在导轨上；所述线偏振片二与偏振扩散透镜平行放置，通过镜片卡槽安装在导轨上；

在使用激光位移传感器检测前，调整偏振扩散透镜位置使其位于激光位移传感器发射端的前部并进行固定，调整线偏振片二使其位于激光位移传感器接收端的前部并进行固定。

2.一种采用权利要求1所述测量装置的激光位移传感器测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据激光位移传感器的大小安装壳体，通过一个镜片卡槽固定偏振扩散透镜，通过另一个镜片卡槽固定线偏振片二，调整两个镜片卡槽的位置，并通过螺丝固定在导轨的螺孔内；

步骤2：建立激光位移传感器面对漫反射表面的二向反射分布模型BRDF，对激光位移传感器正常响应的情况进行建模分析；

步骤3：建立激光位移传感器面对以镜面反射为主的二向反射分布模型，对激光位移传感器无响应或响应异常的情况进行建模分析；

步骤4：通过光路分析图建立扩散透镜约束模型，利用扩散透镜约束模型输入激光位移传感器固定参数和测量距离，输出扩散透镜的参数值；

步骤5：通过安装在激光位移传感器发射端前部的线偏振片一使发射出的激光光束具有偏振特性，旋转安装在接收端前部的线偏振片二，使通过线偏振片二反射回激光位移传感器接收端的激光强度最大，线偏振片二相对于线偏振片一的角度增量为△θ；

步骤6：当多个激光位移传感器同时安装使用时，调整相邻的两个激光位移传感器中的一个的偏振扩散透镜的线偏振片一与导轨的夹角为θ₁，线偏振片二与导轨的夹角为θ₁+△θ；另一个激光位移传感器的偏振扩散透镜的线偏振片一与导轨的夹角为θ₂，θ₂＝θ₁+π/2，线偏振片二与导轨的夹角为θ₂+△θ，使多个激光位移传感器同时安装使用时具备抗干扰能力。

3.根据权利要求2所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述二向反射分布模型BRDF描述表面上一个点对于入射光的反射分布特性，当确定入射方向l与出射方向v之后，BRDF值f(l,v)衡量了物体表面与光线进行反射的特性，定义为出射的辐出度L₀(v)与入射的辐照度E(l)的比值，如下式所示：

其中，E表示辐照度，指每单位面积、单位时间接收到的能量，dE(l)表示来自入射方向l的微分辐照度；L表示辐出度，指每单位垂直面积、单位立体角、单位时间接受到的能量，dL₀(v)表示物体表面反射到方向v的微分辐出度；

由Cook-Torrance二向反射分布模型，BRDF值f(l,v)为：

f(l,v)＝k_df_lambert+k_sf_{cook-torrance}

其中k_d表示漫反射部分能量所占比率，k_s表示镜面反射部分能量所占比率，f_lambert表示漫反射部分的BRDF值，f_{cook-torrance}表示镜面发射部分的BRDF值。

4.根据权利要求3所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

假设目标物体表面仅有漫反射效应，则k_d＝1,k_s＝0，此时BRDF值为：

f(l,v)＝f_lambert

假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则BRDF值写作：

激光位移传感器接收到的微分辐出度为：

激光位移传感器接收到的能量EN_d表示为：

其中Ω₀表示激光位移传感器受光元件接收信号的区域；

激光位移传感器设置的响应阈值T₀表示为：

T₀＝λEN_d,λ∈(0,1)

当被测表面为漫反射面时，激光位移传感器受光元件接收到的能量EN_d大于响应阈值T₀，激光位移传感器能够正常响应。

5.根据权利要求4所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

假设目标物体表面发生的镜面反射效应大于漫反射效应，令k_d＝α,k_s＝β，此时BRDF值为：

f(l,v)＝αf_lambert+βf_{cook-torrance}

其中α,β∈[0,1]，α+β＝1且α＜＜β；

假设漫反射是均匀且遍布整个半球方向，则漫反射部分的BRDF值写作：

激光位移传感器接收到的漫反射部分微分辐出度为：

激光位移传感器接收到的漫反射部分能量EN′_d表示为：

由于α,β∈[0,1]，α+β＝1且α＜＜β，激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量EN′_d远远小于响应阈值T₀，此时激光位移传感器无法根据漫反射部分做出正常响应；

由Cook-Torrance二向反射分布模型，镜面反射部分的BRDF值写作：

其中θ_l是入射方向l与宏观法线方向n的夹角，θ_v是出射方向v与n的夹角，h是微平面法线方向；F(v,h)表示菲涅尔方程，描述了物体表面在不同入射光角度下反射光线所占的比率，F(v,h)∈[0,1]；D(h)表示法线分布函数，D(h)∈[0,1]；G(l,v)表示几何函数，描述了微平面自遮挡的属性，G(l,v)∈[0,1]；

镜面反射部分的微分辐出度为：

镜面反射射出区域的能量EN_S表示为：

其中Ω_S表示镜面反射部分的射出区域；

当时，激光位移传感器的受光元件无法接收到镜面反射的能量，即EN_S＝0，此时激光位移传感器受光元件仅能接收到漫反射部分能量，而漫反射部分的能量EN′_d远远小于响应阈值T₀，导致激光位移传感器无法响应；

在发射端前部增加扩散透镜使镜面反射射出区域能够覆盖激光位移传感器受光元件的响应区域，即Ω₀∈Ω_S，此时激光位移传感器受光元件接收到的漫反射部分的能量为：

激光位移传感器受光元件接收到的镜面反射部分的能量为：

此时激光位移传感器受光元件接收到的漫反射和镜面反射的能量总和总能量大于响应阈值T₀，激光位移传感器能够正常响应。

6.根据权利要求5所述的一种激光位移传感器测量方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

建立扩散透镜约束模型的几何分析图，L₀表示激光二极管中心至受光元件最远端的距离，L_sensor表示受光元件的长度，L_response表示激光束经过扩散透镜扩散后，当反射光进入受光元件最远端时，激光二极管中心至激光位移传感器外壳上P₂点的距离，L₁表示激光二极管发出激光束的直径，L₂表示激光位移传感器外壳上P₁点至P₂点的距离，f₀表示扩散透镜的焦距，W₁表示扩散透镜的厚度，α表示激光经扩散透镜后的偏转角度，d表示测量距离；

当镜面反射光能够完全覆盖激光位移传感器受光元件时，建立响应约束模型：

L_response≥L₀

由几何约束知：

L_response＜L₁+2L₂

由得到L₂＝dtanα；

又得到

将L_response＜L₁+2L₂和带入扩散透镜约束模型有：

推导得到：

即扩散透镜约束模型为：

f₀＜S₁d+S₂

其中是激光位移传感器已知的固有参数；

根据扩散透镜约束模型，输入激光位移传感器固有参数S₁,S₂和测量距离d的值，即输出应选择的扩散透镜的焦距参数f₀。