激光傳感器的原理和應(yīng)用
激光傳感器的原理和應(yīng)用
激光傳感器原理
激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光探測器和測量電路組成。激光傳感器是一種新型的測量儀器。其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非接觸式遠(yuǎn)距離測量、速度快、精度高、量程大、抗光、電干擾能力強(qiáng)等。
激光不同于普通光，需要由激光產(chǎn)生。對于激光的工作物質(zhì)，在正常情況下，大部分原子處于穩(wěn)定的低能級E1。在適當(dāng)頻率的外光作用下，低能級原子吸收光子能量的激發(fā)，躍遷到高能級E2。光子能量E=E2-E1=hv，其中h是普朗克常數(shù)，v是光子頻率。反之，在頻率為v的光的感應(yīng)下，E2能級的原子會躍遷到較低能級釋放能量并發(fā)光，稱為受激輻射。激光首先使工作物質(zhì)的原子異常處于高能級（即布居反轉(zhuǎn)分布），使受激輻射過程占優(yōu)勢，從而使頻率為v的感應(yīng)光增強(qiáng)，可以通過平行鏡 形成雪崩型放大，產(chǎn)生較大的受激輻射，稱為激光。
激光有 3 個(gè)重要特性。
(1) 高方向性（即高方向性，光速發(fā)散角小），激光束的擴(kuò)展范圍距離幾公里只有幾厘米。
(2)單色性高，激光的頻寬比普通光小10倍以上。
(3) 亮度高，使用激光束會聚可產(chǎn)生數(shù)百萬度的溫度。
兩類激光傳感器的主要原理
利用激光的高指向性、高單色性和高亮度的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式遠(yuǎn)距離測量。激光傳感器通常用于長度、距離、振動、速度和方向等物理量的測量，以及用于探傷和監(jiān)測大氣污染物。總之，激光傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。下面介紹這兩種激光傳感器的主要原理和應(yīng)用。
1、激光位移傳感器
激光位移傳感器利用激光的高方向性、高單色性、高亮度等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)非接觸式遠(yuǎn)距離測量。激光位移傳感器（磁致伸縮位移傳感器）是利用激光的這些優(yōu)點(diǎn)制成的一種新型測量儀器。它的出現(xiàn)大大提高了位移測量的準(zhǔn)確性和可靠性，也為非接觸式位移測量提供了一種有效的測量方法。
激光位移傳感器的兩種測量原理
半導(dǎo)體激光器1通過透鏡2聚焦到被測物6上。反射光被反射鏡3收集并投射到CCD陣列4上；信號處理器5通過三角函數(shù)計(jì)算光斑在陣列4上的位置，得到與物體的距離。
激光發(fā)射器通過透鏡將可見的紅色激光發(fā)射到物體表面，被物體反射的激光通過接收器透鏡，被內(nèi)部的CCD線陣相機(jī)接收。根據(jù)不同的距離，CCD線陣相機(jī)可以在不同角度進(jìn)行不同角度的操作。 “看到”光點(diǎn)。從這個(gè)角度，被稱為激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器可以計(jì)算傳感器和被測物體之間的距離。
同時(shí)，光束在接收元件的位置經(jīng)過模擬和數(shù)字電路處理，并由微處理器分析計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)置的模擬窗口中，輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號按比例。如果使用開關(guān)量輸出，將在設(shè)置的窗口內(nèi)打開，在窗口外關(guān)閉。另外，模擬量和開關(guān)量輸出可以設(shè)置獨(dú)立的檢測窗口。
(2) 激光回波分析法的測量原理
激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離，可以達(dá)到一定的精度。傳感器內(nèi)部由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器和激光接收器組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒向被檢測物體發(fā)射一百萬個(gè)脈沖，然后返回接收器。處理器計(jì)算激光脈沖與被檢測物體相遇并返回接收器所需的時(shí)間，從而計(jì)算距離值，輸出值是數(shù)千次測量的平均輸出。
2.激光測距傳感器
激光測距傳感器的原理與無線雷達(dá)相同。激光瞄準(zhǔn)目標(biāo)并發(fā)射后，測量其往返時(shí)間，然后乘以光速即可得出往返距離。由于激光的高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點(diǎn)，適用于遙測距離、確定目標(biāo)方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比、保證測量精度都非常關(guān)鍵，因此激光測距儀越來越受到重視。