Popularyzacja wiedzy na temat czujników laserowych

Gdy czujnik rozkładu lasera działa dioda laserowa, najpierw kieruje się do celu i emituje impulsy laserowe. Po odbiciu przez cel laser rozprasza się we wszystkich kierunkach. Część rozproszonego światła powraca do odbiornika czujnika i jest odbierana przez układ optyczny przed obrazowaniem na fotodiodie lawinowej. Fotodioda lawinowa jest czujnikiem optycznym o wewnętrznej funkcji amplifikacji, która może wykryć wyjątkowo słabe sygnały optyczne i przekształcić je w odpowiednie sygnały elektryczne. Wspólnym typem jest czujnik laserowy, który mierzy odległość docelową poprzez rejestrowanie i przetwarzanie czasu przenoszonego z emisji impulsu światła do jego powrotu i odbioru. Czujniki laserowe muszą dokładnie zmierzyć czas transmisji, ponieważ prędkość światła jest zbyt szybka.

Na przykład, jeśli prędkość światła wynosi około 3 * 10 ^ 8m/s, aby osiągnąć rozdzielczość 1 mm, obwód elektroniczny czujnika czasu transmisji musi być w stanie odróżnić następujące wyjątkowo krótkie okresy:

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

Aby rozróżnić czas 3PS, jest to wysoki wymóg dla technologii elektronicznej, a koszt wdrożenia jest zbyt wysoki. Ale dzisiejsze czujniki laserowe sprytnie unikają tej przeszkody, wykorzystując prostą zasadę statystyczną, średnią zasadę, aby osiągnąć rozdzielczość 1 mm i zapewnić prędkość reakcji.

główna funkcja

Wykorzystując cechy lasera, takie jak wysoka kierunkowość, wysoka monochromatyczność i wysoka jasność, można osiągnąć pomiar bezkontaktowy na duże odległości. Czujniki laserowe są powszechnie stosowane do pomiaru wielkości fizycznych, takich jak długość, odległość, wibracje, prędkość i orientacja, a także do wykrywania defektów i monitorowania zanieczyszczeń atmosferycznych.

Laser Parming

Pomiar Precision Długość jest jedną z kluczowych technologii w branży produkcyjnej precyzyjnej i branży przetwarzania optycznego. Nowoczesna pomiar długości wykorzystuje głównie zjawisko zakłóceń fal światła, a jego dokładność zależy głównie od monochromatyczności światła. Laser jest najbardziej idealnym źródłem światła, które jest 100000 razy czystsze niż najlepsze monochromatyczne źródło światła w przeszłości (lampa Krypton-86). Dlatego pomiar długości lasera ma duży zakres i wysoką dokładność. Zgodnie z zasadami optycznymi maksymalna mierzalna długość L i długość fali światła monochromatycznego można określić λ i szerokość linii widmowej δ Zależność między nimi wynosi l = λ/δ。 Maksymalna długość, którą można zmierzyć za pomocą lampy Krypton 86, wynosi 38,5 centymetrów, a dla dłuższych obiektów, segmentowe pomiary są wymagane do zmniejszenia akceptacji. Jeśli stosuje się laser gazowy helu, może on mierzyć do dziesiątek kilometrów. Zasadniczo pomiar długości w odległości kilku metrów może osiągnąć dokładność 0,1 mikrometrów.

Czujnik radarowy

Jego zasada jest taka sama jak radar radiowy. Po skierowaniu lasera do celu i emisji, jego czas w obie strony mierzy się, a następnie mnożony przez prędkość światła w celu uzyskania odległości w obie strony. Ze względu na zalety wysokiej kierunkowości, wysokiej monochromatyczności i dużej mocy laserów są one kluczowe dla pomiaru odległości, określania orientacji celu, poprawy stosunku sygnału do szumu systemów odbierających i zapewnienie dokładności pomiaru. Dlatego zasięg laserowy są coraz bardziej cenione. Lidar opracowany na podstawie zasięgu laserowego może nie tylko zmierzyć odległość, ale także mierzyć orientację celu, prędkość operacyjną i przyspieszenie. Z powodzeniem wykorzystano go do odległości i śledzenia sztucznych satelitów, takich jak Lidar za pomocą lasera rubinowego, o zakresie 500-2000 kilometrów i błędu zaledwie kilku metrów. Niedawno istniały centra badań i rozwoju, które opracowały czujniki serii LDM, które mogą osiągnąć dokładność na poziomie mikrometru w zakresie pomiaru kilku kilometrów. Lasery rubinowe, lasery szklane neodymu, lasery dwutlenku węgla i lasery arsenidowe galu są często stosowane jako źródła światła dla zasobników laserowych.

Pomiar wibracji laserowej

Mierzy prędkość wibracji obiektów na podstawie zasady Dopplera. Zasada Dopplera odnosi się do zasady, że jeśli obserwator źródła fali lub fali odbierającej porusza się w stosunku do środka fali propagacyjnej, częstotliwość mierzona obserwatora nie tylko zależy od częstotliwości wibracji emitowanej przez źródło fali, ale także od wielkości i kierunku prędkości ruchu fali źródłowego lub obserwatora. Różnica między zmierzoną częstotliwością a częstotliwością źródła fali nazywa się przesunięciem częstotliwości Dopplera. Gdy kierunek wibracji jest spójny z kierunkiem, przesunięcie częstotliwości dopplerowej FD = v/ λ, gdzie V jest prędkością wibracji λ jest długością fali. W instrumencie pomiaru prędkości wibracji lasera Dopplera, z powodu podróży w obie strony, FD = 2 V/ λ。 Ten typ miernika drgań przekształca wibrację obiektu w odpowiadającą przesunięcie częstotliwości dopplerowej przez część optyczną podczas pomiaru, a detektor optyczny konwertuje tę częstotliwość przesunięcia częstotliwości. Po odpowiednim przetwarzaniu przez część obwodu wysyłany jest do procesora sygnału Dopplera w celu przekonwertowania sygnału przesunięcia częstotliwości Dopplera na sygnał elektryczny odpowiadający prędkości wibracji i ostatecznie zarejestrowany na taśmie magnetycznej. Ten miernik wibracji wykorzystuje neonowy laser helowy o długości fali 6328 Angstromów (rozszerzony), wykorzystuje modulator akustyptyczny do modulacji częstotliwości optycznej, wykorzystuje rurkę kryształową kwarcu i wykorzystuje obwód wzmacniacza mocy jako źródło napędu modulatora akustyptycznego. Jego zalety są łatwe w użyciu, nie ma potrzeby ustalonej ramki odniesienia, bez wpływu na wibracje samego obiektu, szerokiej częstotliwości pomiaru, wysoka dokładność i duży zakres dynamiczny. Wadą jest to, że na proces pomiaru ma duży wpływ inne bezpańskie światło.

Velocimetria laserowa

Jest to również laserowa metoda Velocimetria oparta na zasadzie Keplera i jest powszechnie stosowana jako laserowy Velocimeter Dopplera (patrz przepływometr laserowy). Może mierzyć prędkość przepływu powietrza w tunelu aerodynamicznym, prędkość przepływu paliwa rakietowego, prędkość przepływu powietrza samolotu, prędkość wiatru atmosferycznego oraz wielkość cząstek i prędkość zbieżności w reakcjach chemicznych.