激光技术和激光是20世纪60年代出现的最重要的科学技术。激光技术和应用的快速发展与多学科结合,形成了一门新的交叉学科。
如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。
该激光传感器由激光器、激光探测器和测量电路组成。激光传感器是一种新型的测量仪器。它的优点是可以实现非接触式远距离测量,速度快、精度高、量程大、抗光能力强、电干扰能力强。
这些交叉技术和新学科的出现,极大地促进了传统产业和新兴产业的发展,使激光的应用几乎扩展到国民经济的各个领域。本文主要介绍了激光传感器的原理。
激光传感器原则
当激光传感器工作时,首先将激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。激光被目标物反射后,向各个方向散射。部分散射光经光学系统接收后返回传感器接收机,并在雪崩光电二极管上成像。雪崩光电二极管是一种具有内部放大功能的光学传感器,可以检测到极微弱的光信号,并将其转换成相应的电信号。
最常见的是激光距离传感器,它可以通过记录和处理从发送光脉冲到接收回光脉冲所经过的时间来确定目标距离。还有一个激光位移传感器。
激光传感器原理-激光特性
为什么激光可以测量距离?它的特点是什么?科普激光传感器
激光不同于普通的光,需要激光产生。在激光器的工作物质中,通常情况下,大多数原子处于稳定的低能级E1。在适当频率的外部光的作用下,处于低能级的原子吸收光子能量激发并跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv,其中h为普朗克常数,v为光子频率。反之,在频率为v的光的诱导下,能级为E2的原子会跃迁到较低的能级,释放能量,发光,称为受激辐射。
激光首先使工作物质的原子异常高(即布居数反转分布),使受激发射过程占主导地位,从而使频率v的感生光增强,并能通过平行镜。形成雪崩般的放大效应,产生较大的受激辐射,称为激光。激光有三个重要的特性。[1]
Ⅰ:高亮度,使用激光收敛可以产生几百万度的温度。
Ⅱ:高单色性,激光的频宽比普通光线小10倍以上。
Ⅲ:高方向性(即高方向性、小发散角的光速),激光光束扩展距离几公里只有几厘米。
激光传感器原理-激光长度测量
现代精密测长技术是精密机械制造业和光学加工行业的关键技术之一。
长度测量大多是利用光波的干涉现象进行的,其精度主要取决于光的单色性。激光是最理想的光源,它比最好的单色光光源(氪86灯)纯净10万倍。因此,激光长度测量具有量程大、精度高的特点。根据光学原理,单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系为L=λ/δ。用氪86灯可以测量的最大长度是38.5厘米。对于较长的物体,需要分段测量,精度降低。如果使用亨利气体激光器,它最多可以测量几十公里。一般测量长度在几米以内,其精度可以达到0.1微米。
激光传感器原理-激光振动测量
它基于多普勒原理测量物体的振动速度。多普勒原理意味着如果波源或观察者接收波移动相对于介质传播的波,频率测量的观察者不仅取决于波发出的振动频率源,还取决于波源或观察者的运动大小和方向