當前，世界上主要的工業(ye) 大國都在進行產(chan) 業(ye) 升級，而現代工業(ye) 的升級與(yu) 激光技術密不可分。除了在生產(chan) 加工方麵發揮著巨大作用外，激光技術還在精確實時測量方麵有著重要應用，為(wei) 電子產(chan) 品尺寸、透明元器件曲率、汽車飛機等大型三維物體(ti) 的振動頻譜、軸承同心度、偏心度及振動等提供精準測量，大大提高了產(chan) 品產(chan) 量和生產(chan) 效率。

采用激光測量技術的手機玻璃曲率檢測示意圖

要實現激光精確實時測量在工業(ye) 領域的具體(ti) 應用，則離不開各類激光傳(chuan) 感器的研發和推廣。眾(zhong) 所周知，現代製造業(ye) 已經是一個(ge) 傳(chuan) 感器驅動的世界，幾乎在所有的製造過程中，精確的實時測量在很大程度上依賴於(yu) 傳(chuan) 感器。在引入光學技術後，傳(chuan) 感器朝著更快速、更精確、更可靠的方向發展。與(yu) 傳(chuan) 統測量方式相比，光學測量傳(chuan) 感器，尤其是激光測量傳(chuan) 感器因其非接觸且快速測量的能力在工業(ye) 中得到廣泛的應用。其中最典型的應用例子就是高精度的激光位移傳(chuan) 感器。

激光位移傳(chuan) 感器市場現狀

激光位移傳(chuan) 感器常用於(yu) 長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用於(yu) 探傷(shang) 和大氣汙染物的監測等。通過激光位移傳(chuan) 感器測量金屬薄片（薄板）的厚度變化，可以幫助發現皺紋、小洞或者重疊，避免機器發生故障；而在微小零件的位置識別、傳(chuan) 送帶上有無零件的監測、機械手位置（工具中心位置）的控製等方麵的應用，則可以確保設備、產(chan) 線的高效運轉；在灌裝產(chan) 品線上，可利用激光束反射表麵的擴展程序來精確的識別灌裝產(chan) 品填充是否合格，在監測數量的同時也能保證灌裝質量。此外，在絕對距離測量、相對位移測量、遠程振動測量或振動頻譜測量、輪廓檢測、厚度測量、曲率測量、透明物體(ti) 的厚度測量等方麵，激光位移傳(chuan) 感器都有著無可比擬的優(you) 勢。

據數據顯示，國內(nei) 通用激光位移傳(chuan) 感器市場規模已達120億(yi) ，且每年保持20％的增速，但99.87％的國內(nei) 市場被國外廠商占據，以歐美日等發達國家企業(ye) 居多，如美國通用電氣、邦納、德國西克、日本基恩士等等。這些企業(ye) 不斷通過技術創新和產(chan) 品升級以保持市場地位。我國工業(ye) 自動化係統集成商雖然對該器件的認知率超過95％以上，但由於(yu) 價(jia) 格昂貴、適配困難等原因，實際使用率不足10％。

與(yu) 國外先進企業(ye) 相比，我國傳(chuan) 感器技術在科研開發上要落後10年，在生產(chan) 技術上要落後15年。但近年來我國陸續製定有利於(yu) 傳(chuan) 感器產(chan) 業(ye) 發展的政策，並建立了多個(ge) 傳(chuan) 感技術、機器人國家重點實驗室，同時也有千餘(yu) 家企業(ye) 選擇從(cong) 事傳(chuan) 感器的生產(chan) 和研發，國內(nei) 傳(chuan) 感器產(chan) 業(ye) 化進程隨之加快。目前國內(nei) 從(cong) 事激光傳(chuan) 感器的企業(ye) 多以中小企業(ye) 為(wei) 主，主要集中在長三角地區，大型企業(ye) 數量較少。代表性企業(ye) 既有一定規模的餘(yu) 姚舜宇光學、北京創想智控、武漢承拓電子等，也有如蘇州摯感光子等采用先進集成光學技術的新創企業(ye) 。

激光位移傳(chuan) 感器介紹

目前已有很多技術能實現精確的光學位移測量，而工業(ye) 化的激光位移傳(chuan) 感器一般采用激光三角測量法和激光回波分析法兩(liang) 種方法，此外還可利用彩色共焦和幹涉測量原理進行精確的位移測量。此外，激光位移傳(chuan) 感器也被用來進行非接觸振動測量。但對於(yu) 特定的測量條件和測量要求，以上方法都各有缺陷。

對激光位移傳(chuan) 感器而言，激光三角測量法適用於(yu) 高精度、短距離的測量，激光回波分析法則用於(yu) 遠距離測量。在當前的工業(ye) 機器人應用中，通常采用三角測量法，這種方法最高線性度可達1um，分辨率可達到0.1um的水平。

激光三角法是一種由角度計算得到單點或多維的距離測量。通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體(ti) 表麵，經物體(ti) 反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nei) 部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個(ge) 光點。根據這個(ge) 角度及已知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出傳(chuan) 感器和被測物體(ti) 之間的距離。

回波分析法則是通過激光發射器每秒發射一百萬(wan) 個(ge) 激光脈衝(chong) 到檢測物並返回至接收器，處理器計算激光脈衝(chong) 遇到檢測物並返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結果進行的平均輸出，即所謂的脈衝(chong) 時間法測量的，最遠檢測距離可達250m。

而在精確的振動測量方麵，常用的激光多普勒振動儀(yi) （LDV）的工作原理是在光學幹涉的基礎上，通過兩(liang) 束相幹光束I1和I2的疊加來進行測量。疊加後的光強不是簡單的兩(liang) 束光強之和，而且包括一個(ge) 相幹調製項。調製項與(yu) 兩(liang) 束光之間的路徑長度有關(guan) 。

盡管激光三角法測量位移相對簡單可靠，但其缺點是測量精度隨著測量距離和範圍的增大而降低，因此測量範圍受到限製。此外，還需要一定的開放空間來滿足三角法的測量需求，故無法實現在深溝或深孔中的應用。而激光回波分析法則適合於(yu) 長距離檢測，但測量精度相對於(yu) 激光三角測量法要低。在振動測量應用方麵，前麵這兩(liang) 種位移／距離測量技術的檢測能力（頻率範圍／振動量範圍／精度）比較有限。而LDV雖可進行非常精確的振動測量及瞬時位移測量，但是欠缺測量絕對位移或距離的能力，且成本也相當高。

激光傳(chuan) 感新方案

基於(yu) 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(you) 勢開發了一種小型激光傳(chuan) 感平台，將這兩(liang) 種主流的傳(chuan) 感功能結合在一個(ge) 光學平台上，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(ti) 積大且價(jia) 格昂貴，並且在與(yu) 其他電子元器件的連接過程需要定製精確的裝配流程。而光學元件集成化可以使其在低成本的基礎上，實現更複雜的設計和更多的功能。集成光學芯片可以在一個(ge) 單一的光學基底上包含數十到數百個(ge) 光學元件，包括激光器、調製器、光電探測器和濾波器，現已成為(wei) 一種有效的解決(jue) 方案，為(wei) 現有和新興(xing) 市場提供創新的光學模組。隨著現代製造對光學傳(chuan) 感器技術需求的不斷增長，集成光學芯片可以簡化係統設計，使得傳(chuan) 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(chuan) 感平台原理圖

如傳(chuan) 感器平台的原理圖所示，具有不同延遲線的光學幹涉儀(yi) 最先在集成光學芯片上實現，並通過一個(ge) 一體(ti) 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(ge) 小型化激光傳(chuan) 感模組。摯感光子自主研發的激光傳(chuan) 感平台通過專(zhuan) 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(yu) 常規三角法激光位移傳(chuan) 感器一樣的絕對位移／距離的測量， 並具有同等甚至更優(you) 的測量精度。

激光同軸位移傳(chuan) 感器（左）與(yu) 傳(chuan) 統的三角法激光位移傳(chuan) 感器（右）對比

基於(yu) 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(chuan) 感平台，摯感光子還研發了一係列的激光傳(chuan) 感模塊（見圖）。

據了解，摯感光子自主研發的MX－G係列激光同軸傳(chuan) 感器采用自主研發的非線性調頻連續波調製解調（FMCW）技術，基於(yu) 光學相幹接收原理，具有光功率極低（距離15cm外輸出光功率僅(jin) 需5mW）、動態測量範圍廣（可以測量從(cong) 幾厘米到4米範圍內(nei) 的物體(ti) ）、測量精度高（1米外的位移測量，重複精度通常小於(yu) 0.01μm）、抗幹擾性強（隻對自身光源波長敏感，可以抵抗任何環境光的幹擾）、激光同軸設計（能夠測量傳(chuan) 統三角法傳(chuan) 感器難以測量的物體(ti) ，如盲孔）、敏感度高等優(you) 點。MX－G係列傳(chuan) 感器可測量的距離和範圍非常廣，卻能保持與(yu) 近距離測量相同的精度，這是傳(chuan) 統的三角法無法實現的。

MX－G係列激光同軸位移傳(chuan) 感器

摯感光子技術介紹，MX－G係列激光同軸位移傳(chuan) 感器的關(guan) 鍵部件是其光模組。它由激光器、光電探測器（封裝內(nei) ）、集成光學芯片及光學透鏡組成。光學透鏡是可調的，並可根據不同的應用進行更換。標準配置的鏡片（直徑8.5mm）適用於(yu) 150mm的聚焦光束，光斑半徑為(wei) 0.05mm，當測量距離為(wei) 2米時光斑半徑為(wei) 1mm左右。如果用戶需要，還可以支持準直配置。例如安裝一個(ge) 直徑為(wei) 6.5mm的透鏡並支持準直型測量，光斑半徑為(wei) 3.5mm，可同時滿足用戶準直測量和較小光斑的需求。尤為(wei) 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係列激光同軸振動傳(chuan) 感器可實現納米級的遠距準確測振，測振頻率範圍及振幅靈敏度可與(yu) 常用LDV相當，具有光收發一體(ti) 、同軸測量、安裝方便、抗幹擾性強，不受粉塵或測量麵光強度變化影響等特點，可用於(yu) 喇叭振幅檢測、軸承振動檢測、車床振動監測、汽車振動檢測等方麵。

振動檢測示意圖

如文章開頭介紹，此類傳(chuan) 感器在測位移模式下可以直接進行透明物體(ti) （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）則可以進行玻璃彎曲度的快速檢測。可以說，摯感光子的新型傳(chuan) 感技術和傳(chuan) 感平台代表了我國在工業(ye) 級激光傳(chuan) 感器技術方麵的一個(ge) 創新力。具體(ti) 的技術細節可通過他們(men) 的官網去了解。

資本湧入 前景廣闊

總體(ti) 而言，我國傳(chuan) 感器技術相對落後，但近年來我國陸續製定有利於(yu) 傳(chuan) 感器產(chan) 業(ye) 發展的政策，並建立了多個(ge) 傳(chuan) 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(chuan) 感行業(ye) 的投入，良好的政策土壤與(yu) 資本關(guan) 注將為(wei) 傳(chuan) 感器企業(ye) 帶來良好的生存環境。

在未來，以激光位移傳(chuan) 感器為(wei) 代表的的各類激光傳(chuan) 感器需求總體(ti) 將保持快速增長的態勢，而隨著國內(nei) 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(chuan) 感器產(chan) 品性能的不斷提升，我國激光位移傳(chuan) 感器的大規模商業(ye) 化應用將很快成為(wei) 現實。