一文看懂|激光位移传感器的原理

2022-06-23

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激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。

激光位移传感器常用于长度、距离、振动、速度和方向等物理量的测量，以及用于探伤和监测大气污染物。

按照测量原理，激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法，激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量，下面分别介绍激光位移传感器原理的两种测量方式。

1.激光三角测量法原理

如图1所示，激光三角测量法原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。过去，由于成本和体积等问题的限制，其应用未能普及。

随着近年来电子技术的飞速发展，特别是半导体激光器和CCD等图像探测用电子芯片的发展，激光三角位移传感器在性能改进的同时，体积不断缩小，成本不断降低，正逐步从研究走向实际应用，从实验室走向实际。

采取三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1um，分辨率更是可达到0.1um的水平。比如ZLDS100类型的传感器，它可以达到0.01%高分辨率，0.1%高线性度，9.4KHz高响应，适应恶劣环境。

2.激光回波分析法原理

如图2所示，激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离以达到一定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接收器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器，处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。激光回波分析法适合于长距离检测，但测量精度相对于激光三角测量法要低，最远检测距离可达250m。

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