Functionality and technology of optical distance sensors

How does a laser distance sensor work?

距离测量是基于三角测量原理。激光束打在物体上形成一个小点，传感器（光电二极管阵列）的接收器对该点的位置进行检测。入射角随距离而变化，因而激光点在接收器上的位置也相应变化。光电二极管阵列由内置微控制器读取。控制器根据光电二极管阵列上的光分布精确地计算角度，然后据此计算出与目标物之间的距离。此距离值可通过串口发送，也可转换为与距离成正比的输出电流。微处理器确保获得很高的线性度和测量精度。光电二极管阵列与微控制器相结合，抑制了干扰性反射光，从而提供可靠的难测表面数据。传感器通过调节内部灵敏度来适应不同的颜色，从而使其不受物体颜色的影响。如果在测量范围内没有物体，或者如果所接收到的光不足以准确地检测物体（例如，如果传感器脏了），则将触发一个数字量输出。分辨率和精度会随着距离的变化而变化。对于相同的距离变化Δd，在靠近传感器处，它使角α1发生较大的变化；而在远离传感器处，则使角α2发生较小的变化（见图）。这种非线性特性可以用微控制器进行校正，从而使输出信号与距离保持线性关系。

Laser distance sensors

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三角测量法

测量功能

距离测量

在测距应用中，传感器可以随时投入使用，直接给出与物体之间的距离。测量值可用于系统控制或物体的精确定位。此外，还可以选择对数字量输出进行参数设置。

窗口测量

如果需要检测物体的尺寸精度，可直接进行窗口测量：通过对参照物进行自学习，传感器可直接测得与标称尺寸的偏差。在这种情况下，数字量输出也可以相应地进行参数设置。

光束形状

除了传感器的尺寸和测量范围，光束形状也尤其重要。通过不懈努力和深入研发，堡盟现推出采用三种不同形状光束以及最新多点测量原理的产品系列：

点激光

精准聚焦，光斑直径不超过0.4 mm，能精确测量小尺寸物体

线激光

超细线激光，宽度小于10 mm，能可靠测量粗糙表面以及带纹理的彩色表面

多点激光

300 mm超宽线激光，每次可记录600多个测量值，在光泽不均匀或极其粗糙的表面上也能进行稳定的测量。

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Laser distance sensors

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Smart 2D profile sensors

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特点

良好的抗环境光干扰能力

凭借强大的内置评估算法，激光测距传感器具有极强的抗外部光线干扰能力，从而确保稳定可靠地运行。

自动曝光控制

通过改变透射强度、优化曝光时间，堡盟光电测距传感器可自动适应不同的物体颜色及亮度水平，因此不受物体反射率的影响。此外，它们还可以测量反射率低至2%的物体。

同步输入/触发

多个传感器同时进行测量时，可利用同步输入功能实现同步。在测量厚度时，两个传感器可在同步模式下通过同步输入同时被触发。另一方面，如果多个传感器在同一应用中会相互干扰，那么它们可以在异步模式下依次运行。

过滤功能可调

启动过滤功能可减小输出信号的噪音，从而提高分辨率。此外，过滤功能也可用于抑制测量误差。只有在采集到的测量值达到规定数量后，输出才会发生变化。因此，过滤不会影响测量频率，但会影响响应时间。用户可以选择预先设置的精度模式，对过滤功能进行配置。

测量范围可调

用户可通过自学习按钮、自学习线或者显示屏，在最大测量范围内调节具体的测量范围。模拟量输出的整个范围在此自学习范围之内，因此可以提高测量精度。出厂设置为最大测量范围。

可设置开关量输出

一旦定义的测量值超过或低于预设水平，开关量输出就会触发开关动作。对于可靠的开关量信号，迟滞误差（开关点与复位点之间的差异）可以按毫米为单位设置（绝对值），从而保证用户的系统安全运行，不管物体在视场中处于什么位置。

飞行时间/运行时间测量法

With the time-of-flight measurement method distances are measured indirectly by measuring the time required by a signal to travel the length of the range to be covered. This translates into the real world as follows: a sender unit is emitting a burst signal which, when reflected by an object, is picked up by the sensor's receiver. The sensor's electronics evaluates the time elapsed and/or the phase-shift encountered which is then converted into distance information. By applying the run time technology objects can be detected precisely and reliably even at long distances.