激光測(cè)距傳感器安裝在堆垛機(jī)的桅桿上，以毫米精度測(cè)量堆垛機(jī)的操作位置。

近幾年來，激光測(cè)距傳感器在電子技術(shù)、激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展，為激光測(cè)距傳感器的改進(jìn)獲取了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

有許多應(yīng)用中，需要以高精度和盡可能快的速度測(cè)量大距離，以完成定位、測(cè)量或監(jiān)測(cè)任務(wù)。典型應(yīng)用范圍從配送中心的存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)和ASRS穿梭車(自動(dòng)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng))，從大型儲(chǔ)罐或筒倉中的邊緣控制到機(jī)械工程，例如用于加工金屬管道或機(jī)械切割梁或板時(shí)。

即使是門式起重機(jī)或港口起重機(jī),也依賴于高精度的長(zhǎng)距離測(cè)量，甚至隧道掘進(jìn)機(jī)也需要這種快速、精確的距離測(cè)量解決方案。近幾年來，激光測(cè)距傳感器在電子技術(shù)、激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展，為激光測(cè)距傳感器的改進(jìn)獲取了關(guān)鍵基礎(chǔ)。目前激光測(cè)距傳感器技術(shù)型發(fā)展方向主要包括微型化、復(fù)合化、數(shù)據(jù)化等幾個(gè)方面。它的技術(shù)加工非常精細(xì),而且技術(shù)的成熟度相對(duì)較高，在各種復(fù)合化功能中也達(dá)到相關(guān)要求，通過單個(gè)傳感模塊實(shí)現(xiàn)了多種功能。

激光距離傳感器通常是測(cè)量光束的飛行時(shí)間或相移。光的飛行是快速的，且由于測(cè)量時(shí)間相當(dāng)復(fù)雜，通常不夠準(zhǔn)確。相移的測(cè)量取決于距離，且明顯更準(zhǔn)確，但由于計(jì)算評(píng)估更復(fù)雜，不像測(cè)量飛行時(shí)間那樣快速。

因此，虹科的合作伙伴Dimetix AG通過評(píng)估運(yùn)動(dòng)時(shí)間和相位偏移，將兩種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到激光測(cè)距傳感器中。為了實(shí)現(xiàn)高測(cè)量速度，該方法使用激光振幅的高頻調(diào)制，并評(píng)估這些調(diào)制高頻信號(hào)(脈沖串)的相位位置和間距。為此，激光束以短間隔進(jìn)行調(diào)幅(圖1)。這使得單個(gè)脈沖束的傳播時(shí)間隨距離變化的情況、以及被調(diào)制的脈沖束內(nèi)單個(gè)波的相位變化可以被極快地測(cè)量出來。因此,傳感器的測(cè)量速度比平時(shí)更快，即使在很遠(yuǎn)的距離（500米）也能提供精確的值。測(cè)量速度范圍高達(dá)250 Hz, 輸出率為1kHz。

▎圖1 ?由于激光束的振幅調(diào)制，傳感器的測(cè)量速度比平時(shí)快，即使在遠(yuǎn)距離也能提供準(zhǔn)確的數(shù)值。

這樣一個(gè)傳感器的內(nèi)部由眾多組件組成(見圖2) :帶有激光二極管和超快速驅(qū)動(dòng)器的光發(fā)射器，帶有透鏡、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接收器，高性能數(shù)字信號(hào)處理、存儲(chǔ)器、輸入和顯示元件，以及大量數(shù)字和模擬工業(yè)接口。所有這些都裝在一個(gè)專為工業(yè)用途而設(shè)計(jì)的緊湊型外殼中。此外，還設(shè)計(jì)了具有加熱功能的傳感器型號(hào)，因此激光傳感器也可以在寒冷的室外環(huán)境中運(yùn)行，無需外部加熱。

▎圖2 ??Dimetix激光測(cè)距傳感器內(nèi)部組件

由于其長(zhǎng)度為140mm，寬度為78mm，高度為48mm的小尺寸，這些輕量級(jí)(350g)的傳感器可以很容易地集成到各種應(yīng)用中。在ASRS穿梭系統(tǒng)中也可以找到類似的應(yīng)用，該系統(tǒng)被用于許多配送中心的訂單處理和存儲(chǔ)。在傳感器的幫助下，梭子可以以毫米精度放置在需要裝載或卸載產(chǎn)品的位置。堅(jiān)固的外殼符合IP65的要求，因此它也可以用于惡劣的工業(yè)環(huán)境和戶外使用，例如用于隧道鉆孔或建筑機(jī)械，甚至在鋼鐵行業(yè)等高溫環(huán)境下在熱表面上進(jìn)行測(cè)量(圖3)。

▎圖3 即使在高的環(huán)境溫度下，這些傳感器也能快速、可靠地提供準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

01

測(cè)試類型設(shè)置

虹科Dimetix傳感器支持不同類型的測(cè)量。根據(jù)應(yīng)用程序，可以在以下測(cè)量類型之間進(jìn)行選擇:

單距離測(cè)量:使用sNg命令(N表示傳感器的ID，例如ID 0 => s0g)觸發(fā)單個(gè)距離測(cè)量。測(cè)量結(jié)果立即發(fā)送到所有輸出接口。這一過程可以在收到傳感器響應(yīng)后立即重復(fù)。在監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，常用的是單距離測(cè)量方式。

單傳感器跟蹤:可以使用sNh命令觸發(fā)連續(xù)測(cè)量。根據(jù)應(yīng)用程序的不同，傳感器可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間連續(xù)輸出測(cè)量距離。所需的采樣時(shí)間可以用命令sNh+x (x可以在0到8,5 40 ,000毫秒之間自由設(shè)定)。這種類型的測(cè)量被用于各個(gè)領(lǐng)域(木材工業(yè)，鋼鐵工業(yè)，監(jiān)測(cè)，物流等)。

使用緩沖跟蹤:如果幾個(gè)傳感器連接到一個(gè)串行接口(例如RS-485)時(shí)，通常某一個(gè)傳感器不可能長(zhǎng)時(shí)間占用數(shù)據(jù)傳輸通道，這時(shí)該傳感器采用了跟蹤緩沖模式sNf (sNf+x, x in ms)，使該傳感器可以獨(dú)立于其他傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果緩沖在傳感器中，只有通過當(dāng)PLC發(fā)送sNq命令，傳感器才會(huì)返回結(jié)果。這意味著數(shù)據(jù)線只需要占用很短的時(shí)間。這種測(cè)量方法主要應(yīng)用于有多個(gè)傳感器連接在同一個(gè)總線上的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

02

橋梁監(jiān)測(cè)應(yīng)用方案

使用邊緣計(jì)算的橋梁監(jiān)測(cè)，經(jīng)常受到天氣、重載荷和運(yùn)動(dòng)的影響。為了檢測(cè)可能的變形，同時(shí)不因測(cè)試而造成交通的中斷，建議采用連續(xù)測(cè)量并報(bào)告橋梁變化的方法。基于激光測(cè)距傳感器，虹科與Dimetix提供了一個(gè)合適的解決方案。由于其精度+-1mm和高達(dá)250Hz的高測(cè)量速率，該傳感器甚至可以檢測(cè)橋梁最小的運(yùn)動(dòng)。由于其測(cè)量距離長(zhǎng)，該傳感器可以在橋梁附近靈活安裝。傳感器收集的數(shù)據(jù)由Welotec傳輸?shù)竭吘壘W(wǎng)關(guān)并進(jìn)行處理。網(wǎng)關(guān)在Azure I0T Hub和Azure Edge完全云集成，實(shí)現(xiàn)了分散數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序配置。軟件環(huán)境和集成防火墻也最大程度上確保了安全性；用戶可以安全的進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)，顯示在儀表板上，并與警報(bào)系統(tǒng)相連。因此，如果在橋上出現(xiàn)明顯的測(cè)量異常，操作員可以立即行動(dòng)并采取必要措施。?

編輯：黃飛 ?

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