激光三角法作为一种经典的非接触式测量方法,如今正越来越广泛的应用于各行各业,甚至于在军事领域也占有一席之地。目前国内外各大科研机构均以高精度、高稳定性、高环境适应性为发展目标,对激光三角法进行深入研究。本文的研究目标是在保证较高的测量精度的前提下,以减小测量系统的体积的方式提高系统的环境适应性。基于这一目标,本文通过分析激光三角测量光学系统,以一般直射式激光三角法的光学系统为基础,通过引入分光镜的方法在光路中减少了一枚透镜,并采用法线共轴的布局方式,设计了一种单透镜激光三角测量光路系统。此设计实现了测量系统的体积大幅缩小,提高了系统对测量环境的适应力,安装和使用更加简单。经过分析,单透镜光路系统的测量性能相比于一般直射式激光三角法,能够保持较高的测量精度,且能够得到更大的工作范围,并且对测量环境的要求和测量过程都有所简化,但是对于激光光源的功率和稳定性要求都有所提高,所幸如今半导体激光器发展的十分成熟,体积小且功率较大的激光光源很容易找到。为了通过实验验证单透镜激光三角测量系统的测量性能和可行性,需要配合相应的数据采集系统。本文设计了基于ADC+CPLD+FIFO+USB体系结构的线阵CCD光电测量高速数据采集系统。数据采集系统将包含有被测物信息的光信号转换为电信号,然后经过放大、噪声过滤、采样、存储并通过USB传输给上位机,通过上位机的可视化界面程序对数据进行处理并将结果显示。并按照光路布局要求设计了外盒,将光学和数据采集两部分系统集成并封闭在外盒中。实验结果表明,单透镜激光三角测量系统是可行的,由于受到系统机械制作的和所选择光学器件参数的影响,系统的测量误差最小能够达到17μm,当测量距离较远时,测量误差会达到100,um左右。而工作范围也因为受到激光光源功率和测量环境的干扰,只能达到500mm以内。系统对被测物的振动参数进行测量时,能够较为准确的对测量范围在70mm以内,振动频率10z以下的振动参数进行较为准确得测量。如果能够对相应光学器件进行更加精确的设计和加工,并使用一体化的标准机械设计,那么系统的测量性能有着很大的提高空间。由于系统体积小巧,整体制作、安装过程也较为简单,测量时的操作简单,对测量环境的适应性有所提高,因此具有一定的发展空间。