Phổ biến kiến ​​thức về cảm biến laser

Khi cảm biến phạm vi laser hoạt động, diode phát ra laser trước tiên nhắm mục tiêu mục tiêu và phát ra các xung laser. Sau khi được phản ánh bởi mục tiêu, các phân tán laser theo mọi hướng. Một phần của ánh sáng phân tán trở lại với máy thu cảm biến và được hệ thống quang nhận được trước khi được chụp vào photodiode tuyết lở. Photodiode tuyết lở là một cảm biến quang có chức năng khuếch đại bên trong, có thể phát hiện các tín hiệu quang cực kỳ yếu và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện tương ứng. Một loại phổ biến là một cảm biến khác nhau, đo khoảng cách đích bằng cách ghi lại và xử lý thời gian từ sự phát xạ của xung ánh sáng đến sự trở lại và tiếp nhận của nó. Cảm biến laser phải đo chính xác thời gian truyền vì tốc độ ánh sáng quá nhanh.

Ví dụ: nếu tốc độ ánh sáng khoảng 3 * 10 ^ 8m/s, để đạt được độ phân giải 1mm, mạch điện tử của cảm biến khoảng thời gian truyền phải có khả năng phân biệt các khoảng thời gian cực kỳ ngắn sau:

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

Để phân biệt thời gian 3Ps, đây là một yêu cầu cao đối với công nghệ điện tử và chi phí thực hiện là quá cao. Nhưng các cảm biến laser ngày nay khéo léo tránh trở ngại này, sử dụng một nguyên tắc thống kê đơn giản, quy tắc trung bình, để đạt được độ phân giải 1mm và đảm bảo tốc độ phản hồi.

chức năng chính

Bằng cách sử dụng các đặc điểm của laser như định hướng cao, tính đơn sắc cao và độ sáng cao, phép đo đường dài không tiếp xúc có thể đạt được. Các cảm biến laser thường được sử dụng để đo các đại lượng vật lý như chiều dài, khoảng cách, độ rung, vận tốc và định hướng, cũng như để phát hiện các khiếm khuyết và giám sát các chất ô nhiễm khí quyển.

Laser khác nhau

Đo chiều dài chính xác là một trong những công nghệ chính trong ngành sản xuất cơ khí chính xác và ngành chế biến quang học. Đo chiều dài hiện đại chủ yếu sử dụng hiện tượng giao thoa của sóng ánh sáng, và độ chính xác của nó chủ yếu phụ thuộc vào tính đơn sắc của ánh sáng. Laser là nguồn sáng lý tưởng nhất, tinh khiết hơn 100000 lần so với nguồn ánh sáng đơn sắc tốt nhất trong quá khứ (đèn Krypton-86). Do đó, phép đo chiều dài laser có phạm vi lớn và độ chính xác cao. Theo các nguyên tắc quang học, chiều dài L và bước sóng tối đa của ánh sáng đơn sắc có thể được xác định λ và chiều rộng đường quang phổ δ mối quan hệ giữa chúng là l = λ/δ chiều dài tối đa có thể được đo bằng đèn Krypton 86 là 38,5 cm. Nếu sử dụng laser khí neon helium, nó có thể đo được đến hàng chục km. Nói chung, đo chiều dài trong một vài mét có thể đạt được độ chính xác 0,1 micromet.

Cảm biến radar khác nhau

Nguyên tắc của nó giống như của radar radar. Sau khi tia laser nhắm vào mục tiêu và phát ra, thời gian khứ hồi của nó được đo, sau đó nhân với tốc độ ánh sáng để có được khoảng cách khứ hồi. Do những ưu điểm của tính định hướng cao, tính đơn sắc cao và sức mạnh cao của laser, đây là những điều quan trọng để đo khoảng cách, xác định định hướng mục tiêu, cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của các hệ thống nhận và đảm bảo độ chính xác của phép đo. Do đó, các phạm vi laser đang ngày càng được coi trọng. LIDAR được phát triển trên cơ sở các phạm vi laser không chỉ đo khoảng cách mà còn đo định hướng mục tiêu, tốc độ hoạt động và gia tốc. Nó đã được sử dụng thành công để theo dõi và theo dõi các vệ tinh nhân tạo, chẳng hạn như Lidar sử dụng laser ruby, với phạm vi 500-2000 km và lỗi chỉ vài mét. Cách đây không lâu, vẫn có những trung tâm nghiên cứu và phát triển đã phát triển các cảm biến khác nhau trong loạt LDM, có thể đạt được độ chính xác ở cấp độ micromet trong phạm vi đo khoảng vài km. Laser Ruby, laser thủy tinh Neodymium, laser carbon dioxide và laser gallium arsenide thường được sử dụng làm nguồn sáng cho các loại laser.

Đo độ rung laser

Nó đo tốc độ rung của các vật thể dựa trên nguyên tắc Doppler. Nguyên tắc Doppler đề cập đến nguyên tắc rằng nếu người quan sát nguồn sóng hoặc sóng nhận di chuyển so với môi trường của sóng truyền, tần số được đo bởi người quan sát không chỉ phụ thuộc vào tần số rung phát ra bởi nguồn sóng, mà còn vào cường độ và hướng của tốc độ chuyển động của nguồn sóng hoặc quan sát. Sự khác biệt giữa tần số đo và tần số của nguồn sóng được gọi là dịch chuyển tần số Doppler. Khi hướng rung phù hợp với hướng, tần số Doppler dịch chuyển fd = v/ λ trong đó v là vận tốc rung là bước sóng. Trong dụng cụ đo vận tốc rung Doppler của laser, do vòng tròn của ánh sáng, FD = 2V/。 Loại máy đo rung này chuyển đổi độ rung của vật thể thành dịch chuyển tần số Doppler tương ứng bằng phần đo quang học. Sau khi xử lý thích hợp bởi phần mạch, nó được gửi đến bộ xử lý tín hiệu Doppler để chuyển đổi tín hiệu dịch chuyển tần số Doppler thành tín hiệu điện tương ứng với tốc độ rung và cuối cùng được ghi lại trên băng từ. Đồng hồ đo rung này sử dụng laser neon helium với bước sóng 6328 angstroms (mở rộng), sử dụng bộ điều biến acoustooptic để điều chế tần số quang, sử dụng bộ tạo dao động tinh thể thạch anh và mạch điện. Ưu điểm của nó rất dễ sử dụng, không cần khung tham chiếu cố định, không ảnh hưởng đến độ rung của chính đối tượng, dải tần số đo rộng, độ chính xác cao và dải động lớn. Nhược điểm là quá trình đo lường bị ảnh hưởng rất nhiều bởi ánh sáng đi lạc khác.

Velocimetry

Nó cũng là một phương pháp đo vận tốc laser dựa trên nguyên tắc kepler và thường được sử dụng làm velocimeter doppler laser (xem lưu lượng kế laser). Nó có thể đo vận tốc luồng không khí của đường hầm gió, vận tốc dòng nhiên liệu tên lửa, tốc độ luồng khí phản lực máy bay, tốc độ gió khí quyển và kích thước hạt và tốc độ hội tụ trong các phản ứng hóa học.