Лазерные дальномеры

Лазеры могут использоваться в бесконтактных дальномерах. В промышленном оборудовании или в заводских цехах наиболее часто используются лазерные дальномеры, работающие по принципу разбиения на треугольники. Такие устройства позволяют измерять большие расстояния с высоким разрешением.

Производители, как правило, предлагают приборы с разрешением лучше 10 мкм при диапазоне измерения расстояний до 1 м. Самое высокое разрешение может быть получено на малых расстояниях измерений. Поэтому разрешение 1 мкм и дальность измерения 1 м являются взаимоисключающими требованиями.

В методе разбиения на треугольники (см. схему) в качестве источника света используется полупроводниковый лазер. Колимированный лазерный пучок проецируется на объект, отраженный от него свет с помощью линзы фокусируется на матрицу приемника. При изменении расстояния между датчиком и объектом изменяется угол, под которым возвращается отраженный световой луч, и положение луча на приемной матрице, в качестве которой обычно используется прибор с зарядовой связью (ПЗС). Сигнал с ПЗС матрицы подается на микроконтроллер, который преобразует величину смещения пучка на матрице в единицы расстояния.

С целью уменьшения шума лазерные датчики выполняют внутреннюю обработку результатов нескольких измерений, иногда называемую интегрированием или усреднением. Для получения более точного значения расстояния прибор осуществляет усреднение по нескольким результатам измерений. Интегрирование большего количества выборок позволяет получить более высокое разрешение, но увеличивает время, затрачиваемое на измерение.

Метод разбиения на треугольники. По мере перемещения объекта в поле зрения лазерного сенсора (на схеме это перемещение происходит слева направо от точки А к точке В), изменение расстояния между датчиком и объектом приводит к уменьшению угла отражения светового луча. В соответствии с изменением положения луча на матрице датчика меняется результат измерения

Азбука измерений

Разрешение — это минимально возможное изменение расстояния, которое приводит к явному изменению выходного сигнала.

Воспроизводимость определяется как разница измеренных значений при выполнении ряда успешных измерений. Линейность представляет собой отклонение от линейной зависимости. Она задается как процент от верхнего предела диапазона измерения (полной шкалы).

Время отклика определяется как время, требуемое на то, чтобы сигнал на выходе сенсора изменился от 10% до 90% от своего максимального уровня. Для сенсоров с цифровой обработкой сигнала этим параметром считается время, требуемое для вычисления устойчивого измеренного значения.

Температурный дрейф — изменение температуры окружающей среды приводит к смещению измеряемого значения. Температурный дрейф практически пропорционален изменению температуры.

Усовершенствованные измерительные матрицы и быстродействующие микропроцессоры могут обеспечить быстрые измерения со временем отклика 250 мкс без ухудшения разрешения.

Некоторые лазерные датчики проецируют на объект пятно в виде линии, а не точки, что предоставляет больше данных для сглаживания отклонений и игнорирования неравномерностей.

Стивен Петронио (Stephen Petronio)
является менеджером по
фотоэлектрическим приборам
Baumer Electric.
www.baumerelectric.com/usa