激光测量原理是一种非接触式测量原理。这种类型的传感器特别适合测量快速的位移变化,且无需在被测物体上施加外力。而非接触测量对于被测表面不允许接触的情况,或者需要传感器有超长寿命的应用领用意义重大。

激光三角反射式测量原理基于简单的几何关系。激光二极管发出的激光束被照射到被测物体表面。反射回来的光线通过一组透镜,投射到感光元件矩阵上,感光元件可以是CCD/CMOS或者是PSD元件。反射光线的强度取决于被测物体的表面特性。为此,模拟元件PSD的敏感度需要进行调节。而对数字元件CCD传感器,使用德国米铱公司提供的实时表面补光技术(RTSC,RealTimeSurfaceCompensation)可以瞬时改变接收光强。

传感器探头到被测物体的距离可以由三角计算法则精确得到。采用这种方法能够得到微米级的分辨率。根据不同型号,测量得到的数据会由外置或内置控制器通过多种接口进行评估。

点激光传感器投射到被测物体上形成一个可见光斑,通过这个光斑可以非常简便的安装调试探头,因此点激光传感器被应用到非常多的领域,成为精密距离测量的热门选择。根据不同设计,光学测量原理最大允许测量距离达到1m。根据测量任务的需要,可以选择非常小的量程,但是具有极高测量精度。或者选择大量程,但是测量精度会有所下降。目前市面上有很多传感器型号可以快速补偿反射光的光强,但只有德国米铱公司的激光传感器成功实现了实时光强补偿。

激光位移传感器

那么如何选择合适的激光位移传感器呢?我们建议大家注意一下三点:

1)注意被测物结构和材料,通常激光位移传感器测量需要完整的三角光路。被测物如果有深槽或复杂表面,可能会导致三角光路被遮挡,从而无法测量。还有一些吸光材料,如黑色橡胶等材料,大部分光强会被吸收,这时需要合理调节曝光时间以获得足够测量信号。另外反光很强,或镜面反射被测物,可能会导致光线垂直返回而没有形成漫反射,也会导致测量效果不佳。所以使用激光位移传感器时,一定要先与厂家充分沟通,不要想当然人为可以测,结果却不好。目前国际上的主流激光位移传感器品牌,如德国米铱和日本基恩士,都会要求客户在选用激光位移传感器时,预先告知被测物表面结构和反光特性。如果是特殊被测材料,如玻璃,橡胶和表面有暗纹的情况,可能就需要用户提供样片进行试测,确保达到测量要求后才会订货。

2)参数选择,很多厂家都提供多个级别的激光位移传感器供客户选择。常用于选择激光位移传感器的指标包括传感器的精度,该参数也有其他称呼,如线性度、绝对误差等。指的是传感器的测量值偏离理论真实值的偏差程度。这个参数直接反应测得准不准。第二个就是分辨率,这个参数指传感器做出示数变化所需要的最小位移变化量,通常分辨率参数值要小于精度。第三个是测量速度,以德国米铱optoNCDT为例,其测量速度可以达到49kHz,测量速度直接决定测量是否可以跟得上被测物的变化速度,能否完整反应位移变化的全过程。对测量速度要求高的场合常见于振动测量。当然除此以外,还有很多参数可以决定传感器的性能,包括能够承受环境温度指标,能够承受的振动和冲击指标等等。为什么要选择合适的指标呢?因为越高的技术参数一定意味着制造工艺的复杂和难度提升,也必然价格昂贵。所以各位制定测量要求时,一定不要凭空想象,提一个超高的测量要求。我见过有的传感器使用单位,动辄要几个微米,甚至纳米级别的测量精度,测量速度还超高,问其真的有必要提这么高的要求吗?回答却往往是不必要,或者要求高余量大。但是大家要记住,没有无代价的指标提升,每一个高指标背后都是真金白银的付出。另外选择激光位移传感器时,要特别注意一点,各家厂商对参数的标注标准是不一样的。如德国品牌,通常标注的是真实参数,甚至是保守参数。而日系品牌,在标注时,会以平均后的结果为准。看参数表时,要仔细看看下面的小字,日系品牌超高的参数往往源自多次平均后的结果。光学测量会产生一些毛刺,通过平均的方法可以大大平滑测量结果。

3)品牌的选择,在诸多测量原理的位移传感器中,激光位移传感器市场最为混乱,品牌最为参差不齐。甚至有商家明明只是代理国外某个品牌,却声称自己是原厂生产,等出了问题以后,由于前期技术方案已经定型,就只能硬着头皮采用,而这样又往往会带来后续更大的问题。辨别一个品牌是否为原厂产品,除了常见的原厂证明外(这个也可以假冒),最直接就是看其中文网址,国外品牌通常会把自己品牌名称作为网址,如果你看到某个牌子的网址是中文加英文的混合体,就不太可能是正规厂家了。另外正规进口品牌的中文网址,一定可以在其国外母公司网页中找到,找不到的一定不是子公司。品牌的选择特别关键,因为理论上讲,激光位移传感器结构并不复杂,国内的小厂也能做出来,但是精度和重复性与大牌子比较起来,就有天壤之别了。除此以外,使用寿命,温度漂移等,也会大大影响客户的使用效果。我见过有的使用厂家,为了几百块差价,从进口品牌换成国内品牌,结果过去3年都不会坏一个的传感器,一年内坏了4次,算下来更贵不算,还大大影响了使用环节,生产线停一次,可不是几百块的成本节省可以补偿的。

以上是我凭借个人经验,总结出的一些选择激光位移传感器的办法,希望对大家在众多品牌中能够选择出合适的产品,既省钱又能达到测量要求。