虹科技术 | 快速准确测量0.05m-500m--虹科Dimetix激光测距传感器的优势
引言
传统上，激光测距传感器测量飞行时差或相移。但是这些方法各有优缺点：飞行时差测量速度很快，但由于时间测量要求很高，通常不够准确。相移的测量明显更准确，但由于评估更复杂，不如飞行时差测量快。Dimetix 成功地结合了这两种工艺的优点。激光测距传感器可快速测量5cm至500m的距离，精度可达毫米级。到机械工程，例如用于加工金属管道或机械切割梁或板时。即使是门式起重机或港口起重机，也依赖于高精度的长距离测量，甚至隧道掘进机也需要这种快速、精确的距离测量解决方案。传统激光测距方法，即评估光程或位移，在这里有其局限性。
图1 传感器安装在堆垛机的桅杆上，以毫米精度测量堆垛机的操作位置
001 传统测量方法的局限性
在激光测量过程中，会发射出一个短的光脉冲。然后可以根据脉冲持续时间确定距离，即光脉冲从源头到反射器再回到源头的时间。这种方法很快，但由于对时间的测量要求很高，往往不够准确。毕竟，这种光脉冲在1毫米内的运行时间只有3.3ps (3.3·10-12 s) 。因此，在几米的距离上，分辨率通常只在厘米范围内。此外，还可以测量反射激光束相对于发射光束的相移。相移是与距离相关的，可以用来确定移动的距离。这种测量方法要准确得多，但也更复杂，不如传播时间测量快。
002 虹科Dimetix激光测距传感器的优势
（1） 快速&准确
来自 Dimetix[I] 的瑞士传感器技术专家采取了不同的方法。在他们的D系列激光测距传感器（图2）中，通过评估飞行时间和相位位移，基本上结合了两种测量方法的优点。为了实现高测量速度，该方法使用激光振幅的高频调制，并评估这些调制高频信号（脉冲串）的相位位置和间距。为此，激光束以短间隔进行调幅(图3)。这使得单个脉冲束的传播时间随距离变化的情况、以及被调制的脉冲束内单个波的相位变化可以被极快地测量出来。因此，传感器的测量速度比平时更快，即使在很远的距离也能提供精确的值。测量速度范围高达 250 Hz ，输出率为1kHz。
图2
图3
这样一个传感器的内部由众多组件组成（见图4）：带有激光二极管和超快速驱动器的光发射器，带有透镜、滤波器和模数转换器的接收器，高性能数字信号处理、存储器、输入和显示元件，以及大量数字和模拟工业接口。所有这些都装在一个专为工业用途而设计的紧凑型外壳中。此外，还设计了具有加热功能的传感器型号，因此激光传感器也可以在寒冷的室外环境中运行，无需外部加热。
图4
（2）高重复性
D系列激光测距传感器适用于5cm至500m的距离，测量精度为土1mm，重复精度为土0.3mm，由于其长度为140 mm，宽度为78 mm，高度为48 mm的小尺寸，这些轻量级（350g）的传感器可以很容易地集成到各种应用中。
在 ASRS 穿梭系统中也可以找到类似的应用，该系统被用于许多配送中心的订单处理和存储。在传感器的帮助下，梭子可以以毫米精度放置在需要装载或卸载产品的位置。坚固的外壳符合 IP65 的要求，因此它也可以用于恶劣的工业环境和户外使用，例如用于隧道钻孔或建筑机械，甚至在钢铁行业等高温环境下在热表面上进行测量（图4）。
激光测距传感器还提供多种不同的型号版本，它们满足不同的范围和精度要求，但具有相同的性能，因此如果±3mm精度就足够了，则无需支付技术开销。对于室内应用，-10°C 至50 °C 的温度范围通常是可以接受的。标准配置包括模拟输出（0/4...20）mA，串行接口和数字输入和输出。Profinet、Ethernet/IP和Ethercat可作为选项。为此，只需交换传感器的接口模块即可。
（3） 总结
D系列激光测距仪适用于0.05米至500米的距离，测量精度为+/- 1mm，重复性为+/-0.3mm。通常使用橙色的反射管作为反射器。在100m处，指定的精确度也适用于自然表面。如果在室外使用，即使在黑色目标表面或阳光直射的情况下，该设备也可以提供可靠的测量结果。
据统计，它们的测量精度为95.4%(符合ISO1938-2015定义)。这相当于+/-2σ，即标准偏差的两倍。这已经将因温度产生的距离误差以及线性误差考虑在内
文献
[1] Dimetix AG, Herisau/Schweiz: http://www.dimetix.com
[2] DIN EN ISO 1938-1 :2016-03 Geometrische Produktspezifikation (GPSI - Langenpruftechnik - Teil 1: Grenzlehren und Lehrung der Langen mane [ISO 1938-1 :2015). Berlin·Beuth
