邦納傳感器——激光測距傳感器的工作原理與選型

激光傳感器工作原理

　　在工業領域，最常見的激光傳感器是激光位移傳感器，也稱為激光測距傳感器，可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應用于檢測物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。

　　按照測量原理，激光位移傳感器原理分為激光三角測量法和激光回波分析法，激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光回波分析法則用于遠距離測量，下面分別介紹激光位移傳感器原理的兩種測量方式。

　　01、三角測量法

　　激光發射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經物體表面散射的激光通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。

　　同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應的輸出值，并在用戶設定的模擬量窗口內，按比例輸出標準數據信號。如果使用開關量輸出，則在設定的窗口內導通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。

　　采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達1um，分辨率更是可達到0.1um的水平。

　　02、波分析法

　　激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達到一定程度的精度。傳感器內部是由處理器單元、回波處理單元、激光發射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發射器每秒發射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器，處理器計算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結果進行的平均輸出。即所謂的脈沖時間法測量的。激光回波分析法適合于長距離檢測，但測量精度相對于激光三角測量法要低，最遠檢測距離可達250m。

　　如何選擇激光傳感器

　　建議大家注意以下三點：

　　01、注意被測物結構和材料

　　通常激光位移傳感器測量需要完整的三角光路。被測物如果有深槽或復雜表面，可能會導致三角光路被遮擋，從而無法測量。還有一些吸光材料，如黑色橡膠等材料，大部分光強會被吸收，這時需要合理調節曝光時間以獲得足夠測量信號。另外反光很強，或鏡面反射被測物，可能會導致光線垂直返回而沒有形成漫反射，也會導致測量效果不佳。所以使用激光位移傳感器時，一定要先與廠家充分溝通，不要想當然認為可以測，結果卻不好。

　　02、根據需要選擇適用的參數指標

　　常用于選擇激光位移傳感器的指標包括傳感器的精度，或者叫線性度、絕對誤差等，指的是傳感器的測量值偏離理論真實值的偏差程度，這個參數直接反應測得準不準。第二個就是分辨率，這個參數指傳感器做出示數變化所需要的最小位移變化量，通常分辨率參數值要小于精度。第三個是測量速度，測量速度直接決定測量是否可以跟得上被測物的變化速度，能否完整反應位移變化的全過程。對測量速度要求高的場合常見于振動測量。當然除此以外，還有很多參數可以決定傳感器的性能，包括能夠承受環境溫度指標，能夠承受的振動和沖擊指標等。

　　03、品牌的選擇

　　激光位移傳感器國內外廠商眾多，產品質量、精度和分辨率差別也很大。國外知名品牌質量好但價格也很高，而國內小廠的價格不高但穩定性方面又不能保證。所以選擇國內廠商中的知名品牌是一個最好的選擇，不僅可以實現國產化替代，也可以保證產品的可靠性、穩定性、精度等關鍵質量指標。

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