探索传感器科技前沿 ——激光测距传感器

激光测距传感器是一种利用激光技术测量目标物体与传感器之间距离的精密仪器。其工作原理基于飞行时间（Time of Flight, ToF）方法，通过测量激光脉冲从发射到反射回来的时间差来计算距离。随着科技的进步，激光测距传感器在多个领域得到了广泛应用，并展现出显著的技术优势和发展潜力。

激光测距传感器的工作原理主要依赖于激光脉冲的发射与接收。传感器内部的激光器负责发射高能量密度的激光脉冲，这些脉冲经过空气或其他介质传播至目标物体后发生反射。反射回来的激光信号被传感器内部的接收器捕获，并传输至信号处理电路进行处理。通过计算激光脉冲往返所需的时间，结合光速，即可精确计算出目标物体的距离。

关键组件

激光器：产生高能量密度的激光脉冲。

接收器：接收反射回来的激光信号，通常采用高灵敏度的光电二极管，如雪崩光电二极管，以检测微弱的光信号。

信号处理电路：对接收到的信号进行处理和计算，得出目标物体的距离。

显示屏：显示测距结果，供用户查看。

激光测距传感器的分类

根据测量原理和应用场景的不同，激光测距传感器可分为多种类型，主要包括：

脉冲式激光测距传感器：通过测量激光脉冲往返时间来计算距离，适用于长距离和高精度的测量。

相位式激光测距传感器：通过测量激光往返期间相位的变化来计算距离，适用于中短距离测量，具有较高的精度。

干涉式激光测距传感器：利用多束激光干涉现象，通过测量干涉条纹的变化来确定距离，适用于高精度测量。

此外，根据激光器的类型，激光测距传感器还可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器等。

激光测距传感器的应用

激光测距传感器因其高精度、快速响应和非接触式测量等特点，在多个领域得到了广泛应用：

无人驾驶：在无人驾驶汽车中，激光测距传感器用于实时测量周围环境的距离和障碍物的位置，确保安全驾驶和导航。

环境监测：用于测量大气污染物的扩散范围、水体深度和地形地貌等重要数据。

工业制造：在制造业中，激光测距传感器可用于测量零件的尺寸、位置和形状，确保产品符合质量标准。

机器人技术：用于检测机器人与障碍物之间的距离，避免碰撞。

测绘和建筑：用于测量建筑物、桥梁和其他结构的尺寸和形状。

军事应用：在炮兵射击和军事侦察中，激光测距传感器能够快速测定敌方目标距离和方向，提高射击精度和快速响应能力。

激光测距传感器技术趋势

随着科技的不断发展，激光测距传感器技术呈现出以下发展趋势：

更高精度和更远距离：随着光学技术和激光制造技术的不断进步，激光测距传感器的精度和测量距离将得到显著提升。

智能化和自动化：随着人工智能和机器学习技术的发展，激光测距传感器将具备更强的数据处理能力和自动测量功能，减少人工干预，提高测量效率和准确性。

多传感器融合：激光测距传感器将与其他传感器如摄像头、毫米波雷达等进行融合，提供更丰富的测量数据和更全面的信息。

无线化和网络化：无线激光测距传感器将实现更便捷的测量数据传输，同时通过网络化实现远程控制和数据共享。

模块化设计：为了便于生产和维护，激光测距传感器将采用模块化设计，降低生产成本，提高产品的可维护性和可扩展性。

激光测距传感器作为一种高精度、快速响应和非接触式的测量工具，在多个领域发挥着重要作用。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，激光测距传感器将朝着更高精度、更远距离、智能化和自动化的方向发展，为各行各业提供更加精准和高效的测量解决方案。

（来源： 传感器专家网）

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什么是光电传感器

什么是光电传感器

所谓光电传感器，就是通过感应自身投射光的受光量（遮光量），实现非接触式的检测物体的有·无的传感器。

如下图所示，左边的投光器投射出光线，右边的受光器接收到足够的光量（受光量）时判定为ON（○），否则判定为OFF（×）。

·非接触式检测·可长距离检测 ·可检测微小物体

·高速响应速度·大部分物体都可以检测

×容易受到油污&粉尘的影响

检测类型的分类

光电传感器有各种各样的检测类型。

在此，我们仅介绍几种主要的检测类型。

对射型

投光器和受光器分离。主要以【投射的光线是否被遮断？】为检测依据，因此不受检测物体的形状、颜色、倾斜等影响。

对射型传感器

镜面反射型（回归反射型）

配置1个传感器和1个反光镜。同对射型一样，主要以【传感器投射向反光镜的光线是否被遮断？】为检测依据。因为只有1个传感器，所以布线比对射型简便（但还是需要两个安装固定位置）。

镜面反射型传感器

应用示例

物体进入检查设备确认

确认检查物品是否已进入检测设备内。传感器检测到物品之后，检测设备自动启动检查项目。

漫反射型（扩散反射型）

仅配置1个传感器（内置投光器和受光器）。

投光器投射的光线经过检测物反射回受光器，从而检出物体的有无。

因为只有1个传感器，所以安装固定及布线都比较简便，但容易受检测物体的形状、颜色、倾斜等影响。敬请注意。

漫反射型传感器

应用示例

金属部品的加工确认

确认金属部品加工孔的有无。

若投射光进入孔中，则无法返回接收器，因此可检测加工孔的有无。

只需要安装固定1个传感器，相关便捷。

BGS型（距离设定型）

传感器采用PSD/C-MOS感光元器件，以【距离】而不是【受光量】作为检测依据。因此，有效避免普通漫反射型传感器容易受检测物体颜色的影响。不过，BGS型的检测距离比普通漫反射型较短。

BGS=Background Suppresion，背景抑制性。

BGS型的检测原理（三角形测量）？

三角形测量，是指通过三角形的原理，测量物体至传感器之间的距离。

如右图所示，已知A/B两点之间的距离，如果角度A/B也知道的话，则A/B两点至所需测量位置（红点●）的距离就可以求得了。

检测方法

将【投光素子】、【受光素子】、【被测物】之间的位置构成一个三角形关系，从而求得被测物的距离。如右图所示。当被测物的距离发生变化（绿色↑）时，受光素子上的受光位置也跟着变化（蓝色←）。即测量受光素子的受光位置至被测物之间的距离。

应用示例

部品的有无检测

检测托盘内部品的有无。通过检测高度差来确认部品的有无，即使部品的颜色发生变化也可稳定检测，无需重新调整传感器。

透明体检测型

属于镜面反射型中的一种。不过，由于光线容易穿透透明体，因此普通的镜面反射型传感器无法检测透明体。而专用于检测透明体的传感器，应差距离（→P20）较小，受光量发生细微的变化也能检测出来。

一般来讲，应差距离较小时容易导致输出的不稳定（ON/OFF反复切换）、容易受环境干扰导致误动作。为了避免该问题，透明体检测型传感器在镜头光学系统和电路设计上做了一些改良。

为什么使用镜面反射型？

使用镜面反射型检测时，光线会往/返经过检测物2回，因此受光量的衰减程度较明显；使用对射型检测时，光线只经过检测物1回，受光量衰减程度比镜面反射型小。假如光线经过检测物1回时受光量的衰减率为3%的话，镜面反射型的受光量衰减6%，而对射型仅衰减3%。

应用示例

PET瓶检测

检测透明瓶的有无，普通光电床干起及接近开光都不能检测透明玻璃及透明瓶，透明体较薄时，接触式传感器也难检测，此时低价格的透明体检测传感器优势比较显著。

限定反射型·广角漫反射型

限定反射型

属于漫反射型的一种。光学系统特别设计，使得传感器只能在指定范围内检测物体。常用于检测指定区域内的工作的有无。与BGS型传感器相比，精度较低，但结构较简单价格便宜。另外，光纤传感器中，由于无法满足BGS型的光学结构，因此常采用限定反射型的方式。

应用示例

检测晶片是否有缺口

检测晶片是否存在缺口，即使狭小空间中存在背景物体，限定反射型传感器也可稳定检测。

广角漫反射型

普通传感器的投光孔径较小（光斑较小），而广角漫反射型传感器扩大了投光孔径。由于孔径角较大，适用于检测透明体、表面存在沟槽/缝隙等小光斑传感器检测不稳定的情况。不过，因为广角漫反射型传感器投射的光线不聚光，所以测试距离表较短。

应用示例

透明薄膜检测

监视透明卷膜物料是否用完。广角漫反射型传感器光斑较大，无需使用反光镜，即使薄膜褶皱或抖动也可稳定检测。

颜色判定型（颜色传感器/色标传感器）

采用RGB三色光源，通过计算R·G·B各种颜色的反射光量来识别出被测颜色。有两种检测模式：颜色模式、色标模式；可根据具体应用选择相应的检测模式。

1.颜色模式

R·G·B三色光源同时投光识别被测颜色。物体表面存在各种各样的颜色时亦能高精度检测出指定的颜色。

连接器的颜色检测：

2.色标模式

分别对被测色标和背景进行示教（2点示教）时，传感器从R·G·B三色光中选择出最佳的光源作为投射光。常用于检测单一颜色背景上的某种色标的有无（包装薄膜色标等）。

胶管的色标检测：

（对射型·镜面反射型·漫反射型·BGS型）特性对比：

类型

对射型

镜面反射型

漫反射型

BGS型

检测距离

远

中

近

更近

设置简便·安装空间

相对麻烦

相对简单

简单

简单

配线工程

相对麻烦

简单

简单

简单

颜色影响

完全不受影响

完全不受影响

受影响

受影响小

表面状态

完全不受影响

完全不受影响

受影响

受影响小

背景影响

完全不受影响

完全不受影响

受影响

受影响小

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