Popularisering av kunskap om laseravståndssensorer

När den laseravsnittliga sensorn fungerar riktar sig laseremitterande diod först mot målet och avger laserpulser. Efter att ha återspeglats av målet sprids lasern i alla riktningar. En del av det spridda ljuset återvänder till sensormottagaren och tas emot av det optiska systemet innan den avbildas på lavinfotodioden. En lavinfotodiode är en optisk sensor med intern amplifieringsfunktion, som kan upptäcka extremt svaga optiska signaler och omvandla dem till motsvarande elektriska signaler. En vanlig typ är en laseravståndssensor, som mäter målavståndet genom att spela in och bearbeta tiden det tar från utsläpp av en lätt puls till dess återkomst och mottagning. Lasersensorer måste mäta överföringstiden exakt eftersom ljusets hastighet är för snabb.

Om till exempel ljusets hastighet är cirka 3 * 10 ^ 8m/s, för att uppnå en upplösning på 1 mm, måste den elektroniska kretsen för transmissionstidens sensor kunna skilja följande extremt korta perioder:

0,001 m/(3 * 10 ^ 8m/s) = 3ps

För att skilja tiden för 3PS är detta ett högt krav för elektronisk teknik och kostnaden för implementering är för hög. Men dagens laseravståndssensorer undviker smart detta hinder, med hjälp av en enkel statistisk princip, den genomsnittliga regeln, för att uppnå en upplösning på 1 mm och säkerställa svarshastighet.

huvudfunktion

Genom att använda egenskaperna hos laser såsom hög riktning, hög monokromatiskhet och hög ljusstyrka kan icke-kontakt långväga mätning uppnås. Lasersensorer används ofta för att mäta fysiska mängder såsom längd, avstånd, vibration, hastighet och orientering, samt för att upptäcka defekter och övervaka atmosfäriska föroreningar.

laseravstånd

Precisionslängdsmätning är en av de viktigaste teknologierna inom den precisionsmekaniska tillverkningsindustrin och optisk bearbetningsindustri. Modern längdmätning använder mestadels interferensfenomenet av ljusvågor, och dess noggrannhet beror främst på ljusets monokromaticitet. Laser är den mest perfekta ljuskällan, som är 100000 gånger renare än den bästa monokromatiska ljuskällan tidigare (Krypton-86-lampan). Därför har mätning av laserlängd ett stort intervall och hög noggrannhet. Enligt optiska principer kan den maximala mätbara längden l och våglängden för monokromatiskt ljus bestämmas λ och spektral linjebredd Δ Förhållandet mellan dem är l = λ/Δ。 Den maximala längden som kan mätas med en Krypton 86 -lampan är 38,5 centimeter, och för längre objekt, är nedlagda mätningar krävas att reducera. Om en helium -neongaslaser används kan den mäta upp till tiotals kilometer. Generellt sett kan mätning av en längd inom några meter uppnå en noggrannhet på 0,1 mikrometer.

Radarsensor

Dess princip är densamma som radioradar. När lasern har riktat sig mot målet och släpps ut mäts dess rundturtid och multipliceras sedan med ljusets hastighet för att erhålla rundturavståndet. På grund av fördelarna med hög riktning, hög monokromatiskhet och höga krafter av lasrar är dessa avgörande för att mäta avstånd, bestämma målorientering, förbättra signal-till-brusförhållandet mellan mottagningssystem och säkerställa mätnoggrannhet. Därför värderas laserområdet i allt högre grad. LIDAR som utvecklats på grundval av laserområdet kan inte bara mäta avstånd, utan också mäta målorientering, operativ hastighet och acceleration. Det har framgångsrikt använts för att sträcka sig och spåra konstgjorda satelliter, såsom Lidar med en rubinlaser, med ett intervall på 500-2000 kilometer och ett fel på bara några meter. För inte så länge sedan fanns det fortfarande forsknings- och utvecklingscentra som utvecklade LDM -serien, som kan uppnå noggrannhet i mikrometernivån inom ett mätområde på flera kilometer. Ruby -lasrar, neodymglaslasrar, koldioxidlasrar och galliumarsenidlasrar används ofta som ljuskällor för laserområde.

Laservibrationsmätning

Den mäter vibrationshastigheten för objekt baserat på Doppler -principen. Doppler -principen hänvisar till principen att om observatören av vågkällan eller mottagande våg rör sig relativt mediet för den förökande vågen beror frekvensen som mäts av observatören inte bara på vibrationsfrekvensen som släpps ut av vågkällan, utan också på rörelsens storlek och riktning rörelseshastigheten eller observatören. Skillnaden mellan den uppmätta frekvensen och frekvensen för vågkällan kallas Doppler -frekvensförskjutning. När vibrationsriktningen är förenlig med riktningen är Doppler -frekvensskiftet FD = V/ λ ， där V är vibrationshastigheten λ är våglängden. I laser Doppler-vibrationshastighetsmätningsinstrumentet, på grund av det rundturet av ljus, FD = 2V/ λ。 Denna typ av vibrationsmätare konverterar vibrationen för objektet till motsvarande dopplerfrekvensförskjutning med den optiska delen under mätningen, och den optiska detektorn omvandlar denna frekvensförskjutning till en elektrisk signal. Efter lämplig bearbetning av kretsdelen skickas den till Doppler -signalprocessorn för att konvertera Doppler -frekvensskiftsignalen till en elektrisk signal som motsvarar vibrationshastigheten och registreras slutligen på magnetband. Denna vibrationsmätare använder en helium -neonlaser med en våglängd av 6328 AngStroms (utökad), använder en Acoustooptic -modulator för optisk frekvensmodulering, använder en Quartz Crystal Oscillator och en Power Amplifier Circuit som en körningskälla. Dess fördelar är enkla att använda, inget behov av en fast referensram, ingen påverkan på själva objektets vibration, breda mätfrekvensområdet, hög noggrannhet och stort dynamiskt intervall. Nackdelen är att mätprocessen påverkas kraftigt av annat herrelöst ljus.

Laservelocimetri

Det är också en laservelocimetri -metod baserad på Kepler -principen och används vanligtvis som en laser Doppler -velocimeter (se laserflödesmätare). Det kan mäta luftflödeshastigheten för vindtunnel, raketbränsleflödeshastighet, luftflödesflödeshastighet, atmosfärisk vindhastighet och partikelstorlek och konvergenshastighet i kemiska reaktioner.