Princippet og anvendelsen af ​​lasersensor

Lasersensorer er sensorer, der bruger laserteknologi til at måle. Den består af en laser, en laserdetektor og et målekredsløb. Lasersensor er en ny type måleinstrument. Dens fordele er, at den kan realisere berøringsfri langdistancemåling, hurtig hastighed, høj præcision, stor rækkevidde, stærk anti-lys og elektrisk interferensevne osv.
Lys og lasere Lasere var en af ​​de mest betydningsfulde videnskabelige og teknologiske bedrifter, der dukkede op i 1960'erne. Det har udviklet sig hurtigt og er blevet meget brugt i forskellige aspekter såsom nationalt forsvar, produktion, medicin og ikke-elektrisk måling. I modsætning til almindeligt lys skal en laser genereres af en laser. For laserens arbejdsstof er de fleste atomer under normale forhold i et stabilt lavenerginiveau E1. Under påvirkning af eksternt lys med passende frekvens absorberer atomerne i det lave energiniveau fotonenergien og ophidses til overgang til det høje energiniveau E2. Fotonenergien E=E2-E1=hv, hvor h er Plancks konstant og v er fotonfrekvensen. Omvendt vil atomer på energiniveau E2 under induktion af lys med frekvens v gå over til et lavere energiniveau for at frigive energi og udsende lys, som kaldes stimuleret stråling. Laseren gør først atomerne i det arbejdende stof unormalt i et højt energiniveau (det vil sige populationsinversionsfordelingen), hvilket kan gøre den stimulerede strålingsproces dominerende, så det inducerede lys med frekvens v forstærkes og kan passere igennem parallelle spejle Den lavine-type forstærkning er dannet for at generere kraftig stimuleret stråling, som omtales som laser.

Lasere har 3 vigtige egenskaber:
1. Høj retningsvirkning (det vil sige høj retningsbestemmelse, lille divergensvinkel for lyshastigheden), laserstrålens ekspansionsområde er kun et par centimeter væk fra nogle få kilometer;
2. Høj monokromaticitet, laserens frekvensbredde er mere end 10 gange mindre end almindeligt lys;
3. Høj lysstyrke, den maksimale temperatur på flere millioner grader kan genereres ved brug af laserstrålekonvergens.

Lasere kan opdeles i 4 typer afhængigt af arbejdsstoffet:
1. Solid-state laser: Dens arbejdsstof er fast. Almindeligt anvendte er rubinlasere, neodym-doterede yttrium aluminium granat lasere (dvs. YAG lasere) og neodym glas lasere. De har nogenlunde samme struktur og er kendetegnet ved at være små, robuste og kraftige. Neodymium-glaslasere er i øjeblikket de enheder med den højeste pulsudgangseffekt, der når titusinder af megawatt.
2. Gaslaser: dens arbejdsstof er gas. Nu er der forskellige gas atom, ion, metal damp, gas molekyle lasere. Almindeligt anvendte er kuldioxidlasere, heliumneonlasere og kuliltelasere, som er formet som almindelige udladningsrør og er karakteriseret ved stabilt output, god monokromaticitet og lang levetid, men med lav effekt og lav konverteringseffektivitet.
3. Flydende laser: Den kan opdeles i chelatlaser, uorganisk flydende laser og organisk farvelaser, hvoraf den vigtigste er organisk farvelaser, dens største egenskab er, at bølgelængden er kontinuerligt justerbar.
4. Halvlederlaser: Det er en relativt ung laser, og den mere modne er GaAs-laseren. Den er kendetegnet ved høj effektivitet, lille størrelse, let vægt og enkel struktur og er velegnet til at transportere på fly, krigsskibe, kampvogne og infanteri. Kan laves om til afstandsmålere og seværdigheder. Udgangseffekten er dog lille, retningsbestemtheden er dårlig, og den er stærkt påvirket af den omgivende temperatur.

Lasersensorapplikationer
Ved at bruge karakteristika for høj retningsbestemmelse, høj monokromaticitet og høj lysstyrke af laseren kan opnå berøringsfri langdistancemåling. Lasersensorer bruges ofte til måling af fysiske størrelser såsom længde, afstand, vibration, hastighed og orientering, samt til fejldetektion og overvågning af atmosfæriske forurenende stoffer.
Måling af laserlængde:
Præcis måling af længde er en af ​​nøgleteknologierne i fremstillingsindustrien for præcisionsmaskiner og den optiske forarbejdningsindustri. Moderne længdemåling udføres for det meste ved at bruge lysbølgernes interferensfænomen, og dens nøjagtighed afhænger hovedsageligt af lysets monokromaticitet. Laser er den mest ideelle lyskilde, som er 100.000 gange renere end den bedste monokromatiske lyskilde (krypton-86 lampe) tidligere. Derfor er laserlængdemåleområdet stort, og præcisionen er høj. Ifølge det optiske princip er forholdet mellem den maksimalt målbare længde L af monokromatisk lys, bølgelængden λ og den spektrale linjebredde δ L=λ/δ. Den maksimale længde, der kan måles med en krypton-86 lampe, er 38,5 cm. For længere objekter skal det måles i sektioner, hvilket reducerer nøjagtigheden. Hvis der bruges en helium-neon gaslaser, kan den måle op til snesevis af kilometer. Mål generelt længden inden for et par meter, og dens nøjagtighed kan nå 0,1 mikron.
Laser rækkevidde:
Dens princip er det samme som for radioradar. Efter at laseren er rettet mod målet og lanceret, måles dens tur-retur-tid og ganges derefter med lysets hastighed for at opnå tur-retur-distancen. Fordi laseren har fordelene ved høj retningsbestemmelse, høj monokromaticitet og høj effekt, er disse meget vigtige til måling af lange afstande, bestemmelse af målets orientering, forbedring af signal-til-støj-forholdet i det modtagende system og sikring af målenøjagtigheden . fik mere og mere opmærksomhed. Lidaren udviklet på basis af laserafstandsmåleren kan ikke kun måle afstanden, men også måle målets azimut, hastighed og acceleration. Radar, der spænder fra 500 til 2000 kilometer, fejlen er kun et par meter. På nuværende tidspunkt bruges rubinlasere, neodymglaslasere, kuldioxidlasere og galliumarsenidlasere ofte som lyskilder til laserafstandsmålere.

Laser vibrationsmåling:
x
Laserhastighedsmåling:
Det er også en laserhastighedsmålingsmetode baseret på Doppler-princippet. Laser Doppler flowmåleren (se laser flowmeter) bruges mere, som kan måle vindtunnelens luftstrømshastighed, raketbrændstofstrømningshastigheden, flyjetluftstrømshastigheden, atmosfærisk vindhastighed og partikelstørrelse og konvergenshastighed i kemiske reaktioner mv.