激光位移傳感器原理的兩種測量方式

激光位移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(yīng)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(yuǎn)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。

激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接收，根據(jù)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(jù)這個角度及已知的激光和激光位移傳感器之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出,激光位移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(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(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。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)量輸出可獨立設(shè)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(dá)1um，分辨率更是可達(dá)到0.1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達(dá)到0.01%高分辨率，0.1%高線性度，9.4KHz高響應(yīng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境。 激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達(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(jié)果進(jìn)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(yuǎn)檢測距離可達(dá)250m。

二、3D線激光輪廓傳感器采用激光三角反射原理。首先使用一束激光照射到被測物體表面，反射光經(jīng)過光學(xué)透鏡組在感光元件表面形成光斑，不同高度的表面反射形成的光斑位置各不相同。如下圖所示，當(dāng)被檢測表面偏高時，測量激光光斑位置會右移;反之，如果被檢測表面偏低時，測量激光光斑位置會左移。3D線激光輪廓傳感器采用的不是點激光光源，而是一條激光線，測量光激光斑也是一條線，所以俗稱線激光。線激光還可以面掃描，快速形成3D輪廓。

三、激光位移傳感器，是位移傳感器中的一種，適用于長距離檢測，因而逐漸取代了拉線位移傳感器，在工業(yè)自動化、交通、鋼鐵 、建筑、碼頭等需要進(jìn)行自動距離位移測量和位置控制中應(yīng)用。它可以快速、準(zhǔn)確的測量到目標(biāo)地距離，測量結(jié)果可以通過各種接口傳輸?shù)皆O(shè)備上，以便進(jìn)行檢測、控制等應(yīng)用，同時激光位移傳感器的控制也可通過計算機或其他與其相連的設(shè)備來完成。

激光位移傳感器可以測量位移、厚度、振動、距離、直徑等精密的幾何測量。激光有直線度好的優(yōu)良特性，同樣激光位移傳感器相對于我們已知的超聲波傳感器有更高的精度。但是，激光的產(chǎn)生裝置相對比較復(fù)雜且體積較大，因此會對激光位移傳感器的應(yīng)用范圍要求較苛刻。

激光位移傳感器原理

一般激光位移傳感器采用的基本原理是光學(xué)三角法：半導(dǎo)體激光器①被鏡片②聚焦到被測物體⑥。反射光被鏡片③收集，投射到CMOS陣列④上;信號處理器⑤通過三角函數(shù)計算陣列④上的光點位置得到距物體的距離。

按照測量原理， 激光位移傳感器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(yuǎn)距離測量，下面分別介紹激光三角測量原理和激光回波分析原理。

1.激光位移傳感器原理之激光三角測量法原理 激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接收，根據(jù)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(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出激光位移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(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(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。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)量輸出可獨立設(shè)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(dá)1um，分辨率更是可達(dá)到0.1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達(dá)到0.01%高分辨率，0.1%高線性度，9.4KHz高響應(yīng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境。

2.激光位移傳感器原理之激光回波分析原理

激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達(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(jié)果進(jìn)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(yuǎn)檢測距離可達(dá)250m。

激光位移傳感器因為是發(fā)射激光來進(jìn)行檢測的，所以在使用過程中有很多事項需要注意，如

1、對準(zhǔn)太陽或其它強光物體測量會產(chǎn)生錯誤結(jié)果;

2、在強反射環(huán)境中測量較差反射表面的物體也會產(chǎn)生錯誤結(jié)果;

3、量強反射表面會產(chǎn)生錯誤結(jié)果;

4、透過透明物測量，如玻璃、光學(xué)濾光器、樹脂玻璃，會產(chǎn)生不正確數(shù)據(jù);

5、迅速改變測量環(huán)境也會產(chǎn)生假數(shù)據(jù)。

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審核編輯：湯梓紅

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