激光传感器的工作原理及主要用途

激光传感器是一种利用激光设备进行检测的传感器。它可以将待测物理量（如长度、流量、速率等）转换为光信号，然后利用光电转换器将光信号转换为电信号。激光传感器发展迅速，广泛应用于现代科技、诊疗和车辆。本文主要介绍了激光传感器的工作原理和适用范围。如果您对所涉及的内容感兴趣，请继续阅读。

激光传感器的工作原理
激光传感器工作时，激光发送二极管首先针对目标发送激光脉冲。在目标反射后，激光向四面八方透射。一些漫射光回到传感器接收器，在雪崩光电二极管上显像，被光学系统接收。雪崩光电二极管是一种具有内部放大功能的光学传感器，因此可以检测极微弱的光信号，并将其转换为相应的电信号。最常见的是激光测距传感器，它可以通过记录和解决从传出光脉冲到接收光脉冲的时间来确定目标间距。由于光速过快，激光传感器可以准确测量传输时间。
例如，光速约为3*10^8m/s。为了达到1mm的分辨率，传输时间测距传感器的电子线路可以区分以下极短的时间:0.001m/(3*10^8m/s)=3ps，必须区分3ps的时间，即对电子技术要求过高，完成成本过高。然而，今天的激光测距传感器巧妙地避免了这种障碍，采用了一个简单的统计原理，即平均分辨率为1mm，可以保证响应时间。
激光传感器的适用范围
1、激光测长
精密测量长度是精密机械制造业和光学加工业的关键技术之一。光波的干扰现象主要用于当代长度测量，其精度完全取决于光的单色性。激光是理想的光源，比过去最好的单色光源(氪-86灯)纯10万倍。因此，激光测长量程大，精度高。光学原理可以知道单色光的主要能量长度 L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系是L=λ2/δ。用氪－86灯可以测量38.5厘米的大长度，对于较长的物体，需要分段测量，以降低精度。如果使用氦霓虹气体激光器，可以测量几十公里。一般测量数米以内的长度，其精度可达0.1μm。
2、激光测距
其原理与无线电雷达相同。激光对准目标发出后，测量来回时间，然后乘以光速获得来回间距。由于激光具有专业化程度高、单色性高、功率大的特点，对于测量长距离、判断目标方向、提高接收系统的信噪比、保证检测精度至关重要。因此，激光测距仪越来越受到重视。激光雷达在激光测距仪的前提下开发，不仅可以测量距离，还可以测量目标方向、运输速度和加速度，已成功用于人造卫星的测距和跟踪，如红宝石激光激光激光雷达，测距范围为500～2000公里，偏差只有几米。红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器及其砷化镓激光器常被用作激光测距仪的光源。
3、激光测厚
采用三角测距原理，在C架的上下分割有一个精密的激光测距传感器，激光发送的部署激光击中待测物体的表面，根据对线阵列 CCD信号采样解决方案，线阵CCD摄像头在控制电路的控制下同步获得待测物与C架之间的距离，并根据传感器反馈的数据计算中间待测物的厚度。由于检测是连续进行的，因此可以获得待测物体的连续动态薄厚值。
激光测厚类型：
1)单激光位移传感器测厚
被测体放置在测量平台上，测量传感器与平台表面之间的间距，然后测量传感器与被测体表面之间的间隔，测量后测量薄厚。规定被测体与测量平台之间无磁密度，被测体无翘曲。这些严格的要求只能在离线条件下实现。2）双激光位移传感器的厚度测量
激光位移传感器安装在被测体的上下两侧，被测体的厚D=C-(A B)。C是两个传感器之间的距离，A是上传感器与被测体之间的距离，B是下传感器与被测体之间的距离。该方法的优点是可以去除被测体振动对测量结果的影响。但对传感器的安装和特性也有要求。确保测量精度的条件是：两个传感器发送光束必须同轴，两个传感器扫描必须同步。同轴由安装完成，同步取决于同步激光传感器的选择。
4、激光测振
它基于多普勒原理测量物体的振动速率。多普勒原理是，如果波源或接收波的观察者与传播波的媒体相比移动，观察者测量的频率不仅取决于波源的振动频率，还取决于波源或观察者的运动速度和方向。被测频率与波源的次数差称为多普勒频移。振动方向与方向一致时，多频移动 fd=v/λ，式中v 振动速度，λ为波长。由于光来回的原因，在激光多普勒振动速度探测器中，fd =2v/λ。在测量过程中，这种振动计将物体的振动从光学部分转换为相应的多普勒频移，并将频移转换为电信号，然后通过电路部分进行适当处理，送到多普勒信号转换器，将多普勒频移信号转换为与振动速度相对应的电信号，最终记录在磁带中。这种测振器的波长为6328埃(┱)氦霓虹激光器采用光控制器进行光频部署，以石英晶体振荡器加功放大电路为光控制器的驱动源，用光电倍增管进行光电检测，用频率跟踪器处理多普勒信号。其优点是使用方便，不需要固定参考系统，不影响物体本身的振动，测量工作频段宽，精度高，动态范围大。缺点是测量过程受其他杂散光的影响较大。
5、激光限速
它也是基多普勒原理的一种激光限速方法。激光多普勒流速计广泛应用于测量风洞旋转速率、火箭燃料流速、飞机喷射流速、大气风力和化学变化中颗粒大小和聚集速率等。
综上所述，激光传感器应用广泛，借助激光专业、高单色、高亮度，实现无接触远距离测量，也可用于探伤和空气污染物检测，也受到许多人的青睐，是一种非常使用的技术，深入研究或不难找到更多的秘密，造福各个领域。

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