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基于這樣的現狀,摯感光子依靠核心團隊在光電通信領域的深厚技術積累,利用集成光學芯片技術的優勢開發了一種小型激光傳感平臺,將這兩種主流的傳感功能結合在一個光學平臺上,可實現位移測量和振動測量等多種功能,在保持高精度測量的同時還極大降低了模塊尺寸和成本。
目前光學元器件通常體積大且價格昂貴,并且在與其他電子元器件的連接過程需要定制精確的裝配流程。而光學元件集成化可以使其在低成本的基礎上,實現更復雜的設計和更多的功能。集成光學芯片可以在一個單一的光學基底上包含數十到數百個光學元件,包括激光器、調制器、光電探測器和濾波器,現已成為一種有效的解決方案,為現有和新興市場提供創新的光學模組。隨著現代制造對光學傳感器技術需求的不斷增長,集成光學芯片可以簡化系統設計,使得傳感器可以進行更快速、更準確的測量,而且成本更低。
摯感光子的小型激光傳感平臺原理圖
如傳感器平臺的原理圖所示,具有不同延遲線的光學干涉儀最先在集成光學芯片上實現,并通過一個一體化封裝將集成光學芯片、激光二極管、探測器陣列和光學透鏡組成一個小型化激光傳感模組。摯感光子自主研發的激光傳感平臺通過專有的數字信號處理(DSP)算法,可提供LDV技術中的瞬時位移、振動和光學相位測量等多種功能,此外還可以實現與常規三角法激光位移傳感器一樣的絕對位移/距離的測量, 并具有同等甚至更優的測量精度。
激光同軸位移傳感器(左)與傳統的三角法激光位移傳感器(右)對比
基于這一結合了瞬時位移、振動、光學相位測量和絕對位移/距離的測量的小型化激光傳感平臺,摯感光子還研發了一系列的激光傳感模塊(見圖)。
據了解,摯感光子自主研發的MX-G系列激光同軸傳感器采用自主研發的非線性調頻連續波調制解調(FMCW)技術,基于光學相干接收原理,具有光功率極低(距離15cm外輸出光功率僅需5mW)、動態測量范圍廣(可以測量從幾厘米到4米范圍內的物體)、測量精度高(1米外的位移測量,重復精度通常小于0.01μm)、抗干擾性強(只對自身光源波長敏感,可以抵抗任何環境光的干擾)、激光同軸設計(能夠測量傳統三角法傳感器難以測量的物體,如盲孔)、敏感度高等優點。MX-G系列傳感器可測量的距離和范圍非常廣,卻能保持與近距離測量相同的精度,這是傳統的三角法無法實現的。
MX-G系列激光同軸位移傳感器
摯感光子技術人員向OFweek激光網介紹,MX-G系列激光同軸位移傳感器的關鍵部件是其光模組。它由激光器、光電探測器(封裝內)、集成光學芯片及光學透鏡組成。光學透鏡是可調的,并可根據不同的應用進行更換。標準配置的鏡片(直徑8.5mm)適用于150mm的聚焦光束,光斑半徑為0.05mm,當測量距離為2米時光斑半徑為1mm左右。如果用戶需要,還可以支持準直配置。例如安裝一個直徑為6.5mm的透鏡并支持準直型測量,光斑半徑為3.5mm,可同時滿足用戶準直測量和較小光斑的需求。尤為突出的一點是,這種技術能實現三角法無法完成的深孔測量。
深孔檢測示意圖
此外,MX-G系列激光同軸振動傳感器可實現納米級的遠距準確測振,測振頻率范圍及振幅靈敏度可與常用LDV相當,具有光收發一體、同軸測量、安裝方便、抗干擾性強,不受粉塵或測量面光強度變化影響等特點,可用于喇叭振幅檢測、軸承振動檢測、車床振動監測、汽車振動檢測等方面。
振動檢測示意圖
如文章開頭介紹,此類傳感器在測位移模式下可以直接進行透明物體(如薄膜,玻璃板或玻璃鏡頭)厚度的測量,而測振模式下(也是一種相位測量模式)則可以進行剝離彎曲度的快速檢測。可以說,摯感光子的新型傳感技術和傳感平臺代表了我國在工業級激光傳感器技術方面的一個創新力。具體的技術細節可通過他們的官網去了解。
資本涌入 前景廣闊
總體而言,我國傳感器技術相對落后,但近年來我國陸續制定有利于傳感器產業發展的政策,并建立了多個傳感技術、機器人國家重點實驗室。此外資本市場(包括政府的基金) 也加大了對激光傳感行業的投入,良好的政策土壤與資本關注將為傳感器企業帶來良好的生存環境。
在未來,以激光位移傳感器為代表的的各類激光傳感器需求總體將保持快速增長的態勢,而隨著國內各項鼓勵政策的落實,激光技術的持續創新進步和激光位移傳感器產品性能的不斷提升,我國激光位移傳感器的大規模商業化應用將很快成為現實。