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【常见问题】位移传感器使用过程中需要关注测量精度的相关事项

发表时间:2021-07-13 23:41

对于使用激光位移传感器进行高精度测量时的精度,其中一个需要注意的要点是重复精度。

  • 重复精度=测量静止物体时的测量值变化

重复精度与再现性有所区别。

  • 再现性=不断将物体移动到同一位置上,随后在相同位置上测量相同物体时的测量值变化。

激光位移传感器的重复精度主要受以下几种因素影响:

  1. 平均值的数量

    如果静止目标的重复精度低是因为表面的细微变化,则增加平均值的数量N可将变化程度减少为1/根号(N)。如果因为测量时间限制而无法增加平均值的数量,则可将该变化程度作为指标。

  2. 参考距离的差异

    在测量距离较短(指标:50mm内)并使用三角测量法的位移传感器上,通常越靠近“参考距离”(光学系统在该距离上的性能最优),重复精度越高。

  3. 受光量

    受光量不足会造成光电元件中的信噪比较低,重复精度也会大幅下降。

    因此,对于激光位移传感器,最重要的一点是保证适度的受光量。以下是造成受光量不足的可能原因。

    1. 在透过小孔测量时,部分受光被小孔堵住,没有返回。

    2. 从较斜的角度测量反光强烈的目标。

  4. 空气波动的影响

    在通常的环境下,温度的细微差异会造成空气对流。相同温度的空气形成一定体积的气团并缓慢流动。这就称为“空气波动”。热雾就是一个很好的视觉现像案例。

    当气团穿过激光位移传感器的光轴时(无论是光轴的传输或返回部分),光束位置会发生轻微的偏离并造成测量值波动。波动的程度无规可循。工作距离越长,气团就越有可能穿过光轴。随着空气波动影响的加大,就很难达到标定重复精度指标。

    通常情况下,符合规格的测量环境必须满足一定的条件:要求无人员进出且无温度变化。有以下两种方法可模拟这类环境。

    1. 预留一个尽可能狭窄和封闭的空间,将位移传感器和目标物放在该空间内进行测量。

    2. 强制送风(空气净化),如下图所示。


除重复精度之外,还有两个因素会影响到激光位移传感器的测量精度。

  1. 测量系统中的轻微振动向量。

    1. 如果测量值的波动大于位移传感器的重复精度,则原因可能时安装夹具的振动。如果位移传感器的测量方向并非水平,人员在地面上走动会造成轻微的振动并传递给安装夹具。通常认为就是这种振动源造成测量依次产生0.1um到数um的波动。

    2. 可以选择以下两种方式解决该问题:

      1. 使用低通滤波器功能;

      2. 使用一体式夹具固定传感器和工件。

  2. 关于输出/输出分辨力

    1. 可使用两种输出信号获取位移传感器的输出:数字信号和模拟电压或电流。当使用模拟电压或电流时,由于共态噪声,设备辐射噪声和电源噪声的影响,波动可能会加剧。

    2. 可采取以下三种措施解决该问题:

      1. 通过更改模拟定标为1mV制定更精细的测量值。

      2. 在用于处理模拟信号的设备上加入平均值和过滤功能。

      3. 使用更粗更短的电缆进行布线,使用双核心屏蔽电缆。


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