在轮对参数非接触测量系统中,激光三角位移传感器发挥了重要的作用。高速铁路的蓬勃发展对轮对参数测量系统提出了高速高精度的测量要求。本文以研制用于轮对参数测量的激光三角位移传感器为目的,以提高传感器的测量速度和测量精度、降低测量成本为工作方向,调研分析了激光三角位移传感器的国内外研究进展。利用MATLAB软件分析了光路参数的改变对三角测量系统的灵敏度、分辨率、成像长度、外型尺寸等指标的影响,设计符合特殊测量要求的传感器提供了理论指导。本文主要有三个创新点,创新点之一是改变传统的把成像透镜看作薄透镜的设计思想,分析了成像透镜两主平面的位置对系统成像效果的影响,并利用ZEMAX光学仿真软件分析了传统设计思想的弊端。创新点之二是基于ZEMAX软件序列模式,仿真分析了三角测量光路中不同透镜的成像效果,为激光三角测量系统成像透镜的选型和优化提供了理论依据,在此基础上提出了从模拟成像的角度预测三角测量系统线性度的方法,并进行了实验验证。创新点之三是基于ZEMAX软件非序列模式,采用朗伯体散射模型,首次对激光三角测量光路进行了全光路仿真分析。仿真过程包含了激光束的功率、能量分布和发散角等参数信息,同时也包括被测物的散射特性及探测器的结构特点等参数。在全光路仿真模型的基础上,分析了被测物的两种倾斜情况对测量误差的影响以及倾斜误差产生的原因,提出了三种倾斜误差校正方法,为传感器装调和测量提供了理论依据。本文所提出的激光三角测量全光路仿真方法,除了分析被测物倾斜造成的测量误差外,也可用于仿真光源、成像透镜、线阵图像传感器等光学器件的机械装调效果,探究激光器的功率变化、波长漂移、被测物的表面颜色及粗糙度等因素造成的测量误差,因此,该方法对激光三角测量光路设计、器件选型、机械加工与装调、误差分析等方面具有一定的参考意义。通过对激光三角测量系统的相关研究工作,总结出一套符合特殊测量需求的设计经验。目前,样机的线性度为±0.255%FSO,稳定性实验标准差为5μm,测量频率为5kHz,已经应用在本实验室轮对参数测量系统中,有较好的市场前景。