激光測距傳感器的原理及應用_模組_西城微科

　　一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展

　　激光在檢測領域中的應用十分廣泛，技術含量十分豐富，對(duì)社會(huì)生産和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的應用之一。這(zhè)是由于激光具有方向(xiàng)性強、亮度高、單色性好(hǎo)等許多優點。1965年前蘇聯利用激光測地球和月球之間距離（380´103km）誤差隻有250m。1969年美國(guó)人登月後(hòu)置反射鏡于月面(miàn)，也用激光測量地月之距，誤差隻有15cm.利用激光傳輸時(shí)間來測量距離的基本原理是通過(guò)測量激光往返目标所需時(shí)間來确定目标距離。即：。傳輸時(shí)間激光測距雖然原理簡單、結構簡單，但以前主要用于軍事(shì)和科學(xué)研究方面(miàn)，在工業自動化方面(miàn)卻很少見。因爲激光測距傳感器售價太高，一般在幾千美元。實際上，所有工業用戶都(dōu)在尋找一種(zhǒng)能(néng)在較遠距離實現精密距離檢測的傳感器。因爲許多情況下近距離安裝傳感器會(huì)受物理位置及生産環境的限制，如今的傳輸時(shí)間激光測距傳感器將(jiāng)爲這(zhè)類場合的工程師排憂解難。

　　二、工作原理

　　傳輸時(shí)間激光傳感器工作時(shí)，先由激光二極管對(duì)準目标發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目标反射後(hòu)激光向(xiàng)各方向(xiàng)散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被(bèi)光學(xué)系統接收後(hòu)成(chéng)像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種(zhǒng)内部具有放大功能(néng)的光學(xué)傳感器，因此它能(néng)檢測極其微弱的光信号。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被(bèi)接收所經(jīng)曆的時(shí)間，即可測定目标距離。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精确地測定傳輸時(shí)間，因爲光速太快。例如，光速約爲3´108m/s，要想使分辨率達到1mm，則傳輸時(shí)間測距傳感器的電子電路必須能(néng)分辨出以下極短的時(shí)間：0.001m¸（3´108m/s）=3ps要分辨出3ps的時(shí)間，這(zhè)是對(duì)電子技術提出的過(guò)高要求，實現起(qǐ)來造價太高。但是如今廉價的傳輸時(shí)間激光傳感器巧妙地避開(kāi)了這(zhè)一障礙，利用一種(zhǒng)簡單的統計學(xué)原理，即平均法則實現了1mm的分辨率，并且能(néng)保證響應速度。

　　三、解決其它技術無法解決的問題

　　傳輸時(shí)間激光距離傳感器可用于其它技術無法應用的場合。例如，當目标很近時(shí)，計算來自目标反射光的普通光電傳感器也能(néng)完成(chéng)大量的精密位置檢測任務。但是，當目标距離較遠内或目标顔色變化時(shí)，普通光電傳感器就(jiù)難以應付了。雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測量傳感器在目标顔色變化的情況下能(néng)較好(hǎo)地工作，但是，在目标角度不固定或目标太亮時(shí)，其性能(néng)的可預測性變差。此外，三角測量傳感器一般量程隻限于0.5m以内。超聲波傳感器雖然也經(jīng)常用于檢測距離較遠的物體，而且由于它不是光學(xué)裝置，所以不受顔色變化的影響。但是，超聲波傳感器是依據聲速測量距離的，因此存在一些固有的缺點，不能(néng)用于以下場合。①待測目标與傳感器的換能(néng)器不相垂直的場合。因爲超聲波檢測的目标必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以内。②需要光束直徑很小的場合。因爲一般超聲波束在離開(kāi)傳感器2m遠時(shí)直徑爲0.76cm。③需要可見光斑進(jìn)行位置校準的場合。④多風的場合。⑤真空場合。⑥溫度梯度較大的場合。因爲這(zhè)種(zhǒng)情況下會(huì)造成(chéng)聲速的變化。⑦需要快速響應的場合。而激光距離傳感器能(néng)解決上述所有場合的檢測。

　　四、在自動化領域的廣泛用途

　　如今，自動檢測和控制的方法中，除了超聲波傳感器和普通光電傳感器外，又增加了一個能(néng)解決長(cháng)距離測量和檢驗的新方法—傳輸時(shí)間激光距離傳感器。它爲各種(zhǒng)不同場合提供了應用的靈活性，這(zhè)些場合可包括如下：①設備定位。②測量料包的料位。③測量傳送帶上的物體距離和物體高度。④測量原木直徑。⑤保護高架起(qǐ)重機免于碰撞。⑥無誤差檢查場合。

　　五、幾個應用實例

　　1、測量傳送帶上箱子的寬度使用兩(liǎng)個發(fā)散型傳輸時(shí)間激光傳感器，在傳送帶的兩(liǎng)側面(miàn)對(duì)面(miàn)安裝。因爲尺寸變化的箱子落到傳送帶上的位置是不固定的，這(zhè)樣(yàng)，每個傳感器都(dōu)測量出自己與箱子的距離，設一個距離爲L1，另一個爲L2。此信息送給PLC，PLC將(jiāng)兩(liǎng)個傳感器間總的距離減去L1和L2，從而可計算出箱子的寬度W。2、保護液壓成(chéng)型沖模機械手把一根預成(chéng)型的管材放進(jìn)液壓成(chéng)型機的下部沖模中，操作者必須保證每次放的位置準确。在上部沖模落下之前，一個發(fā)散型傳感器測量出距離管子臨界段的距離，這(zhè)樣(yàng)可保證沖模閉合前處于正确位置。3、二軸起(qǐ)重機定位用兩(liǎng)個反射型傳感器面(miàn)對(duì)反射器安裝，反射器安裝在橋式起(qǐ)重機的兩(liǎng)個移動單元上。一個單元前後(hòu)運動，另一個左右運動。當起(qǐ)重機驅動闆架輥時(shí)，兩(liǎng)個傳感器監測各自到反射器的距離，通過(guò)PLC能(néng)連續跟蹤起(qǐ)重機的精确位置。有了這(zhè)種(zhǒng)新式廉價傳輸時(shí)間激光測距傳感器，反射性或多顔色的目标長(cháng)距離位置檢測即使在檢測角度變化的情況下也沒(méi)問題了。