激光位移傳感器

激光位移傳感器

利用激光技術進行測量的傳感器
激光位移傳感器是利用激光技術進行測量的傳感器。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。能夠精确非接觸測量被測物體的位置、位移等變化。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,激光的産生裝置相對比較複雜且體積較大,因此會對激光位移傳感器的應用範圍要求較苛刻。[1]
    中文名:激光位移傳感器 外文名: 所屬品牌: 産品類型: 檢測距離:40~60mm(量程20mm) 分辨率:7um 線性度:<1%

基本原理

激光位移傳感器可精确非接觸測量被測物體的位置、位移等變化,主要應用于檢測物的位移、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适用于高精度、短距離的測量,而激光回波分析法則用于遠距離測量,下面分别介紹激光位移傳感器原理的兩種測量方式。

測量分類

三角測量法

激光發射器通過鏡頭将可見紅色激光射向被測物體表面,經物體反射的激光通過接收器鏡頭,被内部的CCD線性相機接收,根據不同的距離,CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離,數字信号處理器就能計算出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拟和數字電路處理,并通過微處理器分析,計算出相應的輸出值,并在用戶設定的模拟量窗口内,按比例輸出标準數據信号。如果使用開關量輸出,則在設定的窗口内導通,窗口之外截止。另外,模拟量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。

采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達1um,分辨率更是可達到0.1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器,它可以達到0.01%高分辨率,0.1%高線性度,9.4KHz高響應,适應惡劣環境。

回波分析法

激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達到一定程度的精度。傳感器内部是由處理器單元、回波處理單元、激光發射器、激光接收器等部分組成。

激光位移傳感器通過激光發射器每秒發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,該輸出值是将上千次的測量結果進行的平均輸出。即所謂的脈沖時間法測量的。激光回波分析法适合于長距離檢測,但測量精度相對于激光三角測量法要低,最遠檢測距離可達250m。

測量應用

激光位移傳感器常用于長度、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測等。

1、尺寸測定:微小零件的位置識别;傳送帶上有無零件的監測;材料重疊和複蓋的探測;機械手位置(工具中心位置)的控制;器件狀态檢測;器件位置的探測(通過小孔);液位的監測;厚度的測量;振動分析;碰撞試驗測量;汽車相關試驗等。

2、金屬薄片和薄闆的厚度測量:激光傳感器測量金屬薄片(薄闆)的厚度。厚度的變化檢出可以幫助發現皺紋,小洞或者重疊,以避免機器發生故障。

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

4、長度的測量:将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的激光掃描儀同時進行測量,最後得到組件的長度。

5、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,并根據信号或數據讀出結果。

6、電子元件的檢查:用兩個激光掃描儀,将被測元件擺放在兩者之間,最後通過傳感器讀出數據,從而檢測出該元件尺寸的精确度及完整性。

7、生産線上灌裝級别的檢查:激光傳感器集成到灌裝産品的生産制造中,當灌裝産品經過傳感器時,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确的識别灌裝産品填充是否合格以及産品的數量。

8、傳感器測量物體的直線度:首先你需要2-3個激光位移傳感器來進行組合式的測量,如圖所示。然後将3個激光位移傳感器安裝在于産線平行的一條直線上,并根據你所需要的測量精度來确定三個激光位移傳感器之間的間距。最後,你需要讓這一個物體以平行于激光位移傳感器安裝線上的方向前進。

當産線與傳感器的安裝線是平行的情況下,三個傳感器測出來的距離差别越大則此物體的直線度越差,三個傳感器測出來的距離差别越小,說明此物體的直線度越好,你可以根據你所要測量物體的長度,以及三個傳感器安裝間的間距等數據來确立一個直線度的百分比,從而得到量化的信号輸出,已達到檢測物體直線度的目的。

優缺點

激光有直線度好的優良特性,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,激光的産生裝置相對比較複雜且體積較大,因此會對激光位移傳感器的應用範圍要求較苛刻。

其他

電渦流位移傳感器

分辨率:電渦流傳感器的分辨率最高也可達到0.1um,與激光位移傳感器基本相當

線性度:電渦流傳感器的線性度一般較低,為量程的1%左右,高端激光位移傳感器則一般為0.1%

測量條件:電渦流傳感器要求被測體為導體而且非導磁,即不導磁的導體,例如鋁、銅等。鐵則不行。激光位移傳感器則對無論被測體是否導磁、是否導電都能測。

電容位移傳感器

電容式位移傳感器精度非常高,遠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最大可做到2m。

光纖位移傳感器

光纖位移傳感器的測量原理為通過測量物體因位移導緻其表面反射回來的光通量和光強度的變化來測量物體的位移情況,其探頭由發射光纖和接收光纖兩部分組成。

對于尺寸很小的物體的位移和振動情況,常規的非接觸式位移傳感器收到反射面積的限制導緻測量效果不是很理想,而光纖位移傳感器則可以做成很小的探頭(最小0.2mm直徑),此外還可以做成直線發射和接收的形式,通過測量物體在位移過程中對光纖的遮擋程度來計算位移的數值,精度可達0.01um,量程最大4mm。

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