激光位移傳感器測量原理及其應(yīng)用范圍詳解

前言

激光位移傳感器能夠利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量。激光位移傳感器（磁致伸縮位移傳感器）就是利用激光的這些優(yōu)點制成的新型測量儀表，它的出現(xiàn)，使位移測量的精度、可靠性得到極大的提高，也為非接觸位移測量提供了有效的測量方法。

激光位移傳感器因其較高的測量精度和非接觸測量特性，廣泛應(yīng)用于高校和研究機構(gòu)、汽車工業(yè)、機械制造工業(yè)、航空與軍事工業(yè)、冶金和材料工業(yè)的精密測量檢測。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的兩種測量原理。

激光位移傳感器的測量原理

激光三角法測量原理

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CCD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。

激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接受器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接受，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)這個角度即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傳感器和被測物之間的距離。

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)量輸出可設(shè)置獨立檢測窗口。

激光回波分析法測量原理

激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離可以達(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、激光接受器等部分組成。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接收器所需時間，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。

激光位移傳感器的應(yīng)用

激光傳感器（直線位移傳感器）是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，利用了激光具有高方向性、高單色性和高亮度的特點，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。

激光傳感器常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等。

尺寸測定：微小零件的位置識別;傳送帶上有無零件的監(jiān)測;材料重疊和覆蓋的探測;機械手位置(工具中心位置)的控制;器件狀態(tài)檢測;器件位置的探測(通過小孔);液位的監(jiān)測;厚度的測量;振動分析;碰撞試驗測量;汽車相關(guān)試驗等。

金屬薄片和薄板的厚度測量：激光傳感器測量金屬薄片(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，以避免機器發(fā)生故障。

氣缸筒的測量，同時測量：角度，長度，內(nèi)、外直徑偏心度，圓錐度，同心度以及表面輪廓。

長度的測量：將測量的組件放在指定位置的輸送帶上，激光傳感器檢測到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時進(jìn)行測量，最后得到組件的長度。

均勻度的檢查：在要測量的工件運動的傾斜方向一行放幾個激光傳感器，直接通過一個傳感器進(jìn)行度量值的輸出，另外也可以用一個軟件計算出度量值，并根據(jù)信號或數(shù)據(jù)讀出結(jié)果。

電子元件的檢查：用兩個激光掃描儀，如下圖一樣面對面的擺放，將被測元件擺放在兩者之間，最后通過傳感器讀出數(shù)據(jù)，從而檢測出該元件尺寸的精確度及完整性。

生產(chǎn)線上灌裝級別的檢查：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，就可以檢測到是否填充滿。傳感器用激光束反射表面的擴展程序就能精確的識別灌裝產(chǎn)品填充是否合格以及產(chǎn)品的數(shù)量。

結(jié)語

激光位移傳感器是目前精準(zhǔn)度最高的位移傳感器，但是由于它的體積較大、安裝復(fù)雜，這些都極大的限制了激光位移傳感器的應(yīng)用范圍。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信激光位移傳感器的應(yīng)用范圍將更加廣闊。