什么是光谱共焦位移传感器？它测什么、不测什么

「光谱共焦」这个词由两部分组成：光谱，指它用白光的不同波长工作；共焦，指它只接收正好聚焦在被测面上的那一束光。两者合起来，得到一种能在纳米量级上做非接触位移测量的器件。

一句话原理：用波长编码距离

光谱共焦位移传感器的核心思路可以这样理解：

• 白光经过色散：不同波长的光被分开，各自聚焦在不同距离上，形成一条沿光轴排列的「彩色焦点串」
• 只有一束正好落在被测面：这一束的反射光能通过共焦孔被光谱仪接收，其余被挡掉
• 回读这个波长：波长与聚焦位置一一对应，解出波长就得到距离

因为判定的是波长峰值而不是光强，它对表面反光率的依赖远低于激光三角法，这也是它能测镜面、玻璃与透明材料的原因。

它由哪几部分组成

一套完整的光谱共焦测量系统通常有三部分：

• 传感头：含色散物镜与共焦光路，负责把光打出去并接收回光。POMEAS SFS-D606 的传感头外形为 Φ20×110mm、约 73g，属于轻巧型
• 控制器：含光源与光谱仪，负责解算波长并输出测量结果。例如 SFS-C8004L 为单通道控制器，单通道最高采样频率 10kHz
• 上位机与接口：控制器提供数字与模拟输出、编码器输入与工业通讯接口，用于接入 PLC 与运动平台

三部分缺一不可，选型时也要一起算，控制器部分见光谱共焦控制器与多通道同步。

它能直接测出哪四类量

光谱共焦的输出本质是沿光轴的一维距离，但配上扫描或组合用法，可以覆盖四类任务：

• 位移与高度：单点测距，配合运动平台做轮廓扫描
• 厚度：对透明材料的上下表面分别聚焦，两个距离相减得到厚度。POMEAS SFS 系列标注的最小可测厚度为 5% F.S.（SFS-D5012L 为 10% F.S.）
• 段差与翘曲：多点测量后做差值
• 振动与形变：高速采样下的时间历程

注意第二类的前提：材料必须对该波段透明，否则只能测到上表面。

它不测什么：四条边界

把边界说清楚，比讲优点更有用：

• 不测二维尺寸：外径、孔径、间距这类属于影像测量，见闪测仪与影像测量仪的区别
• 不测不透明材料的内层：光进不去就没有第二个焦点
• 量程与精度此消彼长：POMEAS SFS 系列里，SFS-D108 为 ±0.05mm 量程、3nm 重复精度，而 SFS-D700150 为 ±35mm 量程、1550nm 重复精度
• 强吸收表面会掉信号：回光太弱时峰值判定会失效

量程与精度的量级概念

把 POMEAS SFS 系列在售型号摊开，可以直观看到量程与精度的取舍关系：

• SFS-D108：参考距离 8mm，测量范围 ±0.05mm，重复精度 3nm
• SFS-D410：参考距离 10mm，测量范围 ±0.2mm，重复精度 12nm
• SFS-D606：参考距离 6.5mm，测量范围 ±0.3mm，重复精度 16nm
• SFS-D1220：参考距离 20mm，测量范围 ±0.6mm，重复精度 30nm
• SFS-D2615：参考距离 15mm，测量范围 ±1.3mm，重复精度 50nm
• SFS-D5012L：参考距离 12mm，测量范围 ±2.5mm，重复精度 100nm
• SFS-D500100：参考距离 100mm，测量范围 ±25mm，重复精度 850nm
• SFS-D700150：参考距离 150mm，测量范围 ±35mm，重复精度 1550nm

趋势很清晰：量程越大，重复精度的绝对值越大。选型的本质就是在这个序列上选一个平衡点，方法见量程和重复精度怎么选。

其中重复精度的测试条件（以 SFS-D108 为例）是：测量标准镀银膜反射镜、1kHz 无平均、连续采集 10000 组数据的均方根偏差。比较不同厂家的精度时，必须先对齐测试条件。

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• ±0.05mm 量程 3nm 超高精度光谱共焦位移传感器 SFS-D108
• ±0.6mm 量程 30nm 高精度光谱共焦位移传感器 SFS-D1220
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常见问题

光谱共焦位移传感器是什么原理

用波长编码距离。白光经过色散后不同波长的光聚焦在不同距离上，形成沿光轴排列的焦点串；只有正好落在被测面的那一束能通过共焦孔被光谱仪接收；回读该波长即可解出距离。因为判定的是波长峰值而不是光强，它对表面反光率的依赖远低于激光三角法，这也是它能测镜面、玻璃与透明材料的原因。

光谱共焦位移传感器由哪几部分组成

三部分：传感头，含色散物镜与共焦光路，负责打光与接收回光，例如 POMEAS SFS-D606 传感头外形 Φ20×110mm、约 73g；控制器，含光源与光谱仪，负责解算波长并输出结果，例如 SFS-C8004L 单通道最高采样频率 10kHz；上位机与接口，控制器提供数字与模拟输出、编码器输入与工业通讯接口，用于接入 PLC 与运动平台。

光谱共焦能测厚度吗

能，但前提是材料对该波段透明。它对透明材料的上表面与下表面分别聚焦，两个距离相减得到厚度。POMEAS SFS 系列标注的最小可测厚度为 5% F.S.（SFS-D5012L 为 10% F.S.）。如果不透明，光进不去就没有第二个焦点，只能测到上表面。

光谱共焦的量程和精度是什么关系

此消彼长。POMEAS SFS 系列里 SFS-D108 为 ±0.05mm 量程、3nm 重复精度，SFS-D410 为 ±0.2mm、12nm，SFS-D606 为 ±0.3mm、16nm，SFS-D1220 为 ±0.6mm、30nm，SFS-D2615 为 ±1.3mm、50nm，SFS-D5012L 为 ±2.5mm、100nm，SFS-D500100 为 ±25mm、850nm，SFS-D700150 为 ±35mm、1550nm。趋势是量程越大重复精度的绝对值越大。

光谱共焦的重复精度是怎么测出来的

以 POMEAS SFS-D108 为例，标注条件为测量标准镀银膜反射镜、1kHz 无平均、连续采集 10000 组数据的均方根偏差，结果为 3nm。比较不同厂家的精度数值时，必须先对齐测试条件，包括被测靶面材质、采样率、是否平均以及样本量，否则数字没有可比性。

光谱共焦不适合哪些测量任务

四条边界：不测二维尺寸，外径、孔径、间距这类属于影像测量的范畴；不测不透明材料的内层，光进不去就没有第二个焦点；量程与精度此消彼长，不能同时要极限量程和纳米精度；强吸收表面会掉信号，回光太弱时波长峰值判定会失效。

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