一、
激光距離
傳感器的發(fā)展
29GcNiE`T 激光在檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛,技術(shù)含量十分豐富,對社會生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)。1965年前蘇聯(lián)利用激光測地球和月球之間距離(384401km)誤差只有250m。1969年美國人登月后置反射鏡于月面,也用激光測量地月之距,誤差只有15cm。
GK-__Y. 利用激光傳輸時間來測量距離的基本原理是通過測量激光往返目標(biāo)所需時間來確定目標(biāo)距離。即:
Uv"O'Z 激光測距雖然原理簡單、結(jié)構(gòu)簡單,但以前主要用于軍事和科學(xué)研究方面,在工業(yè)自動化方面卻很少見。因?yàn)榧す鉁y距傳感器售價太高,一般在幾千美元。實(shí)際上,所有工業(yè)用戶都在尋找一種能在較遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)精密距離檢測的傳感器。因?yàn)樵S多情況下近距離安裝傳感器會受
物理位置及生產(chǎn)環(huán)境的限制,如今的激光測距傳感器將為這類場合的工程師排憂解難。
VN!+r7w' :OvTZ ?\ 二、工作原理
z'd*z[L~ 激光傳感器工作時,先由激光
二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器,被
光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器,因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間,即可測定目標(biāo)距離。激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間,因?yàn)楣馑偬臁?span style="display:none"> -Rz%<`
例如,光速約為3108m/s,要想使分辨率達(dá)到1mm,則測距傳感器的
電子電路必須能分辨出以下極短的時間:
NA9N#; 0.001m(3108m/s)=3ps
zQhc
V 要分辨出3ps的時間,這是對電子技術(shù)提出的過高要求,實(shí)現(xiàn)起來造價太高。但是如今廉價的激光傳感器巧妙地避開了這一障礙,利用一種簡單的統(tǒng)計學(xué)原理,即平均法則實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率,并且能保證響應(yīng)速度。
h|S6LgB '}eA2Q>BV 三、解決其它技術(shù)無法解決的問題
.B|a.-oA4 激光距離傳感器可用于其它技術(shù)無法應(yīng)用的場合。例如,當(dāng)目標(biāo)很近時,計算來自目標(biāo)反射光的普通光電傳感器也能完成大量的精密位置檢測任務(wù)。但是,當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)內(nèi)或目標(biāo)顏色變化時,普通光電傳感器就難以應(yīng)付了。
1#2B1& 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標(biāo)顏色變化的情況下能較好地工作,但是,在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r,其性能的可預(yù)測性變差。此外,三角測量傳感器一般量程只限于0.5m以內(nèi)。
ra*(.<& 超聲波傳感器雖然也經(jīng)常用于檢測距離較遠(yuǎn)的物體,而且由于它不是光學(xué)裝置,所以不受顏色變化的影響。但是,超聲波傳感器是依據(jù)聲速測量距離的,因此存在一些固有的缺點(diǎn),不能用于以下場合。
G'qGsKf\ ①待測目標(biāo)與傳感器的換能器不相垂直的場合。因?yàn)槌暡z測的目標(biāo)必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以內(nèi)。
8F*"z^vD= 、谛枰
光束直徑很小的場合。因?yàn)橐话愠暡ㄊ陔x開傳感器2m遠(yuǎn)時直徑為0.76cm。
s@c.nT%BYL 、坌枰梢姽獍哌M(jìn)行位置校準(zhǔn)的場合。
&!pG1Fp9 、芏囡L(fēng)的場合。
xIh,UW# 、菡婵請龊稀
jWL;ElM' 、逌囟忍荻容^大的場合。因?yàn)檫@種情況下會造成聲速的變化。
eED@Z/~6 ⑦需要快速響應(yīng)的場合。
3"XS#~l% 而激光距離傳感器能解決上述所有場合的檢測。
Sx^4Y\\ 540,A,>:tb 四、在自動化領(lǐng)域的廣泛用途
oykqCN 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,又增加了一個能解決長距離測量和檢驗(yàn)的新方法—激光距離傳感器。它為各種不同場合提供了應(yīng)用的靈活性,這些場合可包括如下:
o/Cu^[an ①設(shè)備定位。
n-Qpg ②測量料包的料位。
D+:}