Prinsippet og anvendelsen av lasersensor

Lasersensorer er sensorer som bruker laserteknologi for å måle. Den består av en laser, en laserdetektor og en målekrets. Lasersensor er en ny type måleinstrument. Fordelene er at den kan realisere berøringsfri langdistansemåling, rask hastighet, høy presisjon, stor rekkevidde, sterk anti-lys og elektrisk interferensevne, etc.
Lys og lasere Lasere var en av de viktigste vitenskapelige og teknologiske bragdene som dukket opp på 1960-tallet. Den har utviklet seg raskt og har blitt mye brukt i ulike aspekter som nasjonalt forsvar, produksjon, medisin og ikke-elektrisk måling. I motsetning til vanlig lys, må en laser genereres av en laser. For laserens arbeidssubstans, under normale forhold, er de fleste atomer i et stabilt lavenerginivå E1. Under påvirkning av eksternt lys med passende frekvens absorberer atomene i det lave energinivået fotonenergien og er begeistret for overgang til det høye energinivået E2. Fotonenergien E=E2-E1=hv, hvor h er Plancks konstant og v er fotonfrekvensen. Motsatt, under induksjon av lys med frekvens v, vil atomer på energinivå E2 gå over til et lavere energinivå for å frigjøre energi og sende ut lys, som kalles stimulert stråling. Laseren gjør først atomene til arbeidsstoffet unormalt i et høyt energinivå (det vil si populasjonsinversjonsfordelingen), noe som kan gjøre den stimulerte strålingsprosessen dominerende, slik at det induserte lyset med frekvens v forsterkes, og kan passere gjennom parallelle speil Forsterkningen av skredtypen er dannet for å generere kraftig stimulert stråling, som omtales som laser.

Lasere har 3 viktige egenskaper:
1. Høy retningsvirkning (det vil si høy retningsvirkning, liten divergensvinkel for lyshastigheten), utvidelsesområdet til laserstrålen er bare noen få centimeter unna noen få kilometer;
2. Høy monokromaticitet, laserens frekvensbredde er mer enn 10 ganger mindre enn vanlig lys;
3. Høy lysstyrke, maksimal temperatur på flere millioner grader kan genereres ved bruk av laserstrålekonvergens.

Lasere kan deles inn i 4 typer i henhold til arbeidsstoffet:
1. Solid-state laser: Arbeidsstoffet er solid. Vanligvis brukt er rubinlasere, neodym-dopet yttrium aluminium granat lasere (dvs. YAG lasere) og neodym glass lasere. De har omtrent samme struktur, og kjennetegnes ved å være små, robuste og kraftige. Neodymium-glasslasere er for tiden enhetene med høyest pulsutgangseffekt, og når titalls megawatt.
2. Gasslaser: dens virkestoff er gass. Nå er det forskjellige gassatom-, ion-, metalldamp-, gassmolekyllasere. Vanligvis brukt er karbondioksidlasere, heliumneonlasere og karbonmonoksidlasere, som er formet som vanlige utladningsrør, og kjennetegnes av stabil utgang, god monokromatiskitet og lang levetid, men med lav effekt og lav konverteringseffektivitet.
3. Flytende laser: Den kan deles inn i chelatlaser, uorganisk flytende laser og organisk fargelaser, den viktigste av disse er organisk fargelaser, dens største funksjon er at bølgelengden er kontinuerlig justerbar.
4. Halvlederlaser: Det er en relativt ung laser, og den mer modne er GaAs-laseren. Den er preget av høy effektivitet, liten størrelse, lett vekt og enkel struktur, og er egnet for transport på fly, krigsskip, stridsvogner og infanteri. Kan gjøres om til avstandsmålere og severdigheter. Utgangseffekten er imidlertid liten, retningsevnen er dårlig, og den er sterkt påvirket av omgivelsestemperaturen.

Lasersensorapplikasjoner
Ved å bruke egenskapene til høy direktivitet, høy monokromaticitet og høy lysstyrke til laseren kan du realisere berøringsfri langdistansemåling. Lasersensorer brukes ofte til måling av fysiske størrelser som lengde, avstand, vibrasjon, hastighet og orientering, samt for feildeteksjon og overvåking av atmosfæriske forurensninger.
Måling av laserlengde:
Nøyaktig måling av lengde er en av nøkkelteknologiene i industrien for presisjonsmaskineri og optisk prosessindustri. Moderne lengdemåling utføres for det meste ved å bruke interferensfenomenet til lysbølger, og nøyaktigheten avhenger hovedsakelig av lysets monokromaticitet. Laser er den mest ideelle lyskilden, som er 100 000 ganger renere enn den beste monokromatiske lyskilden (krypton-86-lampen) tidligere. Derfor er laserlengdemåleområdet stort og presisjonen høy. I henhold til det optiske prinsippet er forholdet mellom den maksimale målbare lengden L av monokromatisk lys, bølgelengden λ og spektrallinjebredden δ L=λ/δ. Maksimal lengde som kan måles med en krypton-86 lampe er 38,5 cm. For lengre objekter må det måles i seksjoner, noe som reduserer nøyaktigheten. Hvis en helium-neon gasslaser brukes, kan den måle opptil titalls kilometer. Vanligvis mål lengden innen noen få meter, og nøyaktigheten kan nå 0,1 mikron.
Laserområde:
Prinsippet er det samme som for radioradar. Etter at laseren er rettet mot målet og lansert, måles dens tur-retur-tid, og deretter multipliseres med lysets hastighet for å oppnå tur-retur-avstanden. Fordi laseren har fordelene med høy retningsevne, høy monokromatiskitet og høy effekt, er disse svært viktige for å måle lange avstander, bestemme orienteringen til målet, forbedre signal-til-støy-forholdet til mottakssystemet og sikre målenøyaktigheten. . stadig mer oppmerksomhet. Lidaren utviklet på grunnlag av laseravstandsmåleren kan ikke bare måle avstanden, men også måle asimut, hastighet og akselerasjon til målet. Radar, som strekker seg fra 500 til 2000 kilometer, feilen er bare noen få meter. For tiden brukes rubinlasere, neodymglasslasere, karbondioksidlasere og galliumarsenidlasere ofte som lyskilder for laseravstandsmålere.

Laser vibrasjonsmåling:
x
Laserhastighetsmåling:
Det er også en laserhastighetsmålemetode basert på Doppler-prinsippet. Laser-Doppler-strømningsmåleren (se laserstrømningsmåler) brukes mer, som kan måle vindtunnelens luftstrømhastighet, rakettdrivstoffstrømningshastighet, flyjetluftstrømhastighet, atmosfærisk vindhastighet og partikkelstørrelse og konvergenshastighet i kjemiske reaksjoner, etc.