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激光测距传感器的原理、选型、应用

激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器,一般是由激光器,光学零件,和光电器件所构成的,它能把被测物理量(如长度,距离,振动,流量,速度等)转换成光信号,然后应用光电转换器把光信号变成电信号,通过相应电路的过滤,放大,整流得到输出信号,从而算出被测量。

在工业自动化中,激光测距传感器是最常见的传感器之一。不过,您对它真的了解吗?本文将让您一文了解它的原理、选型和应用。

激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器,一般是由激光器,光学零件,和光电器件所构成的,它能把被测物理量(如长度,距离,振动,流量,速度等)转换成光信号,然后应用光电转换器把光信号变成电信号,通过相应电路的过滤,放大,整流得到输出信号,从而算出被测量。

相比超声波、红外、毫米波等其他传感器,激光传感器无论在测量精度、分辨率,还是抗干扰能力、稳定性、反应速度都具有不可比拟的优势。所以,在测量精度要求较高,比如0.1mm,0.01mm,甚至1um的情况下,激光传感器往往都是首选。

激光传感器工作原理

在工业领域,最常见的激光传感器是激光位移传感器,也称为激光测距传感器,可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化,主要应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。

按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量,而激光回波分析法则用于远距离测量,下面分别介绍激光位移传感器原理的两种测量方式。

01,三角测量法

激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体表面散射的激光通过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据不同的距离,CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离,数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。

激光测距传感器的原理、选型、应用

同时,光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理,并通过微处理器分析,计算出相应的输出值,并在用户设定的模拟量窗口内,按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出,则在设定的窗口内导通,窗口之外截止。另外,模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。

采取三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1um,分辨率更是可达到0.1um的水平。

02,回波分析法

激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离以达到一定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接收器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器,处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间,以此计算出距离值,该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。即所谓的脉冲时间法测量的。激光回波分析法适合于长距离检测,但测量精度相对于激光三角测量法要低,最远检测距离可达250m。

激光测距传感器的原理、选型、应用

如何选择激光传感器

我们建议大家注意以下三点:

01,注意被测物结构和材料

通常激光位移传感器测量需要完整的三角光路。被测物如果有深槽或复杂表面,可能会导致三角光路被遮挡,从而无法测量。还有一些吸光材料,如黑色橡胶等材料,大部分光强会被吸收,这时需要合理调节曝光时间以获得足够测量信号。另外反光很强,或镜面反射被测物,可能会导致光线垂直返回而没有形成漫反射,也会导致测量效果不佳。所以使用激光位移传感器时,一定要先与厂家充分沟通,不要想当然认为可以测,结果却不好。

02,根据需要选择适用的参数指标

常用于选择激光位移传感器的指标包括传感器的精度,或者叫线性度、绝对误差等,指的是传感器的测量值偏离理论真实值的偏差程度,这个参数直接反应测得准不准。第二个就是分辨率,这个参数指传感器做出示数变化所需要的最小位移变化量,通常分辨率参数值要小于精度。第三个是测量速度,测量速度直接决定测量是否可以跟得上被测物的变化速度,能否完整反应位移变化的全过程。对测量速度要求高的场合常见于振动测量。当然除此以外,还有很多参数可以决定传感器的性能,包括能够承受环境温度指标,能够承受的振动和冲击指标等。

03,品牌的选择

激光位移传感器国内外厂商众多,产品质量、精度和分辨率差别也很大。国外知名品牌质量好但价格也很高,而国内小厂的价格不高但稳定性方面又不能保证。所以选择国内厂商中的知名品牌是一个最好的选择,不仅可以实现国产化替代,也可以保证产品的可靠性、稳定性、精度等关键质量指标。

THE END
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