大家好，今天給大家詳細說明下目前我們市面上用的激光位移傳感器內部構造及詳細原理、應用、市場種類、及未來發(fā)展，我在網上搜索了很多資料，發(fā)現各大平臺或者廠商提供的信息大多千篇一律或者式只言片語，要么是之說出大概原理，要買只講出產品應用，對于真正想了解激光位移傳感器三角回差原理的朋友們來說總是沒有用辦法說透，我今天花點時間整理了各大平臺的大牛們的解釋，再結合自己對產品這么多年來的認識，整理出以下這篇文章，希望能給想要了解這種原理的小伙伴一點幫助！好了廢話不多說我們直接上干貨
首先我們要說明市面上的激光測量位移或者距離的原理有很多，比如最常用的激光三角原理，TOF時間飛行原理，光譜共焦原理和相位干涉原理，我們今天給大家詳細介紹的是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距離測量，下面分別介紹激光三角測量原理和激光回波分析原理。讓我們給大家分享一個激光位移傳感器原理圖，一般激光位移傳感器采用的基本原理是光學三角法：
半導體激光器：半導體激光器①被鏡片②聚焦到被測物體⑥。反射光被鏡片③收集，投射到CMOS陣列④上；信號處理器⑤通過三角函數計算陣列④上的光點位置得到距物體的距離。
一 、激光位移傳感器原理之激光三角測量法原理
1．激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應的輸出值，并在用戶設定的模擬量窗口內，按比例輸出標準數據信號。如果使用開關量輸出，則在設定的窗口內導通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。
2． 測量方式(直射式、斜射式)（在市場中直射式對應漫反射式，斜射式對應正反射式）
最簡單的三角位移測量系統(tǒng)是從光源發(fā)射一束光到被測物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，從而計算出物點的位移。 由于入射和反射光為成一個三角形，所以這種方法被稱為三角測量法，又可按入射光線與被測工件表面法的關系分為直射式和斜射式。
激光器發(fā)出的光線，經會聚選鏡聚焦后垂直入射到被測物體表面上，物體移動或表面變化導致入射光點沿入射光軸移動。 接收透接收來自入射光點處的散射光，并將其成像在光點位置探測器 (如 PSD、CCD)軟感面上。 但由于傳感器激光光束與被測面垂直，因此只有一個準確的調焦位置，其余位置的像都處于不同程度的離焦狀態(tài)。離焦將引起像點的彌散，從而降低了系統(tǒng)的測量精度。 為了提高精度 ，θ1和θ2 必須滿足
tgθ1= Utgθ2
式中，U為橫向放大率。 此時一定景深范圍內的被測點都能正焦成像在探測器上，從而保證了精度。若光點在成像面上的位移為 x’,利用相似三角形各邊之間的比例關系，按下式可求出被測面的位移:
激光器發(fā)出的光與被測面的法線方向成一定角度入射到被測面上，同樣用接收透接收光點在被測面的散射光或反射光。 此時應滿足
tg(θ1+ θ2)=Utgθ3?，
若光點的像在探測器敏感面上移動 X'，利用相似三角形的比例關系，則物體表面沿法線方向的移動距離為、
式中，θ1為激光束光軸與被測面法線之間的夾角; θ2為成像鏡光軸與被側面之間的夾角:θ3 為探測器光軸與成像鏡光軸之間的夾角。
重點：直射式和斜射式在市場應用中主要有什么區(qū)別呢？
直射式應對的是漫反射物體表面，也就是非透明不反光的材料，對于這種材料我們多數選擇漫直射式測量原理，這樣可以保證測量精度，但是這并不表示傳感器不能斜著測量物體，因為很多時候由于傳感器需要配合加工設備檢測很有可能無法垂直照射到被測點，那么我們怎么辦呢？只要我們稍加放寬精度，再加上余弦誤差就可以獲得相對準確的數據；
斜射式應對的式透明材料和鏡面材料，由于這種材料對光的反射特殊為了更好的捕捉反射回來的光，必須讓傳感器按照設計好的角度來安裝，但是正反射的量程一般做不了太大。大多在100mm以內。
我們拿HC26系列激光位移傳感器為例可以看下他們在漫反射和正反射情況下對應的對應的精度和范圍
二、激光位移傳感器市場中主要的應用介紹
激光位移傳感器常用于位移量、長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量等 。
1．尺寸的測量，包括微小零件的位置判別；材料重疊和覆蓋的分辨；機械手位置（工具中心位置）的控制；器件狀態(tài)檢測；振動頻率測量分析；瞬間形變；碰撞試驗測量；汽車零配件相關試驗等。
2．金屬薄片和薄膜的厚度測量：厚度的變化檢出可以幫助發(fā)現皺紋，小孔或者重疊，以避免機器發(fā)生故障。
3．測量：長度，內、外直徑偏心度，角度，，同心度以及表面輪廓。
4．長度的測量：將測量的組件放在指定位置的輸送帶上，激光傳感器檢測到該組件并與觸發(fā)的激光掃描儀同時進行測量，最后得到組件的長度。
5．均勻度和平面度的檢測：讓測量的工件運動的傾斜方向放置幾個激光傳感器，直接通過一個傳感器進行度量值的輸出，另外也可以用一個軟件計算出度量值，并根據信號或數據讀出結果?；蛘咴谝粋€屏幕上多個點位放置傳感器，先用一個標準工件進行校準歸零，然后再測量需要測量的工件，就能獲得各個位置的差值。
三、目前市場中的激光位移傳感器等級分類
1、相對經濟型（千元左右)的cmos激光位移傳感器
量程種類一般分為：10mm，30mm，70mm，160mm，400mm
測量線性度一般在0.2%到0.4%之間，對應的測量精度0.02-3mm之間
測量速度一般不超過1Khz
2、中檔類的（兩千到五千之間）激光位移傳感器，這類傳感器主要式性能更強大，數據更穩(wěn)定，可以測量的材料種類更豐富。一般量程有8mm，20mm，30mm，50mm，100mm，200mm，300mm等
測量線性度一般在0.1%到0.2%之間，對應的測量精度0.008mm-0.5mm之間
測量速度一般在2-3Khz
3、高檔類的（萬元以上）激光位移傳感器，這類傳感器除了精度有明顯的提升，數據更穩(wěn)定，可以測量的材料種類更豐富。最重要的是測量速度大大提高，可以達到十萬赫茲以上。一般量程有1mm，10mm，30mm，80mm，200mm，500mm，1000mm，2000mm等
測量線性度一般在0.02%到0.05%之間，對應的測量精度0.002mm-0.5mm之間， 測量速度一般在50-160Khz。
最后我們來說一說激光三角位移傳感器再安裝中需要主義的事項
1， 根據被測體所在位置確定的安裝位置， 使其位于有效的量程內。
2， 一般傳感器都有兩個安裝孔，?可以通過?螺栓與固定基板連接。
3， 根據測量應用， 選擇垂直或鏡相安裝方式， 參照外殼上兩種不同安裝方式時的基準平面， 如下圖所示：
4， 根據被測體特征選擇正確的安裝方式：
未來，激光位移傳感器的應用前景非常廣闊，以下是一些可能的發(fā)展趨勢和應用領域：
工業(yè)制造：激光位移傳感器可以用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中的精密測量和控制，例如機械加工、裝配線的自動化調整和精度監(jiān)測等。在制造過程中的位移和形變測量可以提高生產效率和產品質量。
機器人技術：激光位移傳感器可以為機器人提供高精度的環(huán)境感知和定位能力，使其能夠準確感知和處理周圍環(huán)境的位移和變化。這將提高機器人的自主導航、操作和協(xié)作能力。
智能交通：激光位移傳感器可以在智能交通系統(tǒng)中應用，用于車輛之間的距離測量和碰撞預警。這將提高交通安全性和車輛的自動駕駛能力。
建筑與土木工程：激光位移傳感器可以用于建筑物和橋梁等結構的變形監(jiān)測，實時檢測和評估結構的穩(wěn)定性和安全性。這為結構維護和修復提供了重要的參考。
航空航天：激光位移傳感器可以應用于航空航天領域，用于飛機和航天器的姿態(tài)控制、振動監(jiān)測和結構健康管理。這有助于提高飛行器的穩(wěn)定性和安全性。
醫(yī)療診斷：激光位移傳感器可以在醫(yī)療領域中應用于精確的生物測量，例如眼科手術中的眼球運動測量，以及姿勢分析和運動捕捉等。
總之，激光位移傳感器具有高精度、非接觸性和快速響應等優(yōu)勢，將在多個領域發(fā)揮重要作用。隨著技術的不斷進步和應用需求的增加，激光位移傳感器的性能和功能將得到進一步提升，為各行各業(yè)帶來更多創(chuàng)新和便利。