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激光位移傳感器是利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表。能夠精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化?梢詼y量位移、厚度、振動、距離、直徑等精密的幾何測量。激光有直線度好的優(yōu)良特性,同樣激光位移傳感器相對于我們已知的超聲波傳感器有更高的精度。但是,激光的產(chǎn)生裝置相對比較復(fù)雜且體積較大,因此會對激光位移傳感器的應(yīng)用范圍要求較苛刻。 按照測量原理,激光位移傳感器原理分為激光三角測量法和激光回波分析法,激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量,而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測量。 激光三角法是一種由角度計算得到單點或多維的距離測量。通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面,經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭,被內(nèi)部的CCD線性相機接收,根據(jù)不同的距離,CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離,數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。 回波分析法則是通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器,處理器計算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間,以此計算出距離值,該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進行的平均輸出,即所謂的脈沖時間法測量的,最遠(yuǎn)檢測距離可達(dá)250m。 而在精確的振動測量方面,常用的激光多普勒振動儀(LDV)的工作原理是在光學(xué)干涉的基礎(chǔ)上,通過兩束相干光束I1和I2的疊加來進行測量。疊加后的光強不是簡單的兩束光強之和,而且包括一個相干調(diào)制項。調(diào)制項與兩束光之間的路徑長度有關(guān)。
盡管激光三角法測量位移相對簡單可靠,但其缺點是測量精度隨著測量距離和范圍的增大而降低,因此測量范圍受到限制。此外,還需要一定的開放空間來滿足三角法的測量需求,故無法實現(xiàn)在深溝或深孔中的應(yīng)用。 而激光回波分析法則適合于長距離檢測,但測量精度相對于激光三角測量法要低。在振動測量應(yīng)用方面,前面這兩種位移/距離測量技術(shù)的檢測能力(頻率范圍/振動量范圍/精度)比較有限。而LDV雖可進行非常精確的振動測量及瞬時位移測量,但是欠缺測量絕對位移或距離的能力,且成本也相當(dāng)高。
據(jù)數(shù)據(jù)顯示,國內(nèi)通用激光位移傳感器市場規(guī)模已達(dá)120億,且每年保持20%的增速,但99.87%的國內(nèi)市場被國外廠商占據(jù),以歐美日等發(fā)達(dá)國家企業(yè)居多,如美國通用電氣、邦納、德國西克、日本基恩士等等。這些企業(yè)不斷通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級以保持市場地位。我國工業(yè)自動化系統(tǒng)集成商雖然對該器件的認(rèn)知率超過95%以上,但由于價格昂貴、適配困難等原因,實際使用率不足10%。 與國外先進企業(yè)相比,我國傳感器技術(shù)在科研開發(fā)上要落后10年,在生產(chǎn)技術(shù)上要落后15年。但近年來我國陸續(xù)制定有利于傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策,并建立了多個傳感技術(shù)、機器人國家重點實驗室,同時也有千余家企業(yè)選擇從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā),國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)化進程隨之加快。目前國內(nèi)從事激光傳感器的企業(yè)多以中小企業(yè)為主,主要集中在長三角地區(qū),大型企業(yè)數(shù)量較少。代表性企業(yè)既有一定規(guī)模的余姚舜宇光學(xué)、北京創(chuàng)想智控、武漢承拓電子等,也有如蘇州摯感光子等采用先進集成光學(xué)技術(shù)的新創(chuàng)企業(yè)。
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