激光傳感器

激光傳感器的寫法

激光傳感器介紹

激光傳感器是利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。

原理

激光測距傳感器先由激光二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，即可測定目標距離。

激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。

如，光速約為3X10^8m/s，要想使分辨率達到1mm，則測距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時間：

0.001m(3X10^8m/s)=3ps

要分辨出3ps的時間，這是對電子技術(shù)提出的過高要求，實現(xiàn)起來造價太高。

但是如今的激光傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡單的統(tǒng)計學原理，即平均法則實現(xiàn)了1mm的分辨率，并且能保證響應速度。

遠距離激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離;LED白光測速儀成像在儀表內(nèi)部集成電路芯片CCD上，CCD芯片性能穩(wěn)定，工作壽命長，且基本不受工作環(huán)境和溫度的影響。因此，LED白光測速儀測量精度有保證，性能穩(wěn)定可靠。

應用

利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現(xiàn)無接觸遠距離測量。激光傳感器常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等。

激光測長

精密測量長度是精密機械制造工業(yè)和光學加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)代長度計量多是利用光波的干涉現(xiàn)象來進行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是最理想的光源，它比以往的單色光源（氪-86燈）還純10萬倍。因此激光測長的量程大、精度高。由光學原理可知單色光的可測長度L與波長λ和譜線寬度δ之間的關(guān)系是L=λ/δ。用氪－86燈可測長度為38.5厘米，對于較長物體就需分段測量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器，則可測幾十公里。一般測量數(shù)米之內(nèi)的長度，其精度可達0.1微米。

激光測距

它的原理與無線電雷達相同，將激光對準目標發(fā)射出去后，測量它的往返時間，再乘以光速即得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點，這些對于測遠距離、判定目標方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比、保證測量精度等都是很關(guān)鍵的，因此激光測距儀日益受到重視。在激光測距儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的激光雷達不僅能測距，而且還可以測目標方位、運運速度和加速度等，已成功地用于人造衛(wèi)星的測距和跟蹤，例如采用紅寶石激光器的激光雷達，測距范圍為500～2000公里,誤差僅幾米。目前常采用紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化鎵激光器作為激光測距儀的光源。

激光測振

它基于多普勒原理測量物體的振動速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對于傳播波的媒質(zhì)而運動，那么觀察者所測到的頻率不僅取決于波源發(fā)出的振動頻率而且還取決于波源或觀察者的運動速度的大小和方向。所測頻率與波源的頻率之差稱為多普勒頻移。在振動方向與方向一致時多普頻移fd=v/λ，式中v為振動速度、λ為波長。在激光多普勒振動速度測量儀中，由于光往返的原因,fd=2v/λ。這種測振儀在測量時由光學部分將物體的振動轉(zhuǎn)換為相應的多普勒頻移,并由光檢測器將此頻移轉(zhuǎn)換為電信號,再由電路部分作適當處理后送往多普勒信號處理器將多普勒頻移信號變換為與振動速度相對應的電信號，記錄于磁帶。這種測振儀采用波長為6328埃(┱)的氦氖激光器，用聲光調(diào)制器進行光頻調(diào)制，用石英晶體振蕩器加功率放大電路作為聲光調(diào)制器的驅(qū)動源，用光電倍增管進行光電檢測，用頻率跟蹤器來處理多普勒信號。它的優(yōu)點是使用方便，不需要固定參考系,不影響物體本身的振動,測量頻率范圍寬、精度高、動態(tài)范圍大。缺點是測量過程受其他雜散光的影響較大。

激光測速

它也是基多普勒原理的一種激光測速方法,用得較多的是激光多普勒流速計(見激光流量計),它可以測量風洞氣流速度、火箭燃料流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風速和化學反應中粒子的大小及匯聚速度等。

應用

美國LMI技術(shù)公司推出了一種經(jīng)過改進的用來測定玻璃厚度和外形的新型激光傳感器。這種傳感器所有的軟件功能都在傳感頭內(nèi)部實現(xiàn)，無需單獨的控制器，從而減少了儀器運作的費用。該公司的FDAII級可視玻璃厚度傳感器，采用了激光三角測量網(wǎng)并以高達每秒2000個讀數(shù)的速度測量厚達1.5mm的玻璃板，以及厚達3.0mm的其它平板玻璃。此種傳感器對于厚度與距離的在線/離線測量而言，是理想的。無論是固定的位置，還是掃描的機構(gòu),都可以在質(zhì)量控制環(huán)境中提供可靠的、可再現(xiàn)的結(jié)果。入射距離為28mm,測量范圍為4.0mm。

為了提高效率，數(shù)據(jù)收集與控制軟件功能被融合在傳感頭內(nèi)。GTS2型傳感器以與垂線成49度角的方式向待測的玻璃發(fā)出一束激光。使用一只探頭，入射激光光線的單線從玻璃的兩個表面反射，然后投射回到傳感器的探頭，給出厚度數(shù)據(jù)。除了可以得出厚度數(shù)據(jù)，GTS2還測量達到玻璃上表面的距離。這就能夠?qū)Ρ粶y表面的位置進行始終如一的精確測量,使測量厚度好于0.00005折射反復性成為可能。精度為±1.0μm。厚度的單面測量簡化了執(zhí)行程序，因為只需要一個傳感器。

傳感器采用電器耦合器件單線排列來計算投射的上表面與下表面反射之間的距離。用CCD(電器耦合器件)技術(shù)，成像可以被過濾或得以進行其它處理，對兩個表面反射的重心進行精確定位。CCD技術(shù)還可以除去難于測量的玻璃應用中常見的有害的多點、反射和其它的雜光。