從模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換，到激光位移傳感器測量的技術(shù)性能原理
測量從傳感器到表面的距離的激光位移傳感器取代了傳統(tǒng)的位移傳感器，主要是百分表和LVDT（線性可變位移傳感器）。這些傳統(tǒng)傳感器基于在被測表面上使用機(jī)械接觸的技術(shù)。接觸式測量技術(shù)對于許多常見應(yīng)用非常有效且成本低廉，但對于在線和高速應(yīng)用，接觸式傳感器具有嚴(yán)重的局限性。
模擬和數(shù)字位移傳感器依靠激光束和三角測量來確定距離。模擬激光位移傳感器為了克服接觸式傳感器的局限性，第一個基于激光的位移傳感器于1970年代初在商業(yè)上推出，實現(xiàn)了激光三角測量原理。早期的位移傳感設(shè)備采用模擬固態(tài)位置傳感檢測器(PSD)作為成像器。
在當(dāng)今幾乎完全數(shù)字化的世界中，大多數(shù)人會認(rèn)為模擬傳感器是古董，僅適用于博物館展示。相反，基于PSD的位移傳感器因其高分辨率、高測量數(shù)據(jù)速率（70 kHz或更高）以及實時調(diào)整激光功率以保持不同表面反射率的精度。
基于激光的位移傳感器通過高速非接觸操作克服了接觸傳感器的局限性。基于激光的傳感的另一個優(yōu)點是激光束可以聚焦到非常小的“探頭尺寸”，低至0.025毫米。這種微小的探頭尺寸允許精確測量極小的特征，例如表面粗糙度或渦輪葉片的臨界邊緣半徑。
然而，模擬三角測量傳感器確實有一些限制。它們通常體積龐大，并且僅在成像器上形成單個激光點時才起作用。例如，當(dāng)使用基于PSD的傳感器時，來自反射或外部光的多個點會產(chǎn)生無效結(jié)果。
一、數(shù)字激光位移傳感器
為了克服PSD的限制，下一步是開發(fā)基于數(shù)字成像的位移傳感器，最常見的是使用具有單行像素的線性陣列成像器。這些數(shù)字傳感器現(xiàn)在可以從大量供應(yīng)商處廣泛獲得，具有廣泛的規(guī)格和價格。當(dāng)今的大多數(shù)數(shù)字位移傳感器（以及模擬傳感器）僅是數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采集的數(shù)據(jù)與主機(jī)或PLC通信，在此使用系統(tǒng)集成商開發(fā)的特定應(yīng)用軟件進(jìn)行分析。通常需要外部PC或其他處理設(shè)備來控制傳感器操作，提供觸發(fā)、曝光控制和數(shù)據(jù)處理。
模擬位移傳感器僅提供圖像中所有光的質(zhì)心位置的模擬輸出，無法處理或顯示圖像。用戶無法確定圖像是否正確聚焦，或者外部光是否影響測量。使用基于數(shù)字的傳感器，可以獲得完整圖像的視頻輸出，可以對其進(jìn)行處理和過濾以消除二次反射或圖像的其他不需要的部分，或隔離成像點中的特定感興趣區(qū)域。最新一代的數(shù)字位移傳感器具有位于傳感器封裝內(nèi)的圖像處理和過濾功能。由于視頻輸出功能，圖像可以在顯示屏上可視化，這對于設(shè)置和診斷目的非常有用。
位移傳感器的持續(xù)發(fā)展利用了最新的高速數(shù)字成像技術(shù)，具有易于實施的一體化操作。這些智能傳感器提供了一個內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可連接到常見的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，以便于設(shè)置和實施，支持多種語言。傳感器可以從任何計算機(jī)和操作系統(tǒng)進(jìn)行配置和集成。一體機(jī)操作的另一個特點是包含內(nèi)置測量工具來計算距離數(shù)據(jù)、計算差異、應(yīng)用傳感器偏移和行程校準(zhǔn)、做出通過/失敗決定以及以數(shù)字或模擬格式傳達(dá)信息——所有這些都來自內(nèi)部傳感器。不需要添加軟件，也不需要機(jī)器視覺專業(yè)知識。
曝光時間的控制對于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)非常重要，特別是當(dāng)被測表面的特性具有不同的反射率或粗糙度時。數(shù)字一體式傳感器具有內(nèi)置動態(tài)曝光控制，可在每幀后自動調(diào)整曝光，提供最大動態(tài)范圍和精確測量。
在應(yīng)用需要多個傳感器的情況下，當(dāng)今的一體化位移傳感器能夠輕松同步多個傳感器并將來自多個傳感器的數(shù)據(jù)組合成測量值，例如厚度差或高度差。主集線器可以提供配電、激光安全聯(lián)鎖、I/O處理和微秒級數(shù)據(jù)同步。
二、將位移傳感器變成輪廓儀
當(dāng)今最新一代的位移傳感器可實現(xiàn)高達(dá)32 kHz的數(shù)據(jù)速率，分辨率達(dá)到微米級。通過利用高速和板載智能處理，位移傳感器可以對沿行進(jìn)方向快速移動的產(chǎn)品進(jìn)行二維輪廓分析，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)今高端激光線輪廓傳感器的速度。這種將32kHz位移傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)?2kHz線輪廓儀的新功能為掃描應(yīng)用提供了獨特的數(shù)據(jù)采集解決方案，并為成熟技術(shù)注入了新的活力。
