Het principe en de toepassing van lasersensor

Lasersensoren zijn sensoren die lasertechnologie gebruiken om te meten. Het bestaat uit een laser, een laserdetector en een meetcircuit. Lasersensor is een nieuw type meetinstrument. De voordelen zijn dat het contactloze langeafstandsmeting, hoge snelheid, hoge precisie, groot bereik, sterk anti-licht en elektrisch interferentievermogen, enz. Kan realiseren.
Licht en lasers Lasers waren een van de belangrijkste wetenschappelijke en technologische prestaties die in de jaren zestig ontstonden. Het heeft zich snel ontwikkeld en wordt veel gebruikt in verschillende aspecten, zoals nationale defensie, productie, geneeskunde en niet-elektrische metingen. In tegenstelling tot gewoon licht moet een laser worden gegenereerd door een laser. Voor de werkende substantie van de laser bevinden de meeste atomen zich onder normale omstandigheden in een stabiel laag energieniveau E1. Onder invloed van extern licht met de juiste frequentie absorberen de atomen in het lage energieniveau de fotonenergie en zijn opgewonden om over te gaan naar het hoge energieniveau E2. De fotonenergie E=E2-E1=hv, waarbij h de constante van Planck is en v de fotonfrequentie. Omgekeerd, onder inductie van licht met frequentie v, zullen atomen op energieniveau E2 overgaan naar een lager energieniveau om energie vrij te maken en licht uit te zenden, wat gestimuleerde straling wordt genoemd. De laser maakt eerst de atomen van de werkende substantie abnormaal in een hoog energieniveau (d.w.z. de populatie-inversieverdeling), wat het gestimuleerde stralingsproces dominant kan maken, zodat het geïnduceerde licht met frequentie v wordt verbeterd en door kan gaan parallelle spiegels De lawine-achtige versterking wordt gevormd om krachtige gestimuleerde straling te genereren, die laser wordt genoemd.

Lasers hebben 3 belangrijke eigenschappen:
1. Hoge richtingsgevoeligheid (d.w.z. hoge richtingsgevoeligheid, kleine divergentiehoek van de lichtsnelheid), het uitbreidingsbereik van de laserstraal is slechts enkele centimeters verwijderd van enkele kilometers;
2. Hoge monochromaticiteit, de frequentiebreedte van laser is meer dan 10 keer kleiner dan die van gewoon licht;
3. Hoge helderheid, de maximale temperatuur van enkele miljoenen graden kan worden gegenereerd door het gebruik van laserstraalconvergentie.

Lasers kunnen worden onderverdeeld in 4 soorten volgens de werkzame stof:
1. Laser in vaste toestand: de werkzame stof is vast. Veelgebruikte zijn robijnlasers, neodymium-gedoteerde yttrium-aluminium-granaatlasers (dwz YAG-lasers) en neodymium-glaslasers. Ze hebben ongeveer dezelfde structuur en worden gekenmerkt doordat ze klein, robuust en krachtig zijn. Neodymium-glaslasers zijn momenteel de apparaten met het hoogste pulsuitgangsvermogen, met tientallen megawatts.
2. Gaslaser: de werkzame stof is gas. Nu zijn er verschillende lasers voor gasatomen, ionen, metaaldampen en gasmoleculen. Veelgebruikte zijn kooldioxidelasers, heliumneonlasers en koolmonoxidelasers, die de vorm hebben van gewone ontladingsbuizen en worden gekenmerkt door een stabiele output, goede monochromaticiteit en een lange levensduur, maar met een laag vermogen en een lage conversie-efficiëntie.
3. Vloeibare laser: het kan worden onderverdeeld in chelaatlaser, anorganische vloeistoflaser en organische kleurstoflaser, waarvan de belangrijkste de organische kleurstoflaser is, het grootste kenmerk is dat de golflengte continu instelbaar is.
4. Halfgeleiderlaser: het is een relatief jonge laser en de meer volwassen is de GaAs-laser. Het wordt gekenmerkt door een hoog rendement, een klein formaat, een laag gewicht en een eenvoudige structuur, en is geschikt voor het vervoeren van vliegtuigen, oorlogsschepen, tanks en infanterie. Kan worden gemaakt in afstandsmeters en bezienswaardigheden. Het uitgangsvermogen is echter klein, de directionaliteit is slecht en wordt sterk beïnvloed door de omgevingstemperatuur.

Toepassingen van lasersensoren
Het gebruik van de kenmerken van hoge directiviteit, hoge monochromaticiteit en hoge helderheid van de laser kan contactloze langeafstandsmetingen realiseren. Lasersensoren worden vaak gebruikt voor het meten van fysieke grootheden zoals lengte, afstand, trillingen, snelheid en oriëntatie, maar ook voor het opsporen van fouten en het bewaken van luchtverontreinigende stoffen.
Laserlengtemeting:
Nauwkeurige lengtemeting is een van de sleuteltechnologieën in de productie van precisiemachines en de optische verwerkingsindustrie. Moderne lengtemetingen worden meestal uitgevoerd door gebruik te maken van het interferentieverschijnsel van lichtgolven, en de nauwkeurigheid hangt voornamelijk af van de monochromaticiteit van licht. Laser is de meest ideale lichtbron, die 100.000 keer zuiverder is dan de beste monochromatische lichtbron (krypton-86 lamp) in het verleden. Daarom is het meetbereik van de laserlengte groot en de precisie hoog. Volgens het optische principe is de relatie tussen de maximaal meetbare lengte L van monochromatisch licht, de golflengte λ en de spectraallijnbreedte δ L=λ/δ. De maximale lengte die gemeten kan worden met een krypton-86 lamp is 38,5 cm. Voor langere objecten moet het in secties worden gemeten, wat de nauwkeurigheid vermindert. Als er een helium-neon-gaslaser wordt gebruikt, kan deze tot tientallen kilometers meten. Meet over het algemeen de lengte binnen enkele meters en de nauwkeurigheid kan 0,1 micron bedragen.
Laser variërend:
Het principe is hetzelfde als dat van radioradar. Nadat de laser op het doel is gericht en gelanceerd, wordt de heen- en terugreistijd gemeten en vervolgens vermenigvuldigd met de lichtsnelheid om de heen- en terugreisafstand te verkrijgen. Omdat de laser de voordelen heeft van hoge directiviteit, hoge monochromaticiteit en hoog vermogen, zijn deze erg belangrijk voor het meten van lange afstanden, het bepalen van de oriëntatie van het doel, het verbeteren van de signaal-ruisverhouding van het ontvangende systeem en het waarborgen van de meetnauwkeurigheid . steeds meer aandacht gekregen. De op basis van de laserafstandsmeter ontwikkelde lidar kan niet alleen de afstand meten, maar ook de azimut, snelheid en versnelling van het doel meten. Radar, variërend van 500 tot 2000 kilometer, de fout is slechts een paar meter. Momenteel worden robijnlasers, neodymiumglaslasers, koolstofdioxidelasers en galliumarsenidelasers vaak gebruikt als lichtbronnen voor laserafstandsmeters.

Lasertrillingsmeting:
x
Laser snelheidsmeting:
Het is ook een lasersnelheidsmeetmethode gebaseerd op het Doppler-principe. De laser Doppler-stroommeter (zie laserstroommeter) wordt meer gebruikt, die de luchtstroomsnelheid van de windtunnel, de stroomsnelheid van raketbrandstof, de luchtstroomsnelheid van vliegtuigen, de atmosferische windsnelheid en deeltjesgrootte en convergentiesnelheid in chemische reacties, enz. Kan meten.