中村講述激光傳感器工作原理

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第十三課-講述激光傳感器的工作原理

激光傳感器工作原理

激光傳感器工作時(shí)，激光發(fā)射二極管+首先對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。激光被目標(biāo)反射后向四面八方散射。部分散射光*返回傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后在雪崩光電二極管+上成像。雪崩光電二極管是一種具有內(nèi)部放大功能的光學(xué)傳感器+，因此可以檢測(cè)極微弱的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。最常見(jiàn)的是激光測(cè)距傳感器，它可以通過(guò)記錄和處理從發(fā)出光脈沖*到接收到光脈沖的時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。由于光速太快，激光傳感器可以準(zhǔn)確測(cè)量傳輸時(shí)間。

比如光速大約是3*10^8m/s。為了達(dá)到1mm的分辨率，傳輸時(shí)間測(cè)距傳感器的電子電路*可以區(qū)分以下極短的時(shí)間:0.001m/(3*10^8m/s)=3ps，需要區(qū)分3ps的時(shí)間，即對(duì)電子技術(shù)要求太高實(shí)現(xiàn)成本太高。但是今天的激光測(cè)距傳感器巧妙地避開(kāi)了這個(gè)障礙，采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)原理即平均法+實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率，并且可以保證響應(yīng)速度。

激光傳感器的主要用途

1、激光測(cè)長(zhǎng)

精密測(cè)量*長(zhǎng)度是精密機(jī)械制造工業(yè)和光學(xué)加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)代長(zhǎng)度計(jì)量多是利用光波的干涉現(xiàn)象+來(lái)進(jìn)行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是理想的光源，它比以單色光源(氨-86燈)還純10萬(wàn)倍。因此激光測(cè)長(zhǎng)的量程大、精度高。由光學(xué)原理*可知單色光+的最大可測(cè)長(zhǎng)度L與波長(zhǎng)入和譜線寬度8之間的關(guān)系是L=入2/8。用-86燈可測(cè)最大長(zhǎng)度為38.5厘米，對(duì)于較長(zhǎng)物體就需分段測(cè)量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器+，則最大可測(cè)幾十公里。一般測(cè)量數(shù)米之內(nèi)的長(zhǎng)度，其精度可達(dá)0.1微米。

2、激光測(cè)距

它的原理與無(wú)線電雷達(dá)相同，將激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射出去后，測(cè)量它的往返時(shí)間，再乘以光速即得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點(diǎn)，這些對(duì)于測(cè)遠(yuǎn)距離、判定目標(biāo)方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比*、保證測(cè)量精度等都是很關(guān)鍵的，因此激光測(cè)距儀日益受到重視。在激光測(cè)距儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的激光雷達(dá)*不僅能測(cè)距，而且還可以測(cè)目標(biāo)方位、運(yùn)運(yùn)速度和加速度等，已成功地用于人造衛(wèi)星的測(cè)距和跟蹤，例如采用紅寶石激光器+的激光雷達(dá)，測(cè)距范圍為500~2000公里,誤差僅幾米。目前常采用紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器*以及砷化鎵激光器作為激光測(cè)距儀的光源。

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