激光测距传感器:测距传感器

2021/11/09 12:35 · 传感器知识资讯 ·  · 激光测距传感器:测距传感器已关闭评论
摘要:

激光测距传感器:测距传感器激光测距兰宝高精度激光测距传感器,具有智能、坚固、便捷等特点。智能:传感器可以自行进行增益控制,即根据目标物的反射率进行自适应控制和优化,能够实现从黑色橡胶到光滑金属表面的稳定测量;改

激光测距传感器:测距传感器  第1张

激光测距传感器:测距传感器

激光测距

兰宝高精度激光测距传感器,具有智能、坚固、便捷等特点。智能:传感器可以自行进行增益控制,即根据目标物的反射率进行自适应控制和优化,能够实现从黑色橡胶到光滑金属表面的稳定测量;改进传感器结构,纯机加工工艺比普通塑料外壳更加坚固耐用,电磁防护功能更好,由于是基于光学基础的一体化设计,避免了因基础偏斜而造成测量误差的风险;便捷:传感器体积小巧,所需安装控件小,重量轻便,易于安装,是移动物体上安装的理想之选,相对于分体式架构,减少空间需求,降低故障点。

激光测距传感器:激光发明前,坦克如何测距?炮塔上一对小耳朵,就像单反相机对焦

在二战末期以前,坦克是没有专业测距机的,炮手通常目视估算距离。但众所周知,只凭借人眼的目视进行测距,精准度是相当低的,百米误差可能有10米左右,而且测距的距离也就在500米左右,再远就很难分辨距离了。
在二战时期,坦克开始使用简单的光学测距,早期多数使用瞄准镜密位测距,又称分划测距,就是类似狙击步枪那种瞄准镜,在镜子里有分划,通过测距曲线套住敌人目标,估算敌目标高度或宽度,然后通过目标在测距曲线上的位置,或者密位分划,直接读数。但战场上目标多种多样,宽度和高度也不一样,因此测得的距离误差很大。
二战时,甚至有坦克车长不满意分划测距的效果,要自带一个炮兵使用的炮队镜,伸出炮塔外面进行精确测距。因此这时候的坦克最多的还是靠炮手的经验,粗略测距以后,然后通过实弹射击观察弹着点进行修正。
以密位测距瞄准最成熟应用的二战德国虎式坦克为例,安装有一套卡尔·蔡司公司出品的TZF-9瞄具,这是一种铰接式双筒测距射击瞄准具,双物镜与主炮管平行安装,通过测得目标宽度或高度的相应密位,来读出目标距离。此外虎式坦克还有一个合像式的辅助测距机,可在炮塔外操作,用于远距离测量,以便进行主炮的远距离炮击。
后来,英国发明了坦克使用的体视测距机,有点类似防空兵的光学测距机,通过人眼瞳孔间的“体识”感觉来进行测距,通过光学补偿器使目标像与测标在纵深距离上感觉相同来判断目标真实距离。使用双物镜的立体原理,炮长操作测距瞄准镜,不断拉近和放远目标,当从目镜中看到目标具有立体感时,会出现一个“之”字型的分划,上面的读数就是目标距离。这种体式瞄准镜比较精确,对于运动目标的捕捉能力比较强,但操作非常复杂,而且需要反复训练,操作手还应该具有敏锐的立体感。总之士兵的体验感极差,很不好用。
再后来,德国和美国研制了合像式测距机,这比体视测距好用了一点点,在二战末期和五六十年代的坦克,炮塔两侧突出的两个鼓包形状的“小耳朵”,就是合像测距机的镜头,炮塔里面是一根横穿而过的光学瞄准基线筒,通过已知长度的基线两端到目标连线所构成的夹角来测定距离的。在目镜里看过去是上下两片错开的景象,调节测距手柄,让两片景象重合在一起,此时的测距读数就是目标真实距离。对,以前许多单反相机的手动对焦方式,与合像式测距机就很类似。
合像式测距机非常好用,而且测距相对准确,误差只有2%,也就是一千米误差20米,尽管这个成绩比体视测距机稍微差一点,但在野战时完全够用。不过,合像式测距需要短停使用,不能行进间测距。合像式测距机要求目标轮廓清晰,由于战场上目标多种多样,目标轮廓不清晰等原因,实际操作的误差要比理论误差大得多。具体效果嘛,谁用谁知道。
直到激光测距机出现以后,坦克测距能力才有了质的飞跃,坦克的远程精确射击才有了可能。我国在70年代末和80年代初,从英国等几个欧洲国家一揽子引进了105毫米线膛炮和四种弹药,激光测距火控系统,二代微光夜视系统,先进的坦克电台系统,自动灭火抑爆系统以及集体超压三防系统。这就是著名的“三七工程”,79式主战坦克就是“三七工程”的产物。
“三七工程”从英国引进的激光测距火控系统,属于光点投射式的扰动式坦克火控,射手先初瞄,然后激光测距,弹道计算机完成诸元计算,计算机解算射击诸元驱动瞄准镜中一个阴极射线管产生一个光点投射到瞄准镜视场中,射手再次瞄准新光点,即可射击,免去了以往射手需要使用分划测量距离,跟踪目标运动方位,默念计数,估算提前量等复杂的计算和操作,使射击反应速度和测瞄精度得到极大提高。
后来到了研制80式坦克的时候,又改进为自动装表简易火控,也是先瞄准目标,然后激光测距,然后弹道计算机自动解算,然后火控系统会自动装订表尺,瞄准镜里的表尺光标会自动下移,然后自动抬炮口将表尺光标再次对准目标,然后炮手就可以击发。这套系统具有停止间对活动目标的射击能力。
再后来,我国又研制了更先进的潜望式激光测距扰动火控系统,安装在88B坦克上。这套火控不仅配套有三合一炮长瞄准镜(具备瞄准、激光测距和微光夜视功能),且装备了以数字式火控计算机为中心的各种传感器,并具备自检能力,因此在反应时间、精度,日常维护等方面都有了很大的进步。这套火控系统在国家靶场定型试验中,2000米“动对动”射击命中率达90%。
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激光测距传感器
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激光测距传感器:先由激光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。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可测定目标距离。
中文名
激光测距传感器
外文名
Laser Distance Sensor
量 程
0.02-300m
精 度
±1.5-5mm
工作原理
相位式
数据接口
RS232/RS485/电流环
激光等级
class 2
工作电压
12-15V
目录
1
工作原理
2
传输方式
3
产品特点
4
主要应用
5
分类
6
测量原理
7
技术参数
8
发展
9
解决问题
10
广泛用途
11
区别
12
应用实例
?
传送带箱子宽度
?
保护成型冲模
?
二轴起重机定位
激光测距传感器工作原理
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激光传感器必须极其精确地测定传输时间,因为光速太快。如,光速约为3X10^8m/s,要想使分辨率达到1mm,则测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间:0.001m/(3X10^8m/s)=3ps要分辨出3ps的时间,这是对电子技术提出的过高要求,实现起来造价太高。但是如今的激光传感器巧妙地避开了这一障碍,利用一种简单的统计学原理,即平均法则实现了1mm的分辨率,并且能保证响应速度。远距离激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光,由光电元件接收目标反射的激光束,计时器测定激光束从发射到接收的时间,计算出从观测者到目标的距离;LED白光测速仪成像在仪表内部集成电路芯片CCD上,CCD芯片性能稳定,工作寿命长,且基本不受工作环境和温度的影响。因此,LED白光测速仪测量精度有保证,性能稳定可靠。
[1]
激光测距传感器传输方式
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ZYT-0100数据传输方式采用RS232/RS422.该型传感器可实现区域检测控制,输出开关量或电平信号。
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激光测距传感器产品特点
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测量范围广,响应速度快;远距离测量无需反光板;测量精度高量程大;905纳米安全激光对人眼无伤害;体积小安装调试方便;在线式连续测量达到无人值守连续监测;
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激光测距传感器主要应用
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运动物体位置监控;铁路接触网测量、建筑物限界测量;不宜接近的物体测量;工业自动化和生产智能管理;汽车车速、流量统计;工业监控信号触发控制;塔吊行吊XY定位;靶距自动控制;船舶安全停靠位置监控;集装箱定位;汽车安全车距测量;高架电缆测量、限高测量;测量传送带上箱子的宽度;
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激光测距传感器分类
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按照测量频率可分为:ZYT-0100-1 10Hz RS232/RS422ZYT-0100-2 50Hz RS232/RS422ZYT-405 50Hz 该型属于区域测距检测控制传感器;输出开关量或电平信号
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激光测距传感器测量原理
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基本原理是光学三角法:半导体激光器①被镜片②聚焦到被测物体⑥。反射光被
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镜片③收集,投射到CMOS阵列④上;信号处理器⑤通过三角函数计算阵列④上的光点位置得到距物体的距离。这种原理的测距仪一般是用来测量2000mm以下短程距离(行业称之为位移),精度更高,最高可达1um,常用在铁轨、产品厚度、平整度、尺寸等方面。比如激光位移传感器ZLDS100,在上述方面的应用就非常多。
ZYT-0100激光测距传感器
激光测距传感器技术参数
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测量精度:±2mm分辨率:0.1mm重复性:0.5mm测量距离:0.1~30m任何物体表面30~150m需要加反射器供电电压:10~24V功率消耗:1W激光等级:650nm红色可见2级安全激光≤1mW开关量:报警输出模拟量:4~20mA防护等级:IP65使用寿命:≥h重量:2.0KG
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激光测距传感器发展
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激光在检测领域中的应用十分广泛,技术含量十分丰富,对社会生产和生活的影响也十分明显。激光测距是激光最早的应用之一。这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点。1965年前苏联利用激光测地球和月球之间距离(km)误差只有250m。1969年美国人登月后置反射镜于月面,也用激光测量地月之距,误差只有15cm。利用激光传输时间来测量距离的基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离。激光测距虽然原理简单、结构简单,但以前主要用于军事和科学研究方面,在工业自动化方面却很少见。因为激光测距传感器售价太高,一般在几千美元。实际上,所有工业用户都在寻找一种能在较远距离实现精密距离检测的传感器。因为许多情况下近距离安装传感器会受物理位置及生产环境的限制,如今的激光测距传感器将为这类场合的工程师排忧解难。
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激光测距传感器解决问题
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激光距离传感器可用于其它技术无法应用的场合。例如,当目标很近时,计算来自目标反射光的普通光电传感器也能完成大量的精密位置检测任务。但是,当目标距离较远内或目标颜色变化时,普通光电传感器就难以应付了。
超声波传感器
虽然先进的背景噪声抑制传感器和三角测量传感器在目标颜色变化的情况下能较好地工作,但是,在目标角度不固定或目标太亮时,其性能的可预测性变差。此外,三角测量传感器一般量程只限于0.5m以内。超声波传感器虽然也经常用于检测距离较远的物体,而且由于它不是光学装置,所以不受颜色变化的影响。但是,超声波传感器是依据声速测量距离的,因此存在一些固有的缺点,不能用于以下场合。①待测目标与传感器的换能器不相垂直的场合。因为超声波检测的目标必须处于与传感器垂直方位偏角不大于10°角以内。②需要光束直径很小的场合。因为一般超声波束在离开传感器2m远时直径为0.76cm。③需要可见光斑进行位置校准的场合。④多风的场合。⑤真空场合。⑥温度梯度较大的场合。因为这种情况下会造成声速的变化。⑦需要快速响应的场合。而激光距离传感器能解决上述所有场合的检测。
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激光测距传感器广泛用途
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自动检测和控制的方法中,除了超声波传感器和普通光电传感器外,又增加了一个能解决长距离测量和检验的新方法—激光距离传感器。它为各种不同场合提供了应用的灵活性,这些场合可包括如下:①设备定位。②测量料包的料位。③测量传送带上的物体距离和物体高度。④测量原木直径。⑤保护高架起重机免于碰撞。⑥无误差检查场合。
激光测距传感器区别
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激光测距传感器
激光距离传感器为工控产品,完全采用工业标准设计、生产和检测,可在线24小时连续实施测量,并且可以多台组网测试。激光测距仪完全是民用标准,不能实施工业测量。
激光测距传感器应用实例
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激光测距传感器传送带箱子宽度
使用两个激光传感器,在传送带的两侧面对面安装。因为尺寸变化的箱子落到传送带上的位置是不固定的,这样,每个传感器都测量出自己与箱子的距离,设一个距离为L1,另一个为L2。此信息送给PLC,PLC将两个传感器间总的距离减去L1和L2,从而可计算出箱子的宽度W。
激光测距传感器保护成型冲模
机械手把一根预成型的管材放进液压成型机的下部冲模中,必须保证每次放的位置准确。在上部冲模落下之前,一个发散型传感器测量出距离管子临界段的距离,这样可保证冲模闭合前处于正确位置。
激光测距传感器二轴起重机定位
用两个反射型传感器面对反射器安装,反射器安装在桥式起重机的两个移动单元上。一个单元前后运动,另一个左右运动。当起重机驱动板架辊时,两个传感器监测各自到反射器的距离,通过PLC能连续跟踪起重机的精确位置。有了这种新式廉价激光测距传感器,反射性或多颜色的目标长距离位置检测即使在检测角度变化的情况下也没问题了。
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激光测距传感器
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激光测距传感器选购的时候需要注意哪些事项?
激光测距传感器在当今的工业测量行业中中可谓是测量的一把小能手,它所具有的优势是绝大部分测距传感器所不能相比拟的。但是哪怕稳定性好的激光测距传感器性能再为优良,选择不到合适的激光测距传感器也无用。那么消费者朋友们在选择的时候如何才能购买到合适的激光测距传感器呢?一、注意根据测...
2019-01-180
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激光测距传感器的数据输出形式和实际应用场景分享
激光测距传感器的数据输出形式:1、数字输出型主要有三种形式:RS232、RS485、无线传输。根据实际传输的通讯距离和地形复杂程度选择具体的数字输出类型⑴RS232输出,一般适用于10米以内的近距离传输,抗电磁干扰的能力较弱;⑵RS485输出,适用于远距离传输,一般不大于1...
2019-04-300
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烟台莫顿测控技术有限公司
激光测距传感器系列介绍
高精度激光测距传感器MSE-LT150,测量精度可以达到mm级。...
2021-02-250
参考资料
1.

国产激光测距传感器
.仪器仪表[引用日期2012-08-27]
2.

激光测距传感器应用于测量传送带上箱子的宽度
.中国移动物联网[引用日期2013-01-05]
激光测距传感器:测距传感器  第3张

激光测距传感器:索尼发布行业首创*1应用于汽车激光雷达的堆叠式SPAD深度传感器 通过提升汽车激光雷达应用的探测和识别能力,增强未来移动出行的安全保障

(2021年9月6日,日本厚木)— 索尼半导体解决方案公司今天宣布即将推出行业首创*1的直接飞行时间(dToF)堆叠式SPAD(单光子雪崩二极管)深度传感器IMX459,可用于汽车激光雷达。
*1:作为应用于汽车激光雷达的堆叠式SPAD深度传感器,截至2021年9月6日发稿时间。
该产品将尺寸仅为10平方微米的SPAD (单光子雪崩二极管)像素*2和测距处理电路封装在单个芯片上,形成了紧凑的1/2.9型外形尺寸,可进行高精度、高速度的距离测量。
*2:SPAD是一种像素结构,可利用雪崩倍增技术,将单个入射光子的电子放大,从而形成雪崩式叠加。
高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶(AD)的普及对汽车激光雷达的探测和识别能力有了更高的要求,此款新型传感器可提升激光雷达的表现,从而有助于实现安全、可靠的未来移动出行。
可用于汽车激光雷达的IMX459 SPAD ToF深度传感器
*3:基于图像传感器的有效像素测定方法。
除了车载摄像头和毫米波雷达等传感设备,激光雷达作为一种高精度探测和识别道路状况以及汽车和行人等物体位置和形状的手段,正变得越来越重要。同时,激光雷达进一步发展并深入市场仍然需要克服一些技术障碍,包括需要进一步提高测距性能;不受使用环境和条件限制,始终实现更高的安全性和可靠性;以及向固态化*4设计转变来实现小型化和更低的成本。为应对这些挑战,各项举措都在推进当中。
*4:使用半导体技术实现无机械移动部件的电子元件和设备。
在用于激光雷达测距的诸多方法之中,SPAD像素用作dToF传感器中的一种探测元素,它根据光源发射的光被物体反射后返回到传感器的飞行时间(时间差),来测量到物体的距离。索尼利用在CMOS图像传感器开发过程中创造的背照式像素结构、堆叠结构和Cu-Cu连接*5等技术,成功地构建了一种将SPAD像素和测距处理电路封装在单个芯片的独特元器件结构。这种设计令微小至10平方微米的像素尺寸得以实现,在小型化的同时在1/2.9型尺寸规格上达到约十万有效像素的高分辨率,还能增强光子探测效率和提升响应能力,以每15厘米作为一个单位范围从远距离到近距离进行高速度、高精度的距离测量。该产品符合汽车应用的功能安全标准,有助于提高激光雷达的可靠性,单芯片结构有助于实现更小型、低成本的激光雷达。
*5:在堆叠像素部分(顶部芯片)和逻辑电路(底部芯片)时通过连接的Cu(铜)焊盘实现电气连接的技术。与通过插入像素区域周围的电极实现连接的硅通孔(TSV) 布线相比,这种方法提供了更多的设计自由度、提高了生产效率、允许更紧凑的尺寸并提高了性能。
用于汽车激光雷达的SPAD 深度传感器视频
主要特点:
得益于10平方微米SPAD像素和测距处理电路的堆叠式结构,可实现高速度、高精度的测距性能
该传感器采用堆叠式结构,背照式SPAD像素芯片(上)和搭载测距处理电路的逻辑芯片(下)之间通过Cu-Cu连接实现各个像素的导通。这样的结构允许将电路放置在像素芯片底部,保持高开口率*6,同时实现10平方微米的小像素尺寸。传感器还采用表面不规则的光入射面来折射入射光,从而提高吸收率。这些特点使汽车激光雷达光源常用的905纳米波长达到24%的光子探测效率。例如,可以实现以高分辨率和距离分辨率探测到反射率低的远处物体。此外,电路部分包含一个有源充电电路,由Cu-Cu连接各个像素,令单个光子在正常工作时的响应速度达到约6纳秒*7。
*6:从光入射侧看每个像素的开口部分(除遮光部分以外的部分)的比率
*7:在85°C的温度环境中
这种独特的堆叠结构能够以15厘米为单位范围从远距离到近距离进行高速度、高精度的距离测量,从而有助于提高汽车激光雷达的探测和识别性能。
SPAD ToF深度传感器的堆叠式结构(顶部:SPAD像素,底部:测距处理电路)
成像示例(点云)
符合汽车应用功能安全标准,有助于提高激光雷达的可靠性
该产品经调试认证,符合AEC-Q100(Grade2)汽车电子元件可靠性测试的相关要求。索尼还推出了符合ISO 汽车功能安全标准的开发流程,支持功能安全要求级别ASIL-B(D),包括故障探测、通知和控制等功能。以上举措将有助于提高激光雷达的可靠性。
关键参数:
机械扫描激光雷达参考设计
索尼还开发了搭载这款新传感器的机械扫描*8激光雷达参考设计,现已提供给客户和合作伙伴。提供设计将帮助客户和合作伙伴在激光雷达开发过程中节省工时,并通过优化元器件选择来降低成本。
*8:一种通过高速旋转多面镜对从激光二极管发射的激光进行水平扫描的方法。
机械扫描激光雷达参考设计
(本文译自英文新闻稿,供参考)
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