雷射位移感測器

雷射位移感測器是利用雷射技術進行測量的感測器。它由雷射器、雷射檢測器和測量電路組成。雷射感測器是新型測量儀表。能夠精確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。雷射有直線度好的優良特性，同樣雷射位移感測器相對於我們已知的超音波感測器有更高的精度。但是，雷射的產生裝置相對比較複雜且體積較大，因此會對雷射位移感測器的套用範圍要求較苛刻。

基本介紹

• 中文名：雷射位移感測器
• 外文名：Laser displacement sensor
• 檢測距離：40~60mm（量程20mm）
• 解析度：7um
• 線性度：<1%

基本原理

雷射位移感測器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要套用於檢測物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。

按照測量原理,雷射位移感測器原理分為雷射三角測量法和雷射回波分析法,雷射三角測量法一般適用於高精度、短距離的測量，而雷射回波分析法則用於遠距離測量，下面分別介紹雷射位移感測器原理的兩種測量方式。

三角測量法

雷射發射器通過鏡頭將可見紅色雷射射向被測物體表面，經物體表面散射的雷射通過接收器鏡頭，被內部的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雷射和相機之間的距離，數位訊號處理器就能計算出感測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字電路處理，並通過微處理器分析，計算出相應的輸出值，並在用戶設定的模擬量視窗內，按比例輸出標準數據信號。如果使用開關量輸出，則在設定的視窗內導通，視窗之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設定檢測視窗。

採取三角測量法的雷射位移感測器最高線性度可達1um，解析度更是可達到0.1um的水平。比如ZLDS100類型的感測器，它可以達到0.01%高解析度，0.1%高線性度，9.4KHz高回響，適應惡劣環境。

回波分析法

雷射位移感測器採用回波分析原理來測量距離以達到一定程度的精度。感測器內部是由處理器單元、回波處理單元、雷射發射器、雷射接收器等部分組成。雷射位移感測器通過雷射發射器每秒發射一百萬個雷射脈衝到檢測物並返回至接收器，處理器計算雷射脈衝遇到檢測物並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果進行的平均輸出。即所謂的脈衝時間法測量的。雷射回波分析法適合於長距離檢測，但測量精度相對於雷射三角測量法要低，最遠檢測距離可達250m。

測量套用

雷射位移感測器常用於長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用於探傷和大氣污染物的監測等.

1.尺寸測定：微小零件的位置識別;傳送帶上有無零件的監測;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.金屬薄片和薄板的厚度測量：雷射感測器測量金屬薄片(薄板)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，內、外直徑偏心度，圓錐度，同心度以及表面輪廓。

4.長度的測量：將測量的組件放在指定位置的輸送帶上，雷射感測器檢測到該組件並與觸發的雷射掃瞄器同時進行測量，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雷射感測器，直接通過一個感測器進行度量值的輸出，另外也可以用一個軟體計算出度量值，並根據信號或數據讀出結果。

6.電子元件的檢查：用兩個雷射掃瞄器，將被測元件擺放在兩者之間，最後通過感測器讀出數據，從而檢測出該元件尺寸的精確度及完整性。

7.生產線上灌裝級別的檢查：雷射感測器集成到灌裝產品的生產製造中，當灌裝產品經過感測器時，就可以檢測到是否填充滿。感測器用雷射束反射表面的擴展程式就能精確的識別灌裝產品填充是否合格以及產品的數量。

8.感測器測量物體的直線度：首先你需要2-3個雷射位移感測器來進行組合式的測量，如圖所示。然後將3個雷射位移感測器安裝在於產線平行的一條直線上，並根據你所需要的測量精度來確定三個雷射位移感測器之間的間距。最後，你需要讓這一個物體以平行於雷射位移感測器安裝線上的方向前進。當產線與感測器的安裝線是平行的情況下，三個感測器測出來的距離差別越大則此物體的直線度越差，三個感測器測出來的距離差別越小，說明此物體的直線度越好，你可以根據你所要測量物體的長度，以及三個感測器安裝間的間距等數據來確立一個直線度的百分比，從而得到量化的信號輸出，已達到檢測物體直線度的目的。

性能參數

雷射位移感測器FT50 RLA-20系列為例：

■
■
■
■ 工作電源：18~30V DC
■ 光 源：雷射 紅色 670nm
■ 開關頻率：40Hz
■ 連線方式：接外掛程式 M12 4針
■ 模擬量輸出：0~10v
■ 回響時間：0.6ms
■ 光斑尺寸：<0.8mm
■ 防護等級：IP67
■ 外形尺寸：50×50×17mm
■ 工作溫度：0~+ 50 °C

OPTIMESS® 2D二維雷射位移感測器

技術參數	035	120	300	計量單位
基本參數
量程	35	120	300	mm
安裝距離	80	150	400	mm
測量區域
起始位置線寬	21.6	59.8	114.8	mm
中間位置線寬	23	72	150	mm
終點位置線寬	24.4	84.2	185.2	mm
精度.解析度
縱向解析度	0.007	0.025	0.067	mm
精度	0.014	0.051	0.133	mm
橫向解析度	0.022	0.071	0.146	mm
測量頻率
測量區域最大像素1280*1024	27.500	27.5	27.500	Hz
500*500像素	Ca.120	Ca.120	Ca.120	Hz
100*100像素	Ca.3000	Ca.3000	Ca.3000	Hz

其他

電渦流位移感測器

解析度：電渦流感測器的解析度最高也可達到0.1um，與雷射位移感測器基本相當

線性度：電渦流感測器的線性度一般較低，為量程的1%左右，高端雷射位移感測器則一般為0.1%

測量條件：電渦流感測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；雷射位移感測器則對無論被測體是否導磁、是否導電都能測。

電容位移感測器

電容式位移感測器精度非常高，遠高於雷射位移感測器，但是電容位移感測器的量程很小一般小於1mm，雷射位移感測器的量程最大可做到2m。

光纖位移感測器

光纖位移感測器的測量原理為通過測量物體因位移導致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。對於尺寸很小的物體的位移和振動情況，常規的非接觸式位移感測器收到反射面積的限制導致測量效果不是很理想，而光纖位移感測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。