激光传感器的原理和应用

激光传感器的原理和应用

        激光传感器原理
        
        激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、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。其优点是可实现非接触式远距离测量、速度快、精度高、量程大、抗光、电干扰能力强等。
        
        激光不同于普通光，需要由激光产生。对于激光的工作物质，在正常情况下，大部分原子处于稳定的低能级E1。在适当频率的外光作用下，低能级原子吸收光子能量的激发，跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv，其中h是普朗克常数，v是光子频率。反之，在频率为v的光的感应下，E2能级的原子会跃迁到较低能级释放能量并发光，称为受激辐射。激光首先使工作物质的原子异常处于高能级（即布居反转分布），使受激辐射过程占优势，从而使频率为v的感应光增强，可以通过平行镜 形成雪崩型放大，产生较大的受激辐射，称为激光。
        
        激光有 3 个重要特性。
        
         (1) 高方向性（即高方向性，光速发散角小），激光束的扩展范围距离几公里只有几厘米。
        
         (2)单色性高，激光的频宽比普通光小10倍以上。
        
         (3) 亮度高，使用激光束会聚可产生数百万度的温度。
        
        两类激光传感器的主要原理
        
        利用激光的高指向性、高单色性和高亮度的特点，可以实现非接触式远距离测量。激光传感器通常用于长度、距离、振动、速度和方向等物理量的测量，以及用于探伤和监测大气污染物。总之，激光传感器的应用领域越来越广泛。下面介绍这两种激光传感器的主要原理和应用。
        
         1、激光位移传感器
        
        激光位移传感器利用激光的高方向性、高单色性、高亮度等特点，可实现非接触式远距离测量。激光位移传感器（磁致伸缩位移传感器）是利用激光的这些优点制成的一种新型测量仪器。它的出现大大提高了位移测量的准确性和可靠性，也为非接触式位移测量提供了一种有效的测量方法。
        
        激光位移传感器的两种测量原理
        
        半导体激光器1通过透镜2聚焦到被测物6上。反射光被反射镜3收集并投射到CCD阵列4上；信号处理器5通过三角函数计算光斑在阵列4上的位置，得到与物体的距离。
        
        激光发射器通过透镜将可见的红色激光发射到物体表面，被物体反射的激光通过接收器透镜，被内部的CCD线阵相机接收。根据不同的距离，CCD线阵相机可以在不同角度进行不同角度的操作。 “看到”光点。从这个角度，被称为激光和相机之间的距离，数字信号处理器可以计算传感器和被测物体之间的距离。
        
        同时，光束在接收元件的位置经过模拟和数字电路处理，并由微处理器分析计算出相应的输出值，并在用户设置的模拟窗口中，输出标准数据信号按比例。如果使用开关量输出，将在设置的窗口内打开，在窗口外关闭。另外，模拟量和开关量输出可以设置独立的检测窗口。
        
         (2) 激光回波分析法的测量原理
        
        激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离，可以达到一定的精度。传感器内部由处理器单元、回波处理单元、激光发射器和激光接收器组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒向被检测物体发射一百万个脉冲，然后返回接收器。处理器计算激光脉冲与被检测物体相遇并返回接收器所需的时间，从而计算距离值，输出值是数千次测量的平均输出。
        
         2.激光测距传感器
        
        激光测距传感器的原理与无线雷达相同。激光瞄准目标并发射后，测量其往返时间，然后乘以光速即可得出往返距离。由于激光的高方向性、高单色性和高功率等优点，适用于遥测距离、确定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度都非常关键，因此激光测距仪越来越受到重视。