标签: 激光测距

一、 前言 工程与建筑 行业<<<< 工程与建筑——建筑结构健康监测 摘要<<<< 在现代城市环境中，重型建筑施工常常必须在毗邻的邻近建筑和结构附近进行，而这些建筑和结构在挖掘和施工期间必须保持开放以供商业或居住使用。 传统的测量技术允许对位移进行+/-5mm的精度测量，但虹科Dimetix激光测距传感器技术允许在距离高达 500米 的范围内以 ±1毫米 的精度进行测量，以便 检测结构的任何移位或位移。 在如今高密度的建筑工地中，这些系统提供了更准确、更精确的方法，用于保护毗邻的建筑物和基础设施，防止因建筑施工而造成的损坏。 二、 挑战 Civionic Engineering & Consulting Inc.收到了一项独特的请求，需要测量 三个自由度中的毫米级 位移。该公司在华盛顿州设有办事处，被要求在三个月的时间内开发一个新的多轴、多传感器的结构健康监测系统。 在繁忙的体育综合场地中心，新的塔楼开发需要在 距离三座现有桥墩仅几英尺的地方进行挖掘 。开发商需要确保在新的高320英尺的综合商业/住宅开发的挖掘和建设期间， 现有桥梁结构不发生任何位移 。 现有桥梁结构的位移可能会产生灾难性的后果。结构的所有者希望在挖掘前建立一个高精度的测量系统，以便在挖掘和建设期间检测任何异常情况。 三、 解决方案 通过将 3个Dimetix激光测距传感器 与专业的高精度2D激光位置目标检测器相结合，Civionic Engineering & Consulting为客户提供了 0.3毫米的激光读数精度和0.1毫米的检测器精度 。 这些IP65防护等级的激光传感器配备了可选的加热器，以承受温度变化和恶劣的外部条件，并测量桥墩到体育场的横向位移，而检测器则测量横向和垂直位移。这些系统于2014年7月部署，并自那以后 每天24小时、每周7天不间断地收集读数 。 主要应用说明<<<< -该结构健康监测系统实现了24/7的数据收集和观测，具有 毫米级 的精度，这是传统测量方法所无法达到的。 - 精确的数据收集和监测 使得体育场在挖掘和建设过程中保持运营。 -高密度建筑区域内的相邻建筑和基础设施得到了保护，免受损坏。 -在 温度变化和恶劣外部条件下 ，对结构位移进行长距离监测。 - 无需维护——没有易损动件或易断的电缆 。 - 经济、坚固、紧凑的设计 。 四、 虹科Dimetix激光测距传感器 虹科Dimetix激光测距传感器 坚固耐用，精度高，经济高效 ，并且易于 集成 到大多数客户的控制系统中。这些激光器是测量孔深度的理想选择，并具有以下关键特性： 适用于大型设施的长测量范围 虹科Dimetix提供的激光器可以在0.05米到500米的范围内测量。 小的测量光斑尺寸，便于瞄准较小的目标板 接近激光的光斑尺寸约为0.15英寸;在 2m 处仅长到约 100 英寸大小 绝对位置准确性和高重复性 虹科Dimetix D系列激光传感器提供高达 1毫米 的绝对准确性和 0.3毫米 的重复性。Dimetix激光器是绝对的， 无需像传统轮式编码器那样重新校准。 可扩展温度范围 虹科Dimetix提供具有扩展温度范围的激光器，可覆盖 -40°C到+60°C 的范围。这对于户外起重机和高温轧机起重机非常有益，因为其温度要么非常低，要么非常高。 与典型控制系统匹配的输出协议和接口 包括： 各种通讯接口如SSI、RS-422/485、RS-232和2个数字输出。 此外，还 可以选择工业以太网接口PROFINET、EtherNET/IP和EtherCAT 全系列配件 NEMA 4X 和防爆外壳 安装支架 电缆布线 显示器和过程仪表

1 应用描述 处于行业领先地位的中空玻璃制造商们，需要一个传感器解决方案，根据非标托盘的精确高度，来监控和精确调整玻璃面板在生产传送带上的位置。这些托盘用于水平运输和存储玻璃板。Dimetix 激光测距传感器提供了几种和控制系统（常用于 制造和生产 应用中）进行通信的方法。 在整个设备中放置玻璃面板的区域，有一个伺服驱动的执行器系统。当玻璃沿着设备的输送线移动时，该系统识别并跟踪玻璃的前缘。当输送装置拾取玻璃后，就无法补偿在水平位置上运输和储存玻璃板的托盘的非标准高度。 Dimetix 激光测距传感器会测量托盘高度，从而可以调整其位置使玻璃面板停在托盘上。当玻璃面板停止运动时，机器开始将其精确地倾斜到托盘上，在这一点上，玻璃面板不可能滑动或放错位置。接下来，玻璃面板会被轻轻地放置在托盘上。 2 产品优势 传感器激光束可见，安装方便 最大工作温度范围在-40℃至+60℃，能适应各种艰苦环境 自然表面最大测量距离可达 100 米 加反射板最大测量距离可达 500 米 精度±1㎜ 重复精度±0.3㎜ 测量数据可以轻松传输至 PLC 或 PC 免维护运行 3 虹科DIMETIX 传感器——解决高精度应用要求的技术方案 得益于清晰的产品组合，选取一款合适的 Dimetix 激光测距传感器是非常简单方便的。 Dimetix的传感器为客户提供了许多的功能，并且这些功能都是作为标准集成在每台设备中，包括：各种通讯接口如 SSI、RS-422/485、RS-232 和 2 个数字输出 。 此外，还可以选择 工业以太网接口 PROFINET、EtherNET/IP 和 EtherCAT ，并且所有的设备都具有 IP65 的防护等级，且重量 不到 500 克 ，给人们留下了深刻的印象！ 除此之外，特别值得一提的是，我们的仪器 不仅可以在 500 米的测量距离上到达±1㎜的精度，并且即使是在最极端的条件下，也能保持良好的性能 ，DPE、DEN 和 DEH 等类型的传感器都可以做到这一点。 此外，DAE、DAN 和 DBN 类型的传感器的性能也同样十分优秀，但它们 更适用于测量距离在 500 米内或对成本敏感的项目 。 关于我们 虹科传感器技术 我们致力于更加精确简单的测量方案，与全球领先的高精度、高可靠性的传感器厂家进行技术合作，为客户提供全球先进的测量方案，包括激光测距、粘密度测量、光纤传感器、机电传感器等。通过提供各种不同的技术进行关键测量，消除了在恶劣严苛环境中对传感的限制，使客户能够得到最理想的结果。

1 应用领域：测地学/建筑学 应用类型：监测 01 应用描述 瑞士 Sol 公司的专家给 OWDST（上流水位压力隧道）内的测试轨道通电，目的是为了 监测注射时的隧道的被动偏差 。该自动监测任务分为三个部分，五个采样长度，当任何一个监测距离超过设置的预警线，注射操作便会立即在中途停止。监测的剖面图大约在 20 米的距离上。依赖于坚固的设计和精确的测量，虹科Dimetix 的激光测距传感器成为了该恶劣测量环境下的理想选择。水渠的被动偏差水渠的内壳材质采用的是厚度为 0.5 米的非钢筋混凝土。为了适应混凝土衬里的相应拉应力（内部应力），混凝土外壳需要一个外力来被动偏差。为此，在喷射混凝土衬里和混凝土外壳之间的环形缝隙中施加了一个喷射压力，考虑到硬化和密封加固，一般会事先在周围的山体上通过孔和单体填料进行喷射注入。 02 产品优势 监测方位的传感器 传感器激光束可见，安装方便 最大工作温度范围在-40℃ 至 +60℃，能适应各种艰苦环境 自然表面最大测量距离可达 100 米 加反射板最大测量距离可达 500 米 精度±1㎜ 重复精度±0.3㎜ 测量数据可以轻松传输至 PLC 或 PC 免维护运行 03 虹科DIMETIX传感器 ——解决高精度应用要求的技方案 得益于清晰的产品组合，选取一款合适的 Dimetix 激光测距传感器是非常简单方便的。Dimetix 的传感器为客户提供了许多的功能，并且这些功能都是作为标准集成在每台设备中，包括： 各种通讯接口如 SSI、RS-422/485、RS-232 和 2 个数字输出 。此外，还可以选择 工业以太网接口 PROFINET、EtherNET/IP 和 EtherCAT ，并且 所有的设备都具有 IP65 的防护等级 ，且 重量不到 500 克 ，给人们留下了深刻的印象！除此之外，特别值得一提的是，我们的仪器不仅可以在 500 米的测量距离上到达 ±1㎜ 的精度，并且即使是在 最极端的条件下，也能保持良好的性能 ，DPE、DEN 和 DEH 等类型的传感器都可以做到这一点。此外，DAE、DAN 和 DBN 类型的传感器的性能也同样十分优秀，但它们更适用于测量距离在 500 米内或对成本敏感的项目。 关于我们 虹科传感器技术 我们致力于更加精确简单的测量方案，与全球领先的高精度、高可靠性的传感器厂家进行技术合作，为客户提供全球先进的测量方案，包括激光测距、粘密度测量、光纤传感器、机电传感器等。通过提供各种不同的技术进行关键测量，消除了在恶劣严苛环境中对传感的限制，使客户能够得到最理想的结果。 联系我们

01. 应用背景 测量孔或深孔的深度是具有挑战性的。因为深孔无法使用机械手段进行实际测量。其他非接触式技术（如超声波），往往存在孔内壁反射的问题。 有这样测量需求的场景比如有： • 水箱中浮动的水位 • 深井中浮动的水位 • 加工中心送料管中的棒材位置 • 加工作业中的孔深测量 激光测距传感器可以很好地解决这一测量难题 。 02. 解决方案—非接触式孔深测量 虹科Dimetix激光测距传感器提供了一种精确且易于集成的非接触式孔深测量技术。 Dimetix激光测距传感器坚固耐用、精度高、性价比高，并且易于集成到大多数客户的控制系统中。这些激光器是测量孔深的理想选择。 虹科Dimetix D系列激光测距传感器提供了最佳的位置传感器，可实现以下关键特性: • 光斑尺寸小：接近激光的光斑尺寸约为0.15英寸；在100m 处增长到仅约2英寸大小 • 可提供从-40到+60 ℃ 的扩展温度范围 • 测量距离达 500m • 在整个范围内的绝对精度高达1mm，不受颜色、纹理和实际距离的影响 • 高达250Hz的快速测量，1kHz 输出 多种输出： • 内置标准：RS232、RS485/422、SSI 编码器、模拟、数字 I/O • 可选：Ethernet IP、Profinet、EtherCat 可集成到传感器中，使 Allen Bradley 和Siemens控制器的集成变得简单 全系列配件： • D系列校准单元的保护罩 • 安装支架 • 布线 • 显示屏和过程仪表 03. 扩展介绍 得益于清晰的产品组合，选取一款合适的虹科激光测距传感器是非常简单方便的。虹科的传感器为客户提供了许多的功能，并且这些功能都是作为标准集成在每台设备中，包括：各种通讯接口如SSI、RS-422/485、RS-232和2个数字输出。 此外，还可以选择工业以太网接口PROFINET、EtherNET/IP EtherCAT，并且所有的设备都具有IP65的防护等级，且重量不到500克，给人们留下了深刻的印象！ 除此之外，特别值得一提的是，我们的仪器不仅可以在500米的测量距离上到达±1㎜的精度，并且即使是在最极端的条件下，也能保持良好的性能，DPE、DEN和DEH等类型的传感器都可以做到这一点。 此外，DAE、DAN和DBN类型的传感器的性能也同样十分优秀，但它们更适用于测量距离在500米内或对成本敏感的项目。

激光，英文名称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（简称LASER），意思为原子受激辐射的光，故称激光，激光的产生原理，是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出，被引诱（激发）出来的光子束（激光）。 激光与普通光源相比，具有单色性、高亮度、方向性等优势，被广泛应用于工业生产和科研实验等各个领域，激光测距便是其中应用较为广泛的一项技术。 1. 激光测距技术的特点 激光测距技术是一项非接触式的工业测量技术，与传统的接触式测距技术相比具有以下的特点 【1】 ： （1）激光测距时，无需与测量表面进行接触，物体的表面不会产生形变 （2）激光测距时被测物体表面不会发生磨损，降低了额外的损失 （3）在很多特殊的环境下，没有条件用常规测量工具接触测量，只能使用激光测距技术 2. 激光测距技术的原理 激光测距目前主要的测量方法有：激光脉冲测距、激光相位测距、激光三角法测距等，不同的测量方法对应不同常用的测量范围和精度，激光脉冲测距主要应用于远距离测距，测量距离在km级以上，精度较低，一般是米级精度；激光相位测距适用于中长距测量，常用测量范围包括50米、150米、300米、以及500米不等，精度较高，一般是毫米级精度；激光三角法测距则一般用于短距离（常见测量范围在2米以内），高精度的测距任务，一般精度能达到微米级，但测量距离较为限制。 （1）激光脉冲测距法 【2】 激光脉冲测距法工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。通过测量光脉冲往返待测点的时间，乘以光速并除以2，计算出被测目标的距离，计算公式如下： D=ct/2 D：测量点A、B间的距离，c：光速，t：光脉冲往返AB两点间1次所需时间， （2）激光相位测距 【3】 激光相位测距的原理，是将一低频调制信号对发射光波的光强进行调制, 利用测定“调制光波”往返于被测距离的相位差, 间接求得待测距离D。 其距离的一般计算公式为: 其中，Փ：调制光在距离为 2D 上的相位差, c ：调制光的传播速度, t ：调制光在待测距离往返一次所需要的时间, f ：调制光的频率。 在图 1 中, A 表示调制光波的发射点, B 表示安置反射器的地点, A′表示所发出的调制光波经反射器反射后的接收地点。AA′两点间的距离即是待测距离D的2倍。 故: Փ =N 1 2π+ΔՓ 1 , 由于N 1 并不是一个定值, 所以这可能引起多值解。 为解决这一问题, 我们常采用多个频率的调制信号来测定同一距离。该频率在相位测距中也称为测尺频率，测尺频率的波长称为测尺长度，当被测距离小于测尺长度时, 则不存在多值解，由于测尺长度越大，测量精度就越低，所以出于精度的考虑，我们需要将测尺长度控制在合适的范围内。 图1 激光相位测距的原理图 【3】 （3）激光三角法测距 【1】 使一束激光以特定角度照射到待测物体的参考位置上，然后激光在待测物体上会发生散射、漫反射，将光敏传感器件放置在另一特定位置接收经透镜汇聚后的散射光、漫反射光。待测物体发生位移后，再使一束激光以特定角度照射到待测物体的待测位置上，将光敏传感器期间放置在同一特定位置接收此时的散射光、漫反射光，因为待测物体位移前后激光散射漫反射后的光路不同，光敏传感器件上光斑中心位置也不同，将前后两次光斑中心位置代入几何三角关系中，从而计算出物体的位移距离。 3. 相位式激光测距传感器的应用： 相位式激光测距传感器的应用非常广泛，其测量距离从几十米到几百米不等，精度一般在毫米级，与工业中大多数的应用需求相符合，相位式激光测距传感器的用途包括尺寸测量、位置测量、液位测量、形变监测、海啸/泥石流等自然灾害监测、定位等，根据不同的应用领域和工况，其作用也不同： （1）金属工业 例如金属切割应用中，我们常常需要切割指定规格指定长度的金属，通过将激光测距设备安装在切割设备上，对切割长度进行监测，准确进行切割。此外还包括钢铁的锻造和灌装等，由于金属锻造时温度很高，激光测距传感器可以无接触的对金属的锻造工艺过程进行监测和控制，提高了工艺生产的效率。 （2）桥梁建筑 通过激光测距传感器对桥梁的上下桥面进行监测，监测桁架倾斜和变形；此外如历史建筑，包括教堂建筑等，对其进行保护不仅符合业主的利益，而且也是对业主的尊重。通过我们的激光测距传感器，我们可以监测这些建筑物的微小“移动”，以并对它们进行细致的监测和保护。 （3）轨道铁路 铁路的轨道监测包括铁路基础设施的监测，铁路隧道形变监测，山区铁路岩层的泥石流监测等 （4）仓储物流 例如常见激光测距传感器用于料仓的料位，物流卡车的位置监测与定位等 参考文献： 宋宇健. 基于CCD激光三角法测距系统的设计与实现 .西安工业大学,2018. 激光传感器工作原理：http://article.cechina.cn/12/0412/03/20120412033047.htm 王秀芳,王江,杨向东,王磊,吴志海.相位激光测距技术研究概述 .激光杂志,2006(02):4-5.