激光传感器的原理及应用

中国微米纳米技术学会

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将这些测距仪应用于物料处理和工业测量应用中时，对距离激光传感器有更好的了解会有所帮助。激光传感器有几种配置，其中一些检测存在，而其他则测量距离。接近式激光传感器（也称为激光光电传感器）通常用于检测零件的存在，但这并不是本讨论的重点。形象地和字面意义上的焦点是激光距离传感器，顾名思义，它可以测量距离。

这些激光距离传感器使用聚焦的相干光来测量到目标物体的距离。在工厂自动化应用中，目标通常是产品或机器元素。它们可以检测任何固体物体，并产生与测得的距离成比例的输出，而与材料，颜色和亮度无关。激光距离传感器提供的高分辨率输出通常用于为某些类型的工业控制器（例如PLC）的输入提供位置或位移。输出信号通常是高精度的，并且包括温度补偿以增强稳定性。

激光距离传感器有几种类型，包括漫射，背景抑制和回射。这些传感器使用CMOS或渡越时间技术，可提供精确的距离测量。激光必须聚焦，并且必须在很长的距离和狭窄的光谱范围内（光的颜色）保持狭窄。然后可以对发射的光进行三角测量或脉冲化，并测量每个脉冲返回以创建距离读数。

CMOS技术通常用于短距离，高精度激光传感器中。基本原理是使用CMOS线性成像仪进行光学三角测量。漫射三角测量激光距离传感器将激光传输通过透镜并到达目标，该目标会将光反射回传感器。镜头将反射的光聚焦到CMOS线性成像器上的一个小点上。到目标物体的距离改变了反射光的角度以及在线性成像器上接收光的位置。

这些CMOS扩散三角测量激光距离传感器的测量范围约为1.5-60厘米。它们被包装在约50mm x 50mm的小外壳中，具有模拟或离散输出，并且无论目标材料，颜色或亮度如何，通常都可以很好地工作。这些距离传感器具有高分辨率，在低m范围内（取决于测量范围），响应时间小于一毫秒。1类激光器在所有工作条件下都是人眼安全的。但是，第2类激光是安全的可见激光，可用于小于0.25 s的快速意外观察，但是如果故意凝视，可能会伤害眼睛。

飞行时间技术通常用于远程激光距离传感器，也称为测距仪激光传感器。这些类型的传感器使用发射器二极管产生非常短的窄光谱红色或红外脉冲，该脉冲从目标物体反射并反射回敏感的激光能量检测器，也称为接收器二极管。传感器中的精确电子设备可以测量光的传播时间，并使用光速常数来计算物体与传感器的距离。飞行时间激光距离传感器的测量范围为1 cm至100 m以上，其尺寸，输出选项和激光感应功能与CMOS传感器相似。这些长距离传感器具有良好的分辨率，从近距离的大约1毫米到100 m的误差小于2.5厘米。为了提高测量精度，经常进行多次测量，从而将这些设备的响应时间减至几毫秒。

激光传感器通常在肮脏的环境下工作良好，因为聚焦的光会“穿过”灰尘。聚焦光束还可以实现较长的感应距离，并可以通过小开口检测小物体或目标。

激光传感器通常用于过程监控和闭环反馈控制系统中。物料搬运是一种常见的应用，可用于定位起重机，龙门架和自动导引车。许多其他应用包括组件对齐，高度测量，机器人定位和焊头定位。

有时，发亮或透明的物体可能会引起问题。由于激光距离传感器可检测到反射光或直通光束，因此透明度和表面反射率可能会导致复杂情况。需要将激光从光亮的表面弹起或透视透明的表面的应用应进行仔细测试，以确保测量能够按要求进行。例如，可能需要将激光安装在与发光表面成微小角度的位置，或者将其调整为较低的强度以正确检测发光物体，而可能需要增加强度以燃烧通过透明物体。一旦测试完成并进行任何必要的调整，激光传感器将在工业应用中运行多年。（来源：创想跟踪）

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