二极管发出的激光束照射被测物体表面，反射光通过一组透镜投射到光敏元件矩阵上。光敏部分可以是CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)或PSD(位置敏感检测器)元件。并且反射光的强度取决于被测物体的表面特性。激光位移传感器还可以测量被测物体的厚度、振动、距离、直径等几何量。

　根据测量原理，有激光三角测量法和激光回波分析法。前一种方法一般适用于高精度短距离测量，后一种方法适用于长距离测量。

　1、三角法位移测量

　最简单的三角法位移测量系统是从光源发出一束光照射到物体表面，通过在另一个方向成像观察反射点的位置来检测物体的位移。由于入射光和反射光形成一个三角形，这种方法称为三角测量法。根据入射光与被测物体表面的夹角，分为直下式和倾斜式。

　激光器发出的光经聚光镜聚焦后，垂直入射到被测物体表面，物体的移动或表面变化使入射光斑沿入射光轴移动。来自透镜入射点的散射光被接收并成像在光斑位置检测器(如PSD和CDD)的敏感表面上。然而，传感器的激光束垂直于被测表面。所以只有一个准确的对焦位置，其他位置的图像都处于不同程度的高对焦。另外，高焦距会造成像点的分散，从而降低测量精度。

　为了提高精度，θ1和θ2必须满足:tgθ1=Utgθ2，其中U为横向放大倍数。此时可以将一定景深范围内的侧点聚焦在探测器上，保证精度。如果光点在成像平面上的位移是x’，则使用相似三角形的边之间的比例关系。被测表面的位移可根据以下公式获得:

　其中α是从激光束的光轴和接收光轴的交点到接收透镜的前主表面的距离，B是从接收透镜的后主表面到中心点的距离的成像表面。θ1是激光束的光轴和接收透镜的光轴之间的角度，θ2是测量法线和接收透镜的光轴之间的角度。

　发射的激光与被测表面的法线方向成一定角度入射到被测表面上，被测表面在该点的散射光或反射光也被接收透镜接收。应满足条件:tg(θ1+θ2)=Utgθ3

　如果光点的图像在探测器的敏感表面上移动x’,利用相似三角形的比例关系，物体表面沿着探测器从法线方向的移动距离为:

　激光发射器通过透镜向被测物体表面发射可见的红色激光。被物体表面散射的激光穿过接收器透镜，被内部的CCD线性照相机接收。根据不同的距离，相机可以设置在不同的角度来跟踪这个光点。根据这个角度和已知的激光器与摄像机之间的距离，数字信号处理器就可以计算出传感器与被测物体之间的距离。

　同时，光束在接收元件上的位置由模拟和数字电路处理，由微处理器分析计算出相应的输出值。最后在用户设定的模拟窗口中按比例输出标准数据信号。如果使用开关输出，将在设定窗口内打开，在窗口外关闭。此外，可以为模拟输出和开关输出独立设置检测窗口。

　采用三角法的激光位移传感器的最大线性度和分辨率可分别达到1um和0.1um。比如ZLDS100传感器可以达到0.01%的高分辨率，0.1%的高线性度，9.4KHz的高响应，可以适应恶劣的环境。

　2、回声分析

　激光位移传感器利用回波分析的原理来测量距离，以达到一定的精度。该传感器由处理器单元、回波处理单元、激光发射器和激光接收器组成。激光位移传感器通过激光发射器向检测对象发射每秒一百万个激光脉冲，并返回接收器。

　处理器计算激光脉冲到达检测对象并返回接收器所需的时间，以计算距离。输出是数千个测量结果的平均输出。它是通过所谓的脉冲时间法测量的。激光回波分析适用于远距离探测，但其测量精度低于激光三角测量。