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激光位移传感器
材料来源:光电资讯           录入时间:2019/3/14 21:57:09

激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表。能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化。可以测量位移、厚度、振动、距离、直径等精密的几何测量。激光有直线度好的优良特性,同样激光位移传感器相对于我们已知的超声波传感器有更高的精度。但是,激光的产生装置相对比较复杂且体积较大,因此会对激光位移传感器的应用范围要求较苛刻。

按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量,而激光回波分析法则用于远距离测量。

激光三角法是一种由角度计算得到单点或多维的距离测量。通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体反射的激光通过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据不同的距离,CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离,数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。

回波分析法则是通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器,处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间,以此计算出距离值,该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出,即所谓的脉冲时间法测量的,最远检测距离可达250m。

而在精确的振动测量方面,常用的激光多普勒振动仪(LDV)的工作原理是在光学干涉的基础上,通过两束相干光束I1和I2的叠加来进行测量。叠加后的光强不是简单的两束光强之和,而且包括一个相干调制项。调制项与两束光之间的路径长度有关。

尽管激光三角法测量位移相对简单可靠,但其缺点是测量精度随着测量距离和范围的增大而降低,因此测量范围受到限制。此外,还需要一定的开放空间来满足三角法的测量需求,故无法实现在深沟或深孔中的应用。 而激光回波分析法则适合于长距离检测,但测量精度相对于激光三角测量法要低。在振动测量应用方面,前面这两种位移/距离测量技术的检测能力(频率范围/振动量范围/精度)比较有限。而LDV虽可进行非常精确的振动测量及瞬时位移测量,但是欠缺测量绝对位移或距离的能力,且成本也相当高。

据数据显示,国内通用激光位移传感器市场规模已达120亿,且每年保持20%的增速,但99.87%的国内市场被国外厂商占据,以欧美日等发达国家企业居多,如美国通用电气、邦纳、德国西克、日本基恩士等等。这些企业不断通过技术创新和产品升级以保持市场地位。我国工业自动化系统集成商虽然对该器件的认知率超过95%以上,但由于价格昂贵、适配困难等原因,实际使用率不足10%。

与国外先进企业相比,我国传感器技术在科研开发上要落后10年,在生产技术上要落后15年。但近年来我国陆续制定有利于传感器产业发展的政策,并建立了多个传感技术、机器人国家重点实验室,同时也有千余家企业选择从事传感器的生产和研发,国内传感器产业化进程随之加快。目前国内从事激光传感器的企业多以中小企业为主,主要集中在长三角地区,大型企业数量较少。代表性企业既有一定规模的余姚舜宇光学、北京创想智控、武汉承拓电子等,也有如苏州挚感光子等采用先进集成光学技术的新创企业。




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