Принципот и примената на ласерскиот сензор

Ласерските сензори се сензори кои користат ласерска технологија за мерење. Се состои од ласер, ласерски детектор и мерно коло. Ласерскиот сензор е нов тип на мерен инструмент. Неговите предности се што може да реализира бесконтактно мерење на долги растојанија, брза брзина, висока прецизност, голем домет, силна способност против светлина и електрични пречки итн.
Светлина и ласери Ласерите беа едно од најзначајните научни и технолошки достигнувања што се појавија во 1960-тите. Се развиваше брзо и беше широко користен во различни аспекти како што се националната одбрана, производството, медицината и неелектричното мерење. За разлика од обичната светлина, ласерот треба да се генерира од ласер. За работната супстанција на ласерот, во нормални услови, повеќето атоми се на стабилно ниско енергетско ниво Е1. Под дејство на надворешна светлина со соодветна фреквенција, атомите на ниско енергетско ниво ја апсорбираат енергијата на фотонот и се возбудени да преминат на високото енергетско ниво Е2. Енергијата на фотонот E=E2-E1=hv, каде што h е Планковата константа, а v е фотонската фреквенција. Спротивно на тоа, под индукција на светлина со фреквенција v, атомите на енергетско ниво Е2 ќе преминат на пониско ниво на енергија за да ослободат енергија и да испуштаат светлина, што се нарекува стимулирано зрачење. Ласерот прво ги прави атомите на работната супстанција ненормално на високо ниво на енергија (т.е. дистрибуција на инверзија на населението), што може да го направи доминантен процесот на стимулираното зрачење, така што индуцираната светлина со фреквенција v е засилена и може да помине низ паралелни огледала Засилувањето од типот на лавина е формирано за да генерира моќно стимулирано зрачење, кое се нарекува ласер.

Ласерите имаат 3 важни својства:
1. Висока директивност (т.е. висока насоченост, мал агол на дивергенција на брзината на светлината), опсегот на проширување на ласерскиот зрак е само неколку сантиметри оддалечен од неколку километри;
2. Висока монохроматичност, ширината на фреквенцијата на ласерот е повеќе од 10 пати помала од онаа на обичната светлина;
3. Висока осветленост, максималната температура од неколку милиони степени може да се генерира со употреба на конвергенција на ласерски зрак.

Ласерите можат да се поделат на 4 типа според работната супстанција:
1. Ласер во цврста состојба: Неговата работна супстанција е цврста. Најчесто се користат рубин ласери, неодимиум-допирани итриум алуминиумски гранат ласери (т.е. YAG ласери) и ласери од неодимиумско стакло. Тие имаат приближно иста структура и се карактеризираат со тоа што се мали, робусни и со голема моќност. Ласерите од неодимиумско стакло во моментов се уреди со најголема излезна пулсна моќност, достигнувајќи десетици мегавати.
2. Гасен ласер: неговата работна супстанција е гас. Сега има разни гасни атом, јонски, метална пареа, ласери со молекули на гас. Најчесто се користат ласери со јаглерод диоксид, хелиум неонски ласери и ласери со јаглерод моноксид, кои се обликувани како обични цевки за празнење и се карактеризираат со стабилен излез, добра монохроматичност и долг животен век, но со мала моќност и ниска ефикасност на конверзија.
3. Течен ласер: Може да се подели на хелатен ласер, неоргански течен ласер и ласер со органска боја, од кои најважен е ласерот за органска боја, неговата најголема карактеристика е тоа што брановата должина постојано се прилагодува.
4. Полупроводнички ласер: Тој е релативно млад ласер, а позрел е ласерот GaAs. Се карактеризира со висока ефикасност, мала големина, мала тежина и едноставна структура, а погодна е за носење на авиони, воени бродови, тенкови и пешадија. Може да се направат далечина и нишани. Сепак, излезната моќност е мала, насочноста е слаба и на тоа многу влијае температурата на околината.

Апликации за ласерски сензори
Користејќи ги карактеристиките на висока насоченост, висока монохроматичност и висока осветленост на ласерот може да се реализира бесконтактно мерење на долги растојанија. Ласерските сензори често се користат за мерење на физичките величини како што се должината, растојанието, вибрациите, брзината и ориентацијата, како и за откривање на недостатоци и следење на атмосферските загадувачи.
Ласерско мерење на должина:
Прецизното мерење на должината е една од клучните технологии во индустријата за производство на прецизни машини и индустријата за оптичка обработка. Модерното мерење на должината најчесто се врши со користење на феноменот на интерференција на светлосните бранови, а неговата точност главно зависи од монохроматичноста на светлината. Ласерот е најидеалниот извор на светлина, кој е 100.000 пати почист од најдобриот монохроматски извор на светлина (светилка криптон-86) во минатото. Затоа, опсегот на мерење на должината на ласерот е голем, а прецизноста е висока. Според оптичкиот принцип, односот помеѓу максималната мерлива должина L на монохроматската светлина, брановата должина λ и ширината на спектралната линија δ е L=λ/δ. Максималната должина што може да се измери со светилка криптон-86 е 38,5 см. За подолги предмети, потребно е да се мери во делови, што ја намалува точноста. Ако се користи хелиум-неонски гасен ласер, тој може да измери до десетици километри. Генерално измерете ја должината во рок од неколку метри, а нејзината точност може да достигне 0,1 микрони.
Ласерски опсег:
Неговиот принцип е ист како оној на радио радарот. Откако ласерот ќе се насочи кон целта и ќе биде лансиран, се мери неговото време на повратен пат, а потоа се множи со брзината на светлината за да се добие растојанието за враќање. Бидејќи ласерот ги има предностите на висока директивност, висока монохроматичност и голема моќност, тие се многу важни за мерење на долги растојанија, одредување на ориентацијата на целта, подобрување на односот сигнал-шум на системот за примање и обезбедување на точноста на мерењето. . се повеќе добиваше внимание. Лидарот развиен врз основа на ласерскиот дострел не само што може да го мери растојанието, туку и да го мери азимутот, брзината и забрзувањето на целта. Радар, кој се движи од 500 до 2000 километри, грешката е само неколку метри. Во моментов, ласерите со рубин, ласерите од неодимиумско стакло, ласерите со јаглерод диоксид и ласерите на галиум арсенид често се користат како извори на светлина за ласерски далечина.

Ласерско мерење на вибрации:
x
Ласерско мерење на брзината:
Тоа е, исто така, метод за мерење на брзината со ласер врз основа на принципот Доплер. Повеќе се користи ласерскиот доплер мерач на проток (видете ласерски мерач на проток), кој може да ја мери брзината на протокот на воздух во тунелот на ветерот, брзината на проток на ракетното гориво, брзината на протокот на воздух на авионски млаз, брзината на атмосферскиот ветер и големината на честичките и брзината на конвергенција во хемиските реакции итн.