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浅谈激光计米器
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2014-3-10 9:54:53

一、激光计米器的原理

激光计米器用双光线的激光多普勒干涉测量技术,实现非接触式长度测量。激光源发射出的激光通过光束分离器产生两束光在被测物体表面产生明暗相间的干涉条纹,光检测器通过回收激光检测到干涉条纹的变化,输出相应的电信号。被测物体移动,光检测器获得信号,测出被测物体的速度,并精确计算出通过测量区域的该物体的长度。

被测物体的速度

式中:d——明暗条纹的间距, ;λ——激光波长;k——入射角;f——激光干涉条纹变化对应的电信号频率,即多普勒频率(被测物体每移动一个条纹间距的距离,对应输出电信号的时间t,t=)。被测物体的长度通过对全部时间T的速度积分得出L=

二、影响激光计米器测量准确度的因素

激光计米器可以采用环境保护盒将传感器探头保护起来,使其能在复杂的环境下工作。目前新型激光计米器测量范围大、准确度高,可以适用于(1.0~12000)m/min的被测物体线速度。影响其测量准确度的因素主要有以下两个方面:

1.测量头测量方向与被测物体不垂直

理论分析中,假定两激光光束夹角的中线(测量方向)严格垂直于被测物体表面。实际上,由于现场安装和被测物体摆动等因素,其测量中线与理想位置不可避免地产生一定的夹角, 会造成速度测量的误差,最终引起长度测量的误差。若要忽略此项误差的影响,则需严格控制夹角值。在生产过程中,夹角超出允许的要求,将难以保证激光计米器测量的准确。当测量头与被测物体的运行方向有旋转角度时,也将影响激光计米器的测量。激光计米器必须安装在不受外界干扰的位置,确保安装支架不发生振动。

2.被测物体移动不平稳

被测物体移动不平稳, 出现上下晃动、左右摆动,会造成测量的不稳定。测量时,被测物体表面必须控制在激光计米器的测量区域内, 即两束激光交汇的区域为有效的测量区域。如果被测物体表面离开测量区域,激光计米器就无法进行长度测量。测量圆形物体的长度时, 必须使激光聚焦在距离直径中心20%的区域内。例如电线电缆在生产过程中易产生晃动,激光计米器则无法测量,应采用导轮装置将电线电缆控制在有效测量区域内。对导轮装置应定期进行检查、维护,以保证被测物体移动时平稳、不晃动。

三、激光计米器的应用

目前,在涉及长度定量包装的行业中,激光计米器最早应用于钢铁的轧钢设备上,近年来开始在其他轻工行业得到广泛应用,但也受限于一些应用(如玻璃、镜子等长度测量)。下面笔者从线缆行业、纺织行业的角度谈谈激光计米器的应用。

1.激光计米器在线缆行业中的应用

电线电缆行业中,昂贵的铜材、铝材价格使企业对电线电缆的长度计量尤为重视,长度计量偏差会造成企业成本极大的浪费。传统的接触式计米器由于机械设备因素、被测线缆表面不同材料的摩擦系数、人为因素等,经常会出现计米器失准的情况,使电线电缆在对外贸易中因定量包装不准确产生纠纷,也会使企业内部工序周转中因计米偏差产生纠纷,造成材料的浪费。保证计米器计米的准确对线缆生产企业来说很重要,采用激光计米器可以解决此类问题。尤其对钢绞线、铝绞线以及各种编织线的长度计量,接触式计米器不适宜应用,宜采用激光计米器,测量时通过导轮装置使被测物体平稳移动,保证长度测量的准确。

2.激光计米器在纺织行业中的应用

纺织行业中,对布匹的长度计量,采用轮式计米器,测量轮直径的尺寸偏差、布匹卷动的速度、不同布匹卷动时的张力等因素都会导致长度测量的偏差。实际应用中,使用激光计米器非接触式测量,针对不同的布料可以通过控制卷动轮的速度保证布匹卷动时的张力,使布匹不松垮,实现长度的准确测量。

四、激光计米器的溯源方法探讨

激光计米器用于测量被测物体的长度,属于计量器具。目前,激光计米器没有相关的国家标准可参考,其量值溯源也没有相应的检定规程或校准规范。仅电线电缆行业中,线缆计米器有JJG987-2004《线缆计米器》检定规程,但该规程仅适用于接触式计米器(轮式计米器)。因此,笔者设计了一个激光计米器校准装置:使用一根准确度更高的标准线,如标准钢卷尺,最大示值允许误差为±(0.03+0.03L)mm,其长度取10m,尺带上均匀打孔。校准时,采用齿孔带传动的形式,将标准钢卷尺首尾相连,安装在带轮上,将激光计米器安装于标准钢卷尺的上方, 计米器的探头垂直于标准钢卷尺的尺面。带轮采用高精度电机控制,并实时计算标准钢卷尺移动过的长度,通过控制带轮的转动准确定位,实现对激光计米器的示值进行校准。


【关键词】计米器, 原理, 影响因素, 应用, 国家标准物质网 

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