三角测量传感器 第 2 部分（发射端）

如果您还记得我们上一篇关于三角测量传感器的文章，我们概述了传感器的原理和应用，并介绍了产品的光接收端（传感器）的不同方案。在本文中，我们将讨论系统的发射部分（光源）。如果您还没有读过第1 部分的文章，您可以点击?这里?阅读。

记住三角测量原理的概述：

三角测量传感器使用一个光源，该光源在物体上反射并指向线性传感器。物体距离决定光的反射角度，因此改变物体距离会使光束到达传感器的不同位置。但是接收到的光束不是照亮线性传感器上单个像素的单个点，而是散布（取决于光源、物体表面和距离、使用的透镜等），形成一个图案，在良好条件下看起来更类似于以下图案：

上述信号相当容易处理，但在实际应用中，有许多因素会影响信号曲线的形状。这些因素包括透镜缺陷、目标表面变化、振动、外部光源（例如环境照明）、光源的失真/畸变或不均匀等。下图显示了这些因素影响系统时实际信号的可能样子：

这处理起来更具挑战性。目标物体改变的影响比较难避免，因为它是由应用决定的，因此一个好的传感器必须通过改进发射端和接收端来弥补这种影响。在本文中，我们将重点介绍如何提高光源的质量，以及抑制其他（不需要）的光源。

光学三角测量传感器主要使用 LED或激光二极管作为光源。每种方法都有各自的优缺点，我们将简要讨论。

对于精确的光束，例如用于高精度距离测量传感器和表面平面度测量的光束，激光二极管可以提供最佳结果。激光的优缺点一目了然：

LED 通常是更简单的解决方案，尤其是在应用要求较低的情况下，例如物体存在传感器、自动门等。考虑使用 LED 作为光源的一些因素：

如果您决定采用激光二极管的解决方案，激光功率和波长必须符合应用的要求：功率必须足够高，以达到所需的距离（并返回传感器），并且波长必须在目标物体上具有高度反射性。然后，在选择激光二极管之后，必须仔细选择合适的驱动器。需要考虑安全特性，精确控制激光电流/功率等。iC-Haus 提供多种激光二极管驱动器，具有不同的特性，适用于不同的应用。

一个简单的解决方案是我们的 iC-WK 系列，它适用于连续波 (CW) 激光操作（非脉冲操作）。它易于使用、具有成本效益，并提供内置的精确光功率控制。

对于更高级的解决方案，iC-NZN 是一款出色的全能型产品：它提供 CW 或脉冲操作、更高的最大电流、自动功率或电流控制、超电流限制等。

如果您选择 LED 作为传感器的光源，这两种驱动器也可以用于驱动 LED。

市场上有许多不同的 LED。很容易找到非常便宜的 LED，但它们通常适用于照明目的。用于传感器的 LED 应具有良好的特性、稳定的性能和较低的可变性。否则，在批量生产期间，每个传感器将产生不同的结果。

LED 有不同的制造技术：成本较低的传统 LED 是体积光发射 LED，略胜一筹的是表面光发射 LED，而较新的高端替代品是点光源 LED。

对照表如下：

iC-TL6 是我们的掩膜点光源 LED，具有优异的性能，适用于多种应用包括三角测量传感器：照明均匀，没有来自键合线和触点的阴影，圆形光束（更好地匹配传感器中的圆形光学透镜），没有来自横向/侧面发射的杂散光和反射。它可以达到高达 1A 的脉冲电流，工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。这大大提高了传感器接收到的光的质量和均匀性，所有这些都在紧凑的 SMD 1206 封装中。

那么，除了选择合适的光源外，还有哪些其他的技术可以在发射端实现来提高传感器的性能呢？

提示 1) 脉冲光源，尤其是在较高频率下。脉冲光源有两个主要好处：

• 较低的平均功率（与脉冲占空比成正比）。如果平均功率降低，则散热更少，通常这允许激光器/LED达到更高的电流（脉冲期间的光强度可能比 CW 操作时更强）。更高的脉冲功率意味着可测量的距离增加。

  
  

• 抑制其他光源。如果您以特定频率（例如50 kHz）对激光/LED 进行脉冲处理，则接收端可以实施带通滤波器，从而消除其他频率的光的影响。因此，来自太阳(直流) 的光以及大多数环境照明（通常为 50/60 Hz，有时高达 1 kHz）将从结果中被过滤掉，从而使传感器仅处理来自其自身光源的信号。

提示 2) 仔细选择光源的波长。许多因素会影响适合的波长。有些应用要求测量点可见，因此可以使用红光或绿光。激光应用有时必须考虑眼睛安全，这使得红外线更适合。而待测的物体也起到一定的作用：如果目标颜色已知，选择具有较高反射率的波长将产生更强的反射光。如果目标是黑色的，可见光反射就很弱，所以红外线更合适。

提示 3) 考虑温度影响。LED 和激光二极管都受到温度的强烈影响。改善散热会带来更稳定的结果，脉冲光也可以降低功率和发热。激光二极管往往会根据温度改变波长（跳模），这也会影响结果。LED 和激光二极管的效率与温度成反比。因此，如果温度升高，LED / 激光的光功率会降低。这可以通过自动功率控制进行补偿，这是我们许多驱动芯片都包含的一项功能。但在这种情况下，如果没有温度控制，就存在很大的风险，必须加以预防：效率降低会引起自动功率控制提高电流，而电流高会进一步提升温度，进入循环后最终导致器件损坏。

最后，结果取决于系统的所有部分：

从我们关于三角测量传感器的两篇文章中可以看出，在开发此类产品时必须考虑很多因素。它们影响最终产品的性能、成本、功能和安全性。

如果您在设计三角测量传感器时需要更多帮助和建议，请随时联系我们（邮箱：contact@ichauschina.com）！

关于 iC-Haus：

德国 iC-Haus 成立于 1984 年，是标准 iC (ASSP) 及定制 ASiC 半导体解决方案的领先独立制造商。产品系列覆盖多元化应用在工业，汽车及医疗技术，着重在运动控制和激光驱动器集成电路。