Ang prinsipyo at aplikasyon ng laser sensor

Ang mga sensor ng laser ay mga sensor na gumagamit ng teknolohiya ng laser upang sukatin. Binubuo ito ng isang laser, isang detektor ng laser at isang circuit ng pagsukat. Ang laser sensor ay isang bagong uri ng instrumento sa pagsukat. Ang mga bentahe nito ay nauunawaan nito ang pagsukat na hindi nakikipag-ugnay sa malayong distansya, mabilis na bilis, mataas na katumpakan, malaking hanay, malakas na anti-light at kakayahang panghihimasok sa kuryente, atbp.
Ang Light and Lasers Laser ay isa sa pinakamahalagang pang-agham at teknolohikal na tagumpay na lumitaw noong 1960s. Mabilis itong umunlad at malawakang ginagamit sa iba't ibang aspeto tulad ng pambansang depensa, produksyon, gamot at pagsukat na hindi elektrikal. Hindi tulad ng ordinaryong liwanag, ang isang laser ay kailangang mabuo ng isang laser. Para sa gumaganang sangkap ng laser, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, karamihan sa mga atomo ay nasa isang matatag na mababang antas ng enerhiya na E1. Sa ilalim ng pagkilos ng panlabas na liwanag ng naaangkop na dalas, ang mga atomo sa mababang antas ng enerhiya ay sumisipsip ng enerhiya ng photon at nasasabik na lumipat sa mataas na antas ng enerhiya na E2. Ang enerhiya ng photon E=E2-E1=hv, kung saan ang h ay ang pare-pareho ng Planck at ang v ay ang dalas ng photon. Sa kabaligtaran, sa ilalim ng induction ng liwanag na may frequency v, ang mga atom sa antas ng enerhiya na E2 ay lilipat sa isang mas mababang antas ng enerhiya upang maglabas ng enerhiya at maglalabas ng liwanag, na tinatawag na stimulated radiation. Ang laser ay unang ginagawang abnormal ang mga atomo ng gumaganang substance sa isang mataas na antas ng enerhiya (iyon ay, ang pamamahagi ng pagbaligtad ng populasyon), na maaaring gawing nangingibabaw ang stimulated radiation process, upang ang sapilitan na liwanag ng frequency v ay pinahusay, at maaaring dumaan parallel mirrors Ang avalanche-type amplification ay nabuo upang makabuo ng malakas na stimulated radiation, na tinatawag na laser.

Ang mga laser ay may 3 mahalagang katangian:
1. Mataas na directivity (iyon ay, mataas na directivity, maliit na anggulo ng divergence ng bilis ng liwanag), ang expansion range ng laser beam ay ilang sentimetro lamang ang layo mula sa ilang kilometro;
2. Mataas na monochromaticity, ang lapad ng dalas ng laser ay higit sa 10 beses na mas maliit kaysa sa ordinaryong liwanag;
3. Mataas na liwanag, ang pinakamataas na temperatura ng ilang milyong degrees ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng paggamit ng laser beam convergence.

Ang mga laser ay maaaring nahahati sa 4 na uri ayon sa gumaganang sangkap:
1. Solid-state laser: Solid ang gumaganang substance nito. Karaniwang ginagamit ay ruby ​​lasers, neodymium-doped yttrium aluminum garnet lasers (ie YAG lasers) at neodymium glass lasers. Ang mga ito ay may halos parehong istraktura, at nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging maliit, matatag, at mataas na kapangyarihan. Ang mga neodymium-glass laser ay kasalukuyang mga device na may pinakamataas na lakas ng output ng pulso, na umaabot sa sampu-sampung megawatts.
2. Gas laser: ang gumaganang substance nito ay gas. Ngayon ay may iba't ibang gas atom, ion, metal vapor, gas molecule lasers. Karaniwang ginagamit ang mga carbon dioxide laser, helium neon laser at carbon monoxide laser, na hugis tulad ng ordinaryong discharge tubes, at nailalarawan sa pamamagitan ng matatag na output, magandang monochromaticity, at mahabang buhay, ngunit may mababang kapangyarihan at mababang kahusayan sa conversion.
3. Liquid laser: Maaari itong nahahati sa chelate laser, inorganic liquid laser at organic dye laser, ang pinakamahalaga sa kung saan ay organic dye laser, ang pinakamalaking tampok nito ay ang wavelength ay patuloy na adjustable.
4. Semiconductor laser: Ito ay medyo batang laser, at ang mas mature ay ang GaAs laser. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kahusayan, maliit na sukat, magaan ang timbang at simpleng istraktura, at angkop para sa pagdadala sa mga eroplano, barkong pandigma, tangke at infantry. Maaaring gawing mga rangefinder at pasyalan. Gayunpaman, ang output power ay maliit, ang direksyon ay hindi maganda, at ito ay lubos na apektado ng ambient temperature.

Mga Application ng Laser Sensor
Gamit ang mga katangian ng mataas na direktiba, mataas na monochromaticity at mataas na liwanag ng laser ay maaaring mapagtanto ang hindi pakikipag-ugnay na pagsukat ng malayuan. Ang mga laser sensor ay kadalasang ginagamit para sa pagsukat ng mga pisikal na dami tulad ng haba, distansya, vibration, bilis, at oryentasyon, pati na rin para sa pagtukoy ng kapintasan at pagsubaybay sa mga pollutant sa atmospera.
Pagsukat ng haba ng laser:
Ang tumpak na pagsukat ng haba ay isa sa mga pangunahing teknolohiya sa industriya ng pagmamanupaktura ng katumpakan ng makinarya at industriya ng optical processing. Ang modernong pagsukat ng haba ay kadalasang isinasagawa sa pamamagitan ng paggamit ng interference phenomenon ng light waves, at ang katumpakan nito ay higit sa lahat ay nakasalalay sa monochromaticity ng liwanag. Ang laser ay ang pinakaperpektong pinagmumulan ng liwanag, na 100,000 beses na mas dalisay kaysa sa pinakamahusay na monochromatic light source (krypton-86 lamp) sa nakaraan. Samakatuwid, ang saklaw ng pagsukat ng haba ng laser ay malaki at ang katumpakan ay mataas. Ayon sa optical na prinsipyo, ang ugnayan sa pagitan ng maximum na nasusukat na haba L ng monochromatic light, ang wavelength λ at ang spectral line width δ ay L=λ/δ. Ang maximum na haba na maaaring masukat sa isang krypton-86 lamp ay 38.5 cm. Para sa mas mahahabang bagay, kailangan itong sukatin sa mga seksyon, na binabawasan ang katumpakan. Kung gumamit ng helium-neon gas laser, maaari itong sumukat ng hanggang sampu-sampung kilometro. Karaniwang sukatin ang haba sa loob ng ilang metro, at ang katumpakan nito ay maaaring umabot sa 0.1 microns.
Laser Ranging:
Ang prinsipyo nito ay kapareho ng sa radio radar. Matapos ang laser ay nakatutok sa target at inilunsad, ang round-trip na oras nito ay sinusukat, at pagkatapos ay i-multiply sa bilis ng liwanag upang makuha ang round-trip na distansya. Dahil ang laser ay may mga pakinabang ng mataas na directivity, mataas na monochromaticity at mataas na kapangyarihan, ang mga ito ay napakahalaga para sa pagsukat ng malalayong distansya, pagtukoy sa oryentasyon ng target, pagpapabuti ng signal-to-noise ratio ng receiving system, at pagtiyak ng katumpakan ng pagsukat. . lalong nakakuha ng atensyon. Ang lidar na binuo batay sa laser rangefinder ay hindi lamang maaaring masukat ang distansya, ngunit sukatin din ang azimuth, bilis at acceleration ng target. Radar, mula 500 hanggang 2000 kilometro, ang error ay ilang metro lamang. Sa kasalukuyan, ang mga ruby ​​laser, neodymium glass laser, carbon dioxide laser at gallium arsenide laser ay kadalasang ginagamit bilang mga light source para sa laser rangefinders.

Pagsukat ng vibration ng laser:
x
Pagsusukat ng bilis ng laser:
Isa rin itong pamamaraan ng pagsukat ng bilis ng laser batay sa prinsipyo ng Doppler. Ang laser Doppler flowmeter (tingnan ang laser flowmeter) ay ginagamit nang higit pa, na maaaring masukat ang bilis ng daloy ng hangin ng tunel ng hangin, bilis ng daloy ng gasolina ng rocket, bilis ng daloy ng hangin ng sasakyang panghimpapawid, bilis ng hangin sa atmospera at laki ng butil at bilis ng convergence sa mga reaksiyong kemikal, atbp.