Popularização do conhecimento sobre sensores de variação a laser

Quando o sensor de variação do laser está funcionando, o diodo emissor do laser primeiro tem como alvo o alvo e emite pulsos de laser. Depois de ser refletido pelo alvo, o laser se espalha em todas as direções. Parte da luz dispersa retorna ao receptor do sensor e é recebida pelo sistema óptico antes de ser fotografado para o fotodiodo Avalanche. Um fotodiodo de avalanche é um sensor óptico com função de amplificação interna, que pode detectar sinais ópticos extremamente fracos e convertê -los em sinais elétricos correspondentes. Um tipo comum é um sensor de variação a laser, que mede a distância alvo registrando e processando o tempo que leva da emissão de um pulso de luz para seu retorno e recepção. Os sensores do laser devem medir com precisão o tempo de transmissão, porque a velocidade da luz é muito rápida.

Por exemplo, se a velocidade da luz for de cerca de 3 * 10 ^ 8m/s, a fim de obter uma resolução de 1 mm, o circuito eletrônico do sensor de tempo de transmissão deve ser capaz de distinguir os seguintes períodos de tempo extremamente curtos:

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

Para distinguir o tempo do 3PS, esse é um alto requisito para a tecnologia eletrônica e o custo da implementação é muito alto. Mas os sensores de variação de laser de hoje evitam inteligentemente esse obstáculo, usando um princípio estatístico simples, a regra média, para obter uma resolução de 1 mm e garantir a velocidade de resposta.

Função principal

Ao utilizar as características do laser, como alta direcionalidade, alta monocromaticidade e alto brilho, podem ser alcançadas medidas de longa distância sem contato. Os sensores a laser são comumente usados ​​para medir quantidades físicas, como comprimento, distância, vibração, velocidade e orientação, bem como para detectar defeitos e monitorar poluentes atmosféricos.

A variação do laser

A medição de comprimento de precisão é uma das principais tecnologias na indústria de fabricação mecânica de precisão e na indústria de processamento óptico. A medição moderna do comprimento utiliza principalmente o fenômeno de interferência das ondas leves, e sua precisão depende principalmente da monocromaticidade da luz. O laser é a fonte de luz mais ideal, que é 100000 vezes mais pura que a melhor fonte de luz monocromática no passado (lâmpada Krypton-86). Portanto, a medição do comprimento do laser tem uma grande faixa e alta precisão. De acordo com os princípios ópticos, o comprimento máximo mensurável l e o comprimento de onda da luz monocromática podem ser determinados λ e a largura da linha espectral Δ A relação entre eles é L = λ/Δ。 O comprimento máximo que pode ser medido com uma lâmpada de Krypton 86 é necessária para reduzir os seguintes. Se um laser de gás neon de hélio for usado, ele poderá medir dezenas de quilômetros. Geralmente, medir um comprimento dentro de alguns metros pode obter uma precisão de 0,1 micrômetros.

Sensor de radar variando

Seu princípio é o mesmo do radar de rádio. Depois que o laser é voltado para o alvo e emitido, seu tempo de ida e volta é medido e depois multiplicado pela velocidade da luz para obter a distância de ida e volta. Devido às vantagens de alta direcionalidade, alta monocromaticidade e alta potência dos lasers, estes são cruciais para medir a distância, determinar a orientação do alvo, melhorando a relação sinal-ruído dos sistemas de recepção e garantindo a precisão da medição. Portanto, os finders de laser estão sendo cada vez mais valorizados. O Lidar desenvolvido com base em finders de alcance a laser pode não apenas medir a distância, mas também medir a orientação do alvo, a velocidade operacional e a aceleração. Ele foi usado com sucesso para variação e rastreamento de satélites artificiais, como o LiDAR usando um laser de rubi, com uma faixa variante de 500-2000 quilômetros e um erro de apenas alguns metros. Há pouco tempo, ainda havia centros de pesquisa e desenvolvimento que desenvolveram os sensores de variação da série LDM, que podem obter precisão no nível do micrômetro dentro de uma faixa de medição de vários quilômetros. Lasers de rubi, lasers de vidro de neodímio, lasers de dióxido de carbono e lasers de arseneto de gálio são frequentemente usados ​​como fontes de luz para finders de alcance a laser.

Medição de vibração a laser

Ele mede a velocidade de vibração dos objetos com base no princípio doppler. O princípio Doppler refere -se ao princípio de que, se o observador da fonte de onda ou da onda de recebimento se mover em relação ao meio da onda de propagação, a frequência medida pelo observador não apenas depende da frequência de vibração emitida pela fonte de onda, mas também da magnitude e direção da velocidade de movimento da fonte ou observador de onda. A diferença entre a frequência medida e a frequência da fonte de onda é chamada de deslocamento de frequência Doppler. Quando a direção da vibração é consistente com a direção, a mudança de frequência Doppler FD = v/ λ ， onde V é a velocidade de vibração λ é o comprimento de onda. No instrumento de medição da velocidade de vibração do Doppler a laser, devido à viagem de ida e volta, FD = 2V/ λ。 Este tipo de medidor de vibração converte a vibração do objeto na mudança de frequência de Doppler correspondente por parte da parte óptica durante a medição, e o detector óptico converte essa mudança de frequência em um sinal elétrico. Após o processamento apropriado pela parte do circuito, ele é enviado ao processador de sinal doppler para converter o sinal de mudança de frequência do Doppler em um sinal elétrico correspondente à velocidade de vibração e finalmente registrado na fita magnética. This vibration meter uses a helium neon laser with a wavelength of 6328 angstroms (extended), uses an acoustooptic modulator for optical frequency modulation, uses a quartz crystal oscillator and a power amplifier circuit as the driving source of the acoustooptic modulator, uses a photomultiplier tube for photoelectric detection, and uses a frequency tracker to process Doppler signals. Suas vantagens são fáceis de usar, não há necessidade de uma estrutura de referência fixa, nenhum impacto na vibração do próprio objeto, ampla faixa de frequência de medição, alta precisão e grande faixa dinâmica. A desvantagem é que o processo de medição é bastante afetado por outra luz perdida.

Velocimetria a laser

É também um método de velocimetria a laser baseado no princípio Kepler e é comumente usado como um velocímetro de Doppler a laser (consulte o medidor de fluxo do laser). Pode medir a velocidade do fluxo de ar do túnel de vento, velocidade do fluxo de combustível de foguetes, velocidade do fluxo de ar do jato de aeronave, velocidade do vento atmosférico e tamanho de partícula e velocidade de convergência em reações químicas.