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激光位移傳感器的工作原理
激光位移傳感器
激光位移傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器,。它由激光器,、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成,。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表,。能夠精確非接觸測(cè)量被測(cè)物體的位置,、位移等變化,。
可以測(cè)量位移,、厚度、振動(dòng),、距離,、直徑等精密的幾何測(cè)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(duì)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(duì)比較復(fù)雜且體積較大,，因此會(huì)對(duì)激光位移傳感器的應(yīng)用范圍要求較苛刻,。
基本原理
激光位移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,。
光束在接受元件的位置通過模擬和電子數(shù)字的處理，在經(jīng)過內(nèi)部的微處理分析,，然后計(jì)算出相應(yīng)的輸出值,，然后再將輸出值調(diào)整之后，向物體發(fā)射一處光芒,，而這時(shí)候這束光芒就可以調(diào)整位移的距離,。
用途
1、長(zhǎng)度的測(cè)量
將測(cè)量的組件放在位置的輸送帶上,，激光傳感器檢測(cè)到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,，后得到組件的長(zhǎng)度。
2,、均勻度的檢查
在要測(cè)量的工件運(yùn)動(dòng)的傾斜方向一行放幾個(gè)激光傳感器，直接通過一個(gè)傳感器進(jìn)行度量值的輸出,，另外也可以用一個(gè)軟件計(jì)算出度量值,，并根據(jù)信號(hào)或數(shù)據(jù)讀出結(jié)果。
3,、電子元件的檢查
用兩個(gè)激光掃描儀,，將被測(cè)元件擺放在兩者之間，后通過傳感器讀出數(shù)據(jù),，從而檢測(cè)出該元件尺寸的精確度及完整性,。
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,。
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(zhǎng)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,，遠(yuǎn)檢測(cè)距離可達(dá)250m。
測(cè)量應(yīng)用
激光位移傳感器常用于長(zhǎng)度,、距離,、振動(dòng)、速度,、方位等物理量的測(cè)量,，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等。
1.尺寸測(cè)定：微小零件的位置識(shí)別;傳送帶上有無零件的監(jiān)測(cè);材料重疊和覆蓋的探測(cè);機(jī)械手位置（工具中心位置）的控制;器件狀態(tài)檢測(cè);器件位置的探測(cè)（通過小孔）;液位的監(jiān)測(cè);厚度的測(cè)量;振動(dòng)分析;碰撞試驗(yàn)測(cè)量;汽車相關(guān)試驗(yàn)等,。
2.金屬薄片和薄板的厚度測(cè)量：激光傳感器測(cè)量金屬薄片（薄板）的厚度,。厚度的變化檢出可以幫助發(fā)現(xiàn)皺紋，小洞或者重疊,，以避免機(jī)器發(fā)生故障,。
3.氣缸筒的測(cè)量，同時(shí)測(cè)量：角度,，長(zhǎng)度,，內(nèi),、外直徑偏心度，圓錐度,，同心度以及表面輪廓,。
4.長(zhǎng)度的測(cè)量：將測(cè)量的組件放在位置的輸送帶上，激光傳感器檢測(cè)到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,，后得到組件的長(zhǎng)度,。
5.均勻度的檢查：在要測(cè)量的工件運(yùn)動(dòng)的傾斜方向一行放幾個(gè)激光傳感器，直接通過一個(gè)傳感器進(jìn)行度量值的輸出,，另外也可以用一個(gè)軟件計(jì)算出度量值,，并根據(jù)信號(hào)或數(shù)據(jù)讀出結(jié)果。
6.電子元件的檢查：用兩個(gè)激光掃描儀,，將被測(cè)元件擺放在兩者之間,，后通過傳感器讀出數(shù)據(jù)，從而檢測(cè)出該元件尺寸的精確度及完整性,。
7.生產(chǎn)線上灌裝級(jí)別的檢查：激光傳感器集成到灌裝產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中,，當(dāng)灌裝產(chǎn)品經(jīng)過傳感器時(shí)，就可以檢測(cè)到是否填充滿,。傳感器用激光束反射表面的擴(kuò)展程序就能精確的識(shí)別灌裝產(chǎn)品填充是否合格以及產(chǎn)品的數(shù)量,。
8.傳感器測(cè)量物體的直線度：首先你需要2-3個(gè)激光位移傳感器來進(jìn)行組合式的測(cè)量，如圖所示,。然后將3個(gè)激光位移傳感器安裝在于產(chǎn)線平行的一條直線上,，并根據(jù)你所需要的測(cè)量精度來確定三個(gè)激光位移傳感器之間的間距。后,，你需要讓這一個(gè)物體以平行于激光位移傳感器安裝線上的方向前進(jìn)。當(dāng)產(chǎn)線與傳感器的安裝線是平行的情況下,，三個(gè)傳感器測(cè)出來的距離差別越大則此物體的直線度越差,，三個(gè)傳感器測(cè)出來的距離差別越小，說明此物體的直線度越好,，你可以根據(jù)你所要測(cè)量物體的長(zhǎng)度,，以及三個(gè)傳感器安裝間的間距等數(shù)據(jù)來確立一個(gè)直線度的百分比，從而得到量化的信號(hào)輸出,，已達(dá)到檢測(cè)物體直線度的目的,。
移傳感器分類
電渦流位移傳感器
分辨率：電渦流傳感器的分辨率也可達(dá)到0.1um，與激光位移傳感器基本相當(dāng)
線性度：電渦流傳感器的線性度一般較低,，為量程的1%左右,，激光位移傳感器則一般為0.1%
測(cè)量條件：電渦流傳感器要求被測(cè)體為導(dǎo)體而且非導(dǎo)磁，即不導(dǎo)磁的導(dǎo)體,，例如鋁,、銅等,，鐵則不行;激光位移傳感器則對(duì)無論被測(cè)體是否導(dǎo)磁、是否導(dǎo)電都能測(cè),。
電容位移傳感器
電容式位移傳感器精度非常高,，遠(yuǎn)高于激光位移傳感器，但是電容位移傳感器的量程很小一般小于1mm,，激光位移傳感器的量程大可做到2m,。
光纖位移傳感器
光纖位移傳感器的測(cè)量原理為通過測(cè)量物體因位移導(dǎo)致其表面反射回來的光通量和光強(qiáng)度的變化來測(cè)量物體的位移情況，其探頭由發(fā)射光纖和接收光纖兩部分組成,。對(duì)于尺寸很小的物體的位移和振動(dòng)情況,，常規(guī)的非接觸式位移傳感器收到反射面積的限制導(dǎo)致測(cè)量效果不是很理想，而光纖位移傳感器則可以做成很小的探頭（小0.2mm直徑）,，此外還可以做成直線發(fā)射和接收的形式,，通過測(cè)量物體在位移過程中對(duì)光纖的遮擋程度來計(jì)算位移的數(shù)值，精度可達(dá)0.01um,，量程大4mm,。