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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(xiàn)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(guò)模擬和電子數(shù)字的處理，在經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)鏡頭將可見(jiàn)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(guò)接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線(xiàn)性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線(xiàn)性相機(jī)可以在不同的角度下“看見(jiàn)”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(guò)模擬和數(shù)字電路處理，并通過(guò)微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶(hù)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(kāi)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(kāi)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(xiàn)性度可達(dá)1um，分辨率更是可達(dá)到0.1um的水平。比如ZLDS100類(lèi)型的傳感器，它可以達(dá)到0.01%高分辨率，0.1%高線(xiàn)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(lái)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(guò)激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬(wàn)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(wú)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(guò)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(chē)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(guò)傳感器時(shí)，就可以檢測(cè)到是否填充滿(mǎn)。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(xiàn)度：首先你需要2-3個(gè)激光位移傳感器來(lái)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(xiàn)平行的一條直線(xiàn)上，并根據(jù)你所需要的測(cè)量精度來(lái)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(xiàn)上的方向前進(jìn)。當(dāng)產(chǎn)線(xiàn)與傳感器的安裝線(xiàn)是平行的情況下，三個(gè)傳感器測(cè)出來(lái)的距離差別越大則此物體的直線(xiàn)度越差，三個(gè)傳感器測(cè)出來(lái)的距離差別越小，說(shuō)明此物體的直線(xiàn)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(lái)確立一個(gè)直線(xiàn)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(xiàn)度的目的。
移傳感器分類(lèi)
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(xiàn)性度：電渦流傳感器的線(xiàn)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(wú)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(guò)測(cè)量物體因位移導(dǎo)致其表面反射回來(lái)的光通量和光強(qiáng)度的變化來(lái)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(xiàn)發(fā)射和接收的形式，通過(guò)測(cè)量物體在位移過(guò)程中對(duì)光纖的遮擋程度來(lái)計(jì)算位移的數(shù)值，精度可達(dá)0.01um，量程大4mm。