前言

随着工业自动化的发展，对精准和高效的位移测量需求日益增长。激光位移传感器凭借其非接触测量、高精度、响应速度快等优点，成为众多领域的首选检测设备。松下（Panasonic）推出的HG-C系列CMOS型微型激光位移传感器，以其小巧紧凑的外形和卓越的测量性能，广泛应用于电子制造、汽车装配、食品包装、薄膜检测等多个行业。其中，HG-C1100作为系列中测量中心距离为100毫米的代表型号，集高精度、小尺寸、易集成于一体，深受用户青睐。本文将从基础知识、技术参数、工作原理、功能特点、安装调试、应用领域以及维护保养等方面，对HG-C1100传感器进行全方位、详细的介绍，为读者提供系统而丰富的参考资料。

一、HG-C系列概述

HG-C系列激光位移传感器属于松下工业自动化产品线中的一款重要成员。该系列采用了创新的内部反射镜设计，将光路长度延伸与传感器机身尺寸有效平衡，实现了行业内小型化与高精度测量的双重目标。与传统通过拉长光路获得高精度测量值的方式不同，HG-C系列通过在受光元件与投光部分之间内置反射镜，改变了光路路径，既突破了体积限制，又保证了测量稳定性。整个系列外形设计以轻量化、坚固耐用为原则，采用铝铸外壳，具有良好的刚性和抗热变形能力，在温度波动或机械振动环境下依然能够提供稳定可靠的测量结果。

主要面向需要在有限空间内实现高精度位移或距离测量的应用场景，HG-C系列覆盖多种测量中心距离和测量范围，可满足50毫米、100毫米、200毫米以及更远距离场景的需求。该系列传感器在测量线性、重复精度、温度特性等方面表现优异，同时具备多种输出模式（模拟0–5V、4–20mA以及数字NPN/PNP开路集电极输出）和可编程的教导功能，方便用户针对特定检测对象实现快速调试与二次开发。

二、HG-C1100简介

HG-C1100作为HG-C系列中测量中心距离为100毫米的型号，全称为“HG-C1100 CMOS型微型激光位移传感器”。其设计初衷是为工业测量场景提供一款精度高、响应快、结构紧凑的位移检测装置，特别适合批量化生产线上的在线检测或自动化设备的动态跟踪测量。

HG-C1100的外观尺寸约为44×25×20毫米（主体部分），整体采用铝合金外壳，不仅具有良好的散热性能，还兼顾了轻量和强度，能够抵御工业现场的冲击与震动。传感器前端为微型投光窗口，采用红色半导体激光二极管（波长655纳米）作为光源，光束直径约为120微米，确保在测量中心距离处获得集中且较为均匀的光斑。传感器后部设有2米长的导线，方便与控制系统连接或二次开发。为提高环境适应性，HG-C1100在IP67级防护下仍可正常工作，可在尘埃水雾环境中进行测量，但需注意投光面和受光面如果被水遮挡，可能影响测量精度。

HG-C1100的测量中心距离为100毫米，测量范围为±35毫米，重复精度可达到70微米，线性误差为±0.1%满量程（F.S.），温度特性仅为0.03%F.S./℃，保证在-10℃到45℃的工作温度范围内，依然能够维持高精度测量。输出方式分为数字NPN开路集电极输出以及模拟量0–5V或4–20mA可选；此外，该型号具备教导（Teach-in）功能，可根据现场反射物体的反射强度自动设定合适的检测阈值，实现两点自动教导并以中间值作为基准。整机功耗较低，在24V供电情况下电流消耗不超过40毫安。

三、技术参数

主要技术参数：

• 测量中心距离：100毫米

• 测量范围：±35毫米

• 重复精度：70微米

• 线性误差：±0.1% F.S.

• 温度特性：0.03% F.S./℃（在-10℃至45℃范围内）

• 激光光源：红色半导体激光二极管（波长655纳米，属于一级激光/II级激光）

• 最大输出激光功率：1毫瓦

• 光束直径：约120微米（以测量中心距离处光斑1/e²强度直径定义）

• 供电电压：12–24V DC ±10%，纹波峰-峰值不超过10%

• 电流消耗：≤40mA（24V DC供电）；≤65mA（12V DC供电）

• 输出信号：

• 数字输出：NPN开路集电极或PNP开路集电极（可选）

• 模拟输出：0–5V或4–20mA（可选）

• 响应时间：典型值1.5毫秒，全量程场景下不超过10毫秒

• 防护等级：IP67（需注意在投光面与受光面被水覆盖时，测量精度会受到影响）

• 工作温度：-10℃至45℃

• 存储温度：-20℃至60℃

• 外壳材质：铝合金铸造

• 防护材料：符合CE（EMC指令、RoHS指令）、UKCA（EMC、RoHS）、FDA（Laser Notice No.50）、UL/c-UL认证（2017年3月生产之后）

• 尺寸：44×25×20毫米 (主体)

• 重量：约35克（不含电缆时）

校准与安全标准：

• 符合JIS/IEC/GB激光安全标准2级（欧洲）和FDA激光安全II级标准

• RoHS指令2011/65/EU及2015/863/EU所规定的有害物质含量符合要求

• UL/c-UL认证自2017年3月生产后开始符合

四、工作原理

HG-C1100采用激光三角测量原理结合高精度CMOS图像传感器与松下独创算法，实现对目标物体的非接触式位移检测。其测量原理可分为以下几个关键步骤：

1. 激光发射
   传感器内部的红色半导体激光二极管以波长655纳米输出细小而集中的激光光束，光束依次穿过机身前端的窗口投射至被测物体表面。由于光束直径仅约为120微米，可提供较高的空间分辨率，并且减小了光斑在目标表面上的散射范围，提高检测精度。

2. 目标物体反射
   目标物体表面对激光光束的反射强度主要取决于其材质、表面光洁度以及入射角度等因素。当激光光束打在目标物体表面时，一部分激光被反射并沿着入射方向反弹回传感器的接收口。由于采用反射型测量方式，无需在被测物体后方放置反射板，减少了安装空间及布线复杂度。

3. 图像传感器采集
   反射回来的激光光束经过内部光学系统集中并投射到CMOS图像传感器上，形成一个亮斑。随着目标物体距离传感器的变化，反射光束在CMOS传感器上的位置也会发生位移。CMOS传感器将光强与位置转换为电子信号，并对信号进行模数转换，传递至内部微处理器进行处理。

4. 三角测量计算
   内部微处理器通过对CMOS传感器接收到的光斑位置与强度进行分析，结合三角几何关系计算出目标物体相对于测量中心距离的实际位移值。松下独创的算法在保证高速响应的同时，有效滤除了噪声干扰，并纠正光线传播过程中的色散及畸变误差，从而在较宽温度范围内保持高精度测量。

5. 输出与教导
   计算完成后，传感器将距离值转换为数字或模拟信号输出。数字输出以NPN/PNP开路集电极形式输出开关信号，用于简单的目标检测、限位或报警；模拟输出提供0–5V电压或4–20mA电流信号，可实现连续距离跟踪、趋势分析或与PLC/DCS系统的无缝对接。通过教导（Teach-in）功能，用户可在现场对目标物体进行两点或多点教学，传感器自动设定最佳测量基准，提高系统的容错率与灵活性。

五、功能与特点

1. 高精度测量
   HG-C1100在测量中心距离100毫米时，重复精度可达70微米，线性误差仅为±0.1%满量程。得益于其内部高精度CMOS图像传感器及松下独有的三角测量算法，不仅在室温环境下性能优越，即使在温度波动的情况下，也能保证测量误差在0.03%F.S./℃范围内，满足对精密测量要求极高的应用场合。

2. 紧凑小型化设计
   机身尺寸仅为44×25×20毫米，体积小巧，占用安装空间极少，特别适合在狭小的机械腔体或自动化设备集成。铝合金外壳既具备轻量化优势，又能在机械振动或冲击环境下保持结构稳定，减少外壳热胀冷缩引起的测量误差。

3. 多种输出模式
   支持数字输出（NPN/PNP开路集电极）和模拟输出（0–5V/4–20mA）两种模式，可根据实际需求选择。数字输出适合用于开/关检测、限位报警等简单场景；模拟输出适用于连续距离监测、趋势分析或工业自动化系统的数据采集，方便与上位机、PLC、DCS等设备对接，灵活性极高。

4. 教导（Teach-in）功能
   具备“一键式”二点教导功能，通过现场对两个不同状态（如检测背景和目标物）的距离值进行采样，传感器自动将中间值设定为检测基准，实现快速调试。该功能不仅简化了参数设定过程，还提高了系统对现场环境变化的适应能力，减少人为误差带来的不稳定因素。

5. 防护等级高、环境适应强
   整机防护等级达IP67，能够在灰尘、水雾环境中正常工作，适合电子制造车间、食品包装线、户外检测等多种恶劣场景。但需注意，若投光面或受光面被直接水流浸没，可能影响测量精度，需根据具体应用采取合适的防水措施。

6. 快速响应、动态测量
   最低响应时间可达1.5毫秒，全量程范围内不超过10毫秒，可满足大多数高速流水线的动态检测需求。结合内部高速运算单元与滤波算法，在实现高响应速度的同时，有效抑制环境光干扰及震动导致的噪声，保持测量数据稳定可靠。

7. 符合国际安全与环保标准
   传感器符合CE、UKCA、FDA、UL/c-UL等多项认证标准，确保激光安全性和电子元件质量可靠性。满足RoHS指令对有害物质的限制，为企业在全球市场的合规性提供了保障。

六、安装与调试

1. 安装要求与注意事项

• 安装位置：应选择测量范围内无遮挡且不存在强烈振动的区域；避免将传感器直接对准反射率极高或极低的表面，应尽量保证目标物表面反射性能均匀。

• 固定方式：可通过传感器主体两侧的螺纹孔或专用安装座进行固定，需保证传感器与被测物体表面在测量中心距离100毫米处光路呈水平或略微向下倾斜，以减少灰尘堆积或油雾影响。

• 防护措施：若现场环境存在冷却液溅射、油雾、灰尘较大等情况，建议在传感器投光窗口前加装防水防尘罩或设置吹气装置，以延长传感器使用寿命并保持测量精度。

• 对准标定：初次使用时，应通过教导功能对检测对象进行两点采样，确保教导速度与亮度参数设置合理。若被测物体颜色、材质或表面光洁度发生变化，应重新执行教导步骤。

2. 接线说明

• 电源端子：棕色线接12–24V DC正极，蓝色线接0V。

• 数字输出端子：黑色线为检测结果输出，白色线（若有）可作为辅助输入或扩展功能线；具体以使用说明书为准。若选用PNP输出，请确认接线方式。

• 模拟输出端子：在模拟输出模式下，黄色线输出0–5V电压信号或4–20mA电流信号，需配合对应电流负载电阻。

• 接地屏蔽：传感器电缆外围一般内含屏蔽层，接线时应将屏蔽层可靠接地，以减少环境电磁干扰对测量信号造成的影响。

3. 教导流程示例

• 首先将被测物体移至检测范围外（即仅背景），按下TEACH键，传感器指示灯闪烁，并完成第一个点采样。

• 随后将被测物体移至检测中心距离处（即目标位置），再次按下TEACH键，传感器指示灯变为常亮，此时二点教导完成。传感器自动以两点距离中间值作为测量基准。

• 若需要设置上下限阈值或多点检测，可根据需求在说明书中查找相应操作序号，通过短按/长按TEACH键并结合指示灯闪烁状态进行设置。

4. 示例安装流程
   （1）确定被测工件的检测位置与移动轨迹；
   （2）在机械结构上预留出44×25×20毫米的安装空间及2米电缆布线通道；
   （3）将传感器主体通过螺纹孔或安装座固定到机械支架上，调整至测量中心距离100毫米位置；
   （4）接通24V DC电源，待指示灯亮起；
   （5）执行两点教导，确保环境光、工件位置及角度不发生较大变化；
   （6）测试检测效果，并根据实际测量结果微调传感器姿态或更新教导参数。

七、应用领域

1. 电子制造行业
   在SMT贴片机、高速点胶机中，精准控制喷头与PCB板之间的高度对保证锡膏厚度均匀性及贴装精度至关重要。HG-C1100能够对喷嘴或探针进行实时位移监测，快速响应1.5毫秒，配合自动化生产线的移动平台，实现在线高度控制与缺陷检测，减少返工率，提高产能。

2. 汽车装配与检测
   在汽车座椅装配、玻璃安装、发动机零部件检测等环节，对零件之间的相对位置及间隙要求严格。通过将HG-C1100安装于装配工具或检测臂上，可实现对零件表面距离的连续监测，自动判断装配是否到位。同时，可用于汽车冲压件、车灯透镜的轮廓检测，快速识别异常情况。

3. 食品与包装行业
   在食品包装生产线上，需要对包装材料的厚度、位置以及标签贴附位置进行精确检测。HG-C1100的铝铸外壳及IP67防护特性使其能够在有冷却水、油雾或高湿度的环境中稳定运行。激光位移测量可精准检测袋装食品、瓶装产品或硬盒包装线上的高度偏差，以保证封口质量和产品外观标准。

4. 薄膜与功能性材料检测
   对于功能性薄膜、光学膜等材料的余量检测，HG-C1100可将薄膜与卷轴中心距离作为测量对象，实现对薄膜张力和厚度的在线监控，避免因张力不均或余量不足导致的生产故障。此外，在太阳能电池片、光学玻璃制造过程中，可用于晶圆或玻璃板表面微小偏差检测。

5. 自动化机器人与视觉系统配合
   在工业机器人末端执行器上，安装HG-C1100可实时反馈机械臂末端与目标表面之间的距离，配合视觉系统的检测结果，进一步提高拾取、贴附、装配等动作的准确性与安全性。特别是在高精度焊接、贴合过程中，激光位移传感器的数据反馈能够显著降低定位误差。

6. 机械加工与刀具补偿
   在CNC加工中心中，可将HG-C1100用于刀具磨损检测。当刀具与工件接近时，通过测量两者的距离变化，实现刀具磨损补偿、自动换刀控制以及加工深度校正，提高加工质量，降低次品率。

八、选型与比较

在实际项目中，用户在选择位移传感器时，应综合考虑测量范围、测量精度、响应速度、环境适应性以及成本等因素。以下针对HG-C1100与相近型号进行对比，以帮助用户做出合理选型决策。

1. HG-C1000L vs HG-C1100 vs HG-C1200

• HG-C1000L：测量中心距离50毫米，测量范围±15毫米，重复精度可达50微米，适用于对较短距离且精度要求更高的场合；体积小巧，但测量距离限制较大，易受目标物体形状变化影响。

• HG-C1100：测量中心距离100毫米，测量范围±35毫米，重复精度70微米，线性误差±0.1%F.S.，平衡了测量范围与精度的需求。外壳设计紧凑，可用于需要稍远检测距离但仍需高精度的场景。

• HG-C1200：测量中心距离200毫米，测量范围±70毫米，重复精度100微米，线性误差±0.15%F.S.，适合需要更大检测距离的应用，如大型物件表面轮廓检测或厚度监测，但精度略逊于100毫米型号。

2. 数字输出 vs 模拟输出

• 数字输出（NPN/PNP开路集电极）：适用于需要简单开关量判断的场景，如物体存在/不存在检测、限位报警或分拣系统。优点是抗干扰能力强、接线简便，但无法提供连续的距离数值。

• 模拟输出（0–5V/4–20mA）：可输出连续距离值，适合需要精确测量或进行趋势分析的系统，如伺服控制回路、数据采集与记录。4–20mA环路特别适合长距离信号传输，抗干扰能力更好，但需配合中间采集模块或PLC进行A/D转换。

3. NPN vs PNP 输出

• NPN输出：当检测到目标物体时，传感器将输出信号接地，在PLC或控制器侧需设置下拉电阻。适用于大多数传统PLC输入模块。

• PNP输出：当检测到目标物体时，传感器将输出信号拉至正电位，适用于需要源型输入的控制系统。用户应根据下游设备输入类型选择对应的输出极性。

4. 环境与防护
   若应用场景存在大量粉尘、水雾或腐蚀性气体，可优先考虑带IP67或更高防护等级的型号，并在安装时加装吹气嘴或防护罩；在高温或低温环境下，请参考传感器的工作温度范围，若超出-10℃至45℃，需选配带加热或冷却装置的特殊型号。

九、维护与注意事项

1. 日常清洁与保养

• 定期检查传感器投光面和受光面是否有污渍、灰尘或油污附着，如有发现，请使用镜头纸或无纤维绒布轻轻擦拭；切勿使用含腐蚀性化学溶剂，以免损坏镜面涂层。

• 如现场环境湿度较大或有液体飞溅，可在传感器投光口前加装透明防护罩，并定期检查防护罩是否破损或划痕严重；必要时更换防护罩以保证测量误差不受影响。

• 对于有强烈电磁干扰的场所，应确保传感器电缆屏蔽层可靠接地，并尽量远离高功率电机驱动线或高频开关电源，以降低噪声干扰对测量信号的影响。

2. 使用环境注意事项

• 请勿将传感器置于直接阳光直射或强烈红光、紫外线辐射的环境中，否则可能影响CMOS传感器的受光效果和测量精度。

• 在温度快速变化或湿度突然升高的情况下，传感器内部可能出现结露现象，这将导致测量不稳定。建议在有温度变化的环境中，配合使用加热器或干燥装置，以避免结露。

• 避免将传感器暴露于腐蚀性气体（例如氯化氢、硫化氢）长时间作用，否则可能导致铝合金外壳腐蚀或内部电子元件损坏。

3. 常见误差与排查

• 测量值抖动较大：检查投光面与受光面有无遮挡物或灰尘；确认被测物体表面材质是否反射率不均；检查教导参数是否正确设置；查看是否存在剧烈振动或电磁干扰源。

• 测量值偏差超出公称精度：重新进行教导，确保测量中心距离与传感器之间距离正确；检查测量环境温度是否超出规格；检查光路是否有弯曲或反射不良。

• 无法教导或教导失败：确认目标物与背景物反射率差异足够明显；检查TEACH键及电路是否正常；查看传感器指示灯状态，确认是否处于教导模式；确保目标物在教导过程中没有发生大幅度抖动。

• 输出不稳定或信号丢失：检查接线是否牢固，尤其是屏蔽线是否可靠接地；排除与其他高功率设备共线布线导致的电磁干扰；如长期暴露于高温高湿环境，应检查传感器内部是否受潮，需要进行干燥处理或更换设备。

4. 备件与更换周期

• 通常情况下，HG-C1100以其铝合金外壳及密封设计可长期保持稳定运行，若投光窗口因长期摩擦或冲击出现划痕，建议更换传感器；若电缆外皮破损或内部断线，应及时更换电缆组件。

• 激光光源在正常工作状态下寿命可达数万小时，但若发现输出功率明显减弱或发散角度异常，应更换传感器。

• 对于长时间运行的传感器，建议每半年进行一次全面检查并记录测量数据，分析其是否存在漂移趋势，如发现明显漂移应考虑更换或返厂校准。

十、常见问题与解决方案

1. 问：教导过程中按下TEACH键后无任何反应，指示灯不闪烁。
   答：首先确认传感器是否通电，指示灯是否点亮；检查TEACH键是否损坏或接触不良；确认是否处于教导模式下。若仍无反应，可尝试断电重启后再次进行教导；若问题依旧，请联系供应商或松下售后服务中心进行检修。

2. 问：测量结果受环境光干扰较大，波动明显。
   答：激光位移传感器虽具有一定的抗环境光能力，但在强烈阳光或高亮度LED灯照射下仍可能受影响。可通过以下措施改善：一是为传感器投光窗口加装遮光罩或过滤片；二是调整传感器姿态，使其避开强光直射；三是通过教导功能重新设定阈值，并在教导过程中避免环境光变动。

3. 问：实际测量精度与说明书标称有所差异，测量值偏离较多。
   答：请检查测量目标是否位于正中央测量位置，若目标偏离中心，则可能导致测量误差；检查被测物体表面光泽度或反射性能，较暗或透明材料在未加反光处理时易产生数据误差；确认传感器安装支架是否稳定，避免因振动或晃动导致测量值异常；必要时重新进行教导校准。

4. 问：输出信号剧烈抖动，难以获得稳定数字信号。
   答：考虑以下排查思路：一是检查接线是否牢固，屏蔽层是否良好接地；二是排除周围电机、变频器等电磁干扰源，可适当增加屏蔽或更换更粗的电缆；三是确认目标物在检测区域中保持稳定，若目标物表面存在抖动或颤动，也会导致输出信号不稳定；四是检查传感器是否受到了灰尘或油污影响，需要定期清洁。

5. 问：传感器在高温环境（接近45℃）下出现误差增大。
   答：尽管HG-C1100温度特性仅为0.03%F.S./℃，但在温度接近极限时，仍可能产生微小漂移。建议在温度高于45℃的场合增加风扇或冷却装置，保持传感器工作温度在推荐范围内。此外，可在系统中对测量数据进行温度补偿校正，提高精度稳定性。

十一、总结

作为一款代表性微型激光位移传感器，HG-C1100兼顾了高精度测量与紧凑小型化设计，适用于多种对距离与位移检测要求较高的工业场合。其基于激光三角测量原理与高精度CMOS图像传感器的组合，搭配松下独创算法，能够在±35毫米测量范围内实现70微米重复精度和±0.1%满量程线性误差，满足严苛的在线检测需求。在12–24V DC低电压供电条件下，40毫安以内的低功耗设计使其易于集成至各种自动化设备。丰富的输出模式（数字开关量与模拟量）与灵活的教导功能，为用户提供了高度定制化的检测方案。

应用领域涵盖电子制造、汽车装配、食品包装、功能性薄膜检测、机器人视觉辅助以及机器加工零件检测等多个行业。在精密度、稳定性和环境适应性方面表现出色，并具备IP67防护能力，有效适应尘埃、水雾等复杂现场环境。同时，铝合金外壳与内部反射镜设计既保证了强度，又最大限度减少了机身尺寸，为大规模集成和批量安装提供了便利。

通过对HG-C1100的系统介绍，读者可以对其技术参数、工作原理、功能特点、安装调试以及应用领域等方面有全面而深入的了解。同时，我们也针对常见问题提出了相应解决方案，帮助用户在选型与使用过程中快速排查故障、提升检测效率。希望本文能为广大工程师和技术人员在实际项目中提供有价值的参考，为工业自动化系统的高效、稳定运行贡献助力。