1960年世界上第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世不久，以精密測(cè)距為主要功能的激光測(cè)距技術(shù)便隨之誕生了。經(jīng)過(guò)了50多年的發(fā)展，其發(fā)展大致表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是應(yīng)用各種新技術(shù)和設(shè)備提高測(cè)距精度和觀測(cè)數(shù)據(jù)量;其次是提高測(cè)距系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減小人力和物力的消耗。激光測(cè)距傳感器因其抗干擾能力強(qiáng)，精度高的優(yōu)勢(shì)，自誕生以來(lái)，得到了極大的發(fā)展，在各行各業(yè)都發(fā)揮著巨大的作用。

激光測(cè)距傳感器在工業(yè)應(yīng)用范圍廣泛，激光測(cè)距傳感器完全采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢測(cè)，激光具有方向性強(qiáng)、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，激光測(cè)距傳感器原理是通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。激光測(cè)距傳感器它為各種不同領(lǐng)域提供了應(yīng)用的靈活性，這些場(chǎng)合可包括如下：

一、在自動(dòng)化領(lǐng)域的用途,在自動(dòng)檢測(cè)和控制的方法中解決了長(zhǎng)距離測(cè)量和檢驗(yàn)的問(wèn)題?？梢杂脕?lái)測(cè)量料包的料位，測(cè)量傳送帶上的物體距離和物體高度，測(cè)量原木直徑等。

二、不宜接近的物體測(cè)量，普通光電傳感器很難測(cè)量較遠(yuǎn)和目標(biāo)顏色變化的場(chǎng)合，三角測(cè)量傳感器在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r，可預(yù)測(cè)性變差，而激光測(cè)距傳感器可以完成。

三、橋梁靜態(tài)撓度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，隧道整體變形在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，隧道關(guān)鍵點(diǎn)變形在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和礦井電梯、大型液壓活塞高度監(jiān)測(cè)。

四、汽車車速、安全車距測(cè)量、流量統(tǒng)計(jì)。

五、限高測(cè)量，建筑物限界測(cè)量;船舶安全?？课恢帽O(jiān)控，集裝箱定位

激光傳感器常用于長(zhǎng)度、間隔、振蕩、速度、方位等物理量的丈量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等。可廣泛使用于鋼鐵工業(yè)、冶金工業(yè)、汽車工業(yè)、打印工業(yè)、食品工業(yè)等各類工業(yè)操控和各類戶外監(jiān)測(cè)、檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)等。

激光測(cè)距傳感器的工作壽命相對(duì)較長(zhǎng)，這首先是因?yàn)樗男酒墓ぷ鞣€(wěn)定性強(qiáng)，性能穩(wěn)定對(duì)于維持傳感設(shè)備壽命來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，更重要的是它對(duì)于惡劣環(huán)境也有良好的適應(yīng)性，該種測(cè)距傳感設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到了震動(dòng)帶來(lái)的影響，減震設(shè)置為延長(zhǎng)壽命起到了加持作用，那么聲譽(yù)好的激光測(cè)距傳感器?在哪些領(lǐng)域有應(yīng)用呢?

1、汽車防撞探測(cè)器

大多數(shù)汽車碰撞預(yù)防系統(tǒng)的激光測(cè)距傳感器使用激光光束，以不接觸方式用于識(shí)別汽車在前后與目標(biāo)汽車之間的距離，當(dāng)汽車間距小于預(yù)定安全距離時(shí)汽車防碰撞系統(tǒng)對(duì)汽車進(jìn)行緊急剎車或者對(duì)司機(jī)發(fā)出報(bào)警，或者綜合目標(biāo)汽車速度、車距、汽車制動(dòng)距離、響應(yīng)時(shí)間等對(duì)汽車行駛進(jìn)行即時(shí)的判斷和響應(yīng)，可以大量的減少行車事故，在高速公路上使用激光測(cè)距傳感器優(yōu)點(diǎn)更加明顯。

一般固定到高速或者重要路口的龍門架上，激光發(fā)射和接收垂直地面向下，對(duì)準(zhǔn)一條車道的中間位置，當(dāng)有車輛通行時(shí)激光測(cè)距傳感器能實(shí)時(shí)輸出所測(cè)得的距離值的相對(duì)改變值，進(jìn)而描繪出所測(cè)車的輪廓。這種測(cè)量方式一般使用測(cè)距范圍較大，且要求激光測(cè)距傳感器速率比較高，這對(duì)于在重要路段監(jiān)控可以達(dá)到很好的效果，激光測(cè)距傳感器能夠區(qū)分各種車型，對(duì)車身高度掃描的采樣率高。對(duì)車流限高、限長(zhǎng)、車輛分型等都能實(shí)時(shí)分辨，并能快速輸出結(jié)果。

3、無(wú)人機(jī)

無(wú)人機(jī)、無(wú)人搬運(yùn)車、自動(dòng)駕駛等新概念系統(tǒng)的興起，連帶刺激測(cè)距與避障技術(shù)需求。其中小量程激光測(cè)距傳感器?為避障的基礎(chǔ)，并有多種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距，包含無(wú)線射頻、超音波、紅外線以及激光雷射等。這些激光測(cè)距傳感器技術(shù)各有其優(yōu)點(diǎn)，且成本也有差異性。

之所以許多行業(yè)大量應(yīng)用了激光測(cè)距傳感器，在某些方面是因?yàn)樗膬r(jià)格相對(duì)適中，而且測(cè)距的精準(zhǔn)度要明顯優(yōu)于普通的傳感設(shè)備，普通設(shè)備在特殊天氣氣候條件下測(cè)距的效率和精準(zhǔn)度均會(huì)受到影響，但是該種激光測(cè)距設(shè)備則不然，所以在未來(lái)它甚至可以在各種高等級(jí)行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。

‘激光測(cè)距傳感器原理及應(yīng)用

一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展

激光在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，技術(shù)含量十分豐富，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測(cè)距是激光最早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)。1965年前蘇聯(lián)利用激光測(cè)地球和月球之間距離(380′103km)誤差只有250m。1969年美國(guó)人登月后置反射鏡于月面，也用激光測(cè)量地月之距，誤差只有15cm。

利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離的基本原理是通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。即： 。

傳輸時(shí)間激光測(cè)距雖然原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但以前主要用于軍事和科學(xué)研究方面，在工業(yè)自動(dòng)化方面卻很少見(jiàn)。因?yàn)榧す鉁y(cè)距傳感器售價(jià)太高，一般在幾千美元。實(shí)際上，所有工業(yè)用戶都在尋找一種能在較遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)精密距離檢測(cè)的傳感器。因?yàn)樵S多情況下近距離安裝傳感器會(huì)受物理位置及生產(chǎn)環(huán)境的限制，如今的傳輸時(shí)間激光測(cè)距傳感器將為這類場(chǎng)合的工程師排憂解難。

二、工作原理

傳輸時(shí)間激光傳感器工作時(shí)，先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精確地測(cè)定傳輸時(shí)間，因?yàn)楣馑偬臁?

例如，光速約為3′108m/s，要想使分辨率達(dá)到1mm，則傳輸時(shí)間測(cè)距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時(shí)間：

0.001m?(3′108m/s)=3ps

要分辨出3ps的時(shí)間，這是對(duì)電子技術(shù)提出的過(guò)高要求，實(shí)現(xiàn)起來(lái)造價(jià)太高。但是如今廉價(jià)的傳輸時(shí)間激光傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，即平均法則實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率，并且能保證響應(yīng)速度。

三、解決其它技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題

傳輸時(shí)間激光距離傳感器可用于其它技術(shù)無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合。例如，當(dāng)目標(biāo)很近時(shí)，計(jì)算來(lái)自目標(biāo)反射光的普通光電傳感器也能完成大量的精密位置檢測(cè)任務(wù)。但是，當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)內(nèi)或目標(biāo)顏色變化時(shí)，普通光電傳感器就難以應(yīng)付了。

雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測(cè)量傳感器在目標(biāo)顏色變化的情況下能較好地工作，但是，在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r，其性能的可預(yù)測(cè)性變差。此外，三角測(cè)量傳感器一般量程只限于0.5m以內(nèi)。

超聲波傳感器雖然也經(jīng)常用于檢測(cè)距離較遠(yuǎn)的物體，而且由于它不是光學(xué)裝置，所以不受顏色變化的影響。但是，超聲波傳感器是依據(jù)聲速測(cè)量距離的，因此存在一些固有的缺點(diǎn)，不能用于以下場(chǎng)合。

①待測(cè)目標(biāo)與傳感器的換能器不相垂直的場(chǎng)合。因?yàn)槌暡z測(cè)的目標(biāo)必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以內(nèi)。

②需要光束直徑很小的場(chǎng)合。因?yàn)橐话愠暡ㄊ陔x開傳感器2m遠(yuǎn)時(shí)直徑為0.76cm。

③需要可見(jiàn)光斑進(jìn)行位置校準(zhǔn)的場(chǎng)合。

④多風(fēng)的場(chǎng)合。

⑤真空?qǐng)龊稀?

⑥溫度梯度較大的場(chǎng)合。因?yàn)檫@種情況下會(huì)造成聲速的變化。

⑦需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合。

而激光距離傳感器能解決上述所有場(chǎng)合的檢測(cè)。

四、在自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛用途

如今，自動(dòng)檢測(cè)和控制的方法中，除了超聲波傳感器和普通光電傳感器外，又增加了一個(gè)能解決長(zhǎng)距離測(cè)量和檢驗(yàn)的新方法—傳輸時(shí)間激光距離傳感器。它為各種不同場(chǎng)合提供了應(yīng)用的靈活性，這些場(chǎng)合可包括如下：

①設(shè)備定位。

②測(cè)量料包的料位。

③測(cè)量傳送帶上的物體距離和物體高度。

④測(cè)量原木直徑。

⑤保護(hù)高架起重機(jī)免于碰撞。

⑥無(wú)誤差檢查場(chǎng)合。

五、幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例

1、測(cè)量傳送帶上箱子的寬度

使用兩個(gè)發(fā)散型傳輸時(shí)間激光傳感器，在傳送帶的兩側(cè)面對(duì)面安裝。因?yàn)槌叽缱兓南渥勇涞絺魉蛶系奈恢檬遣还潭ǖ模@樣，每個(gè)傳感器都測(cè)量出自己與箱子的距離，設(shè)一個(gè)距離為L(zhǎng)1，另一個(gè)為L(zhǎng)2。此信息送給PLC，PLC將兩個(gè)傳感器間總的距離減去L1和L2，從而可計(jì)算出箱子的寬度W。

2、保護(hù)液壓成型沖模

機(jī)械手把一根預(yù)成型的管材放進(jìn)液壓成型機(jī)的下部沖模中，操作者必須保證每次放的位置準(zhǔn)確。在上部沖模落下之前，一個(gè)發(fā)散型傳感器測(cè)量出距離管子臨界段的距離，這樣可保證沖模閉合前處于正確位置。

3、二軸起重機(jī)定位

用兩個(gè)反射型傳感器面對(duì)反射器安裝，反射器安裝在橋式起重機(jī)的兩個(gè)移動(dòng)單元上。一個(gè)單元前后運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)左右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)起重機(jī)驅(qū)動(dòng)板架輥時(shí)，兩個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)各自到反射器的距離，通過(guò)PLC能連續(xù)跟蹤起重機(jī)的精確位置。