【導(dǎo)讀】激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，一般是由激光器，光學(xué)零件，和光電器件所構(gòu)成的，它能把被測(cè)物理量（如長度，距離，振動(dòng)，流量，速度等）轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器把光信號(hào)變成電信號(hào)，通過相應(yīng)電路的過濾，放大，整流得到輸出信號(hào)，從而算出被測(cè)量。
在工業(yè)自動(dòng)化中，激光測(cè)距傳感器是最常見的傳感器之一。不過，您對(duì)它真的了解嗎？本文將讓您一文了解它的原理、選型和應(yīng)用。
激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，一般是由激光器，光學(xué)零件，和光電器件所構(gòu)成的，它能把被測(cè)物理量（如長度，距離，振動(dòng)，流量，速度等）轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器把光信號(hào)變成電信號(hào)，通過相應(yīng)電路的過濾，放大，整流得到輸出信號(hào)，從而算出被測(cè)量。
相比超聲波、紅外、毫米波等其他傳感器，激光傳感器無論在測(cè)量精度、分辨率，還是抗干擾能力、穩(wěn)定性、反應(yīng)速度都具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。所以，在測(cè)量精度要求較高，比如0.1mm，0.01mm，甚至1um的情況下，激光傳感器往往都是首選。
激光傳感器工作原理
在工業(yè)領(lǐng)域，最常見的激光傳感器是激光位移傳感器，也稱為激光測(cè)距傳感器，可精確非接觸測(cè)量被測(cè)物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測(cè)物體的位移、厚度、振動(dòng)、距離、直徑等幾何量的測(cè)量。
按照測(cè)量原理，激光位移傳感器原理分為激光三角測(cè)量法和激光回波分析法，激光三角測(cè)量法一般適用于高精度、短距離的測(cè)量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測(cè)量，下面分別介紹激光位移傳感器原理的兩種測(cè)量方式。
01，三角測(cè)量法
激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測(cè)物體表面，經(jīng)物體表面散射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測(cè)物體之間的距離。
同時(shí)，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨(dú)立設(shè)置檢測(cè)窗口。
采取三角測(cè)量法的激光位移傳感器最高線性度可達(dá)1um，分辨率更是可達(dá)到0.1um的水平。
02，回波分析法
激光位移傳感器采用回波分析原理來測(cè)量距離以達(dá)到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個(gè)激光脈沖到檢測(cè)物并返回至接收器，處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測(cè)物并返回至接收器所需的時(shí)間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。即所謂的脈沖時(shí)間法測(cè)量的。激光回波分析法適合于長距離檢測(cè)，但測(cè)量精度相對(duì)于激光三角測(cè)量法要低，最遠(yuǎn)檢測(cè)距離可達(dá)250m。
如何選擇激光傳感器
我們建議大家注意以下三點(diǎn)：
01，注意被測(cè)物結(jié)構(gòu)和材料
通常激光位移傳感器測(cè)量需要完整的三角光路。被測(cè)物如果有深槽或復(fù)雜表面，可能會(huì)導(dǎo)致三角光路被遮擋，從而無法測(cè)量。還有一些吸光材料，如黑色橡膠等材料，大部分光強(qiáng)會(huì)被吸收，這時(shí)需要合理調(diào)節(jié)曝光時(shí)間以獲得足夠測(cè)量信號(hào)。另外反光很強(qiáng)，或鏡面反射被測(cè)物，可能會(huì)導(dǎo)致光線垂直返回而沒有形成漫反射，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量效果不佳。所以使用激光位移傳感器時(shí)，一定要先與廠家充分溝通，不要想當(dāng)然認(rèn)為可以測(cè)，結(jié)果卻不好。
02，根據(jù)需要選擇適用的參數(shù)指標(biāo)
常用于選擇激光位移傳感器的指標(biāo)包括傳感器的精度，或者叫線性度、絕對(duì)誤差等，指的是傳感器的測(cè)量值偏離理論真實(shí)值的偏差程度，這個(gè)參數(shù)直接反應(yīng)測(cè)得準(zhǔn)不準(zhǔn)。第二個(gè)就是分辨率，這個(gè)參數(shù)指?jìng)鞲衅髯龀鍪緮?shù)變化所需要的最小位移變化量，通常分辨率參數(shù)值要小于精度。第三個(gè)是測(cè)量速度，測(cè)量速度直接決定測(cè)量是否可以跟得上被測(cè)物的變化速度，能否完整反應(yīng)位移變化的全過程。對(duì)測(cè)量速度要求高的場(chǎng)合常見于振動(dòng)測(cè)量。當(dāng)然除此以外，還有很多參數(shù)可以決定傳感器的性能，包括能夠承受環(huán)境溫度指標(biāo)，能夠承受的振動(dòng)和沖擊指標(biāo)等。
03，品牌的選擇
激光位移傳感器國內(nèi)外廠商眾多，產(chǎn)品質(zhì)量、精度和分辨率差別也很大。國外知名品牌質(zhì)量好但價(jià)格也很高，而國內(nèi)小廠的價(jià)格不高但穩(wěn)定性方面又不能保證。所以選擇國內(nèi)廠商中的知名品牌是一個(gè)最好的選擇，不僅可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代，也可以保證產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、精度等關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。
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