Das Prinzip und die Anwendung des Lasersensors

Lasersensoren sind Sensoren, die zur Messung Lasertechnologie nutzen. Es besteht aus einem Laser, einem Laserdetektor und einer Messschaltung. Der Lasersensor ist ein neuartiges Messgerät. Seine Vorteile bestehen darin, dass berührungslose Fernmessungen, hohe Geschwindigkeit, hohe Präzision, große Reichweite, starke Anti-Licht- und elektrische Interferenzfähigkeit usw. realisiert werden können.
Licht und Laser Laser waren eine der bedeutendsten wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften der 1960er Jahre. Es hat sich schnell weiterentwickelt und ist in verschiedenen Bereichen wie der Landesverteidigung, der Produktion, der Medizin und nichtelektrischen Messungen weit verbreitet. Im Gegensatz zu gewöhnlichem Licht muss ein Laser von einem Laser erzeugt werden. Für die Arbeitssubstanz des Lasers befinden sich die meisten Atome unter normalen Bedingungen auf einem stabilen niedrigen Energieniveau E1. Unter Einwirkung von externem Licht geeigneter Frequenz absorbieren die Atome im niedrigen Energieniveau die Photonenenergie und werden zum Übergang in das hohe Energieniveau E2 angeregt. Die Photonenenergie E=E2-E1=hv, wobei h die Plancksche Konstante und v die Photonenfrequenz ist. Umgekehrt gehen Atome auf dem Energieniveau E2 unter der Induktion von Licht mit der Frequenz v auf ein niedrigeres Energieniveau über, um Energie freizusetzen und Licht auszusenden, was als stimulierte Strahlung bezeichnet wird. Der Laser versetzt die Atome der Arbeitssubstanz zunächst auf ein ungewöhnlich hohes Energieniveau (d. h. die Populationsinversionsverteilung), wodurch der stimulierte Strahlungsprozess dominant werden kann, so dass das induzierte Licht der Frequenz v verstärkt wird und passieren kann Parallelspiegel Die Lawinenverstärkung erzeugt eine starke stimulierte Strahlung, die als Laser bezeichnet wird.

Laser haben 3 wichtige Eigenschaften:
1. Hohe Richtwirkung (d. h. hohe Richtwirkung, kleiner Divergenzwinkel der Lichtgeschwindigkeit), der Ausdehnungsbereich des Laserstrahls beträgt nur wenige Zentimeter bis zu einigen Kilometern;
2. Hohe Monochromatizität, die Frequenzbreite des Lasers ist mehr als zehnmal kleiner als die von gewöhnlichem Licht;
3. Durch die Verwendung der Laserstrahlkonvergenz kann eine hohe Helligkeit und eine maximale Temperatur von mehreren Millionen Grad erzeugt werden.

Laser können je nach Arbeitsstoff in 4 Typen eingeteilt werden:
1. Festkörperlaser: Sein Arbeitsstoff ist fest. Üblicherweise werden Rubinlaser, mit Neodym dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (also YAG-Laser) und Neodym-Glaslaser verwendet. Sie sind in etwa gleich aufgebaut und zeichnen sich dadurch aus, dass sie klein, robust und leistungsstark sind. Neodym-Glaslaser sind derzeit die Geräte mit der höchsten Pulsausgangsleistung und erreichen mehrere zehn Megawatt.
2. Gaslaser: Sein Arbeitsstoff ist Gas. Mittlerweile gibt es verschiedene Gasatom-, Ionen-, Metalldampf- und Gasmoleküllaser. Üblicherweise werden Kohlendioxidlaser, Helium-Neon-Laser und Kohlenmonoxidlaser verwendet, die wie gewöhnliche Entladungsröhren geformt sind und sich durch stabile Leistung, gute Monochromatizität und lange Lebensdauer, jedoch mit geringer Leistung und geringer Umwandlungseffizienz auszeichnen.
3. Flüssigkeitslaser: Er kann in Chelatlaser, anorganische Flüssigkeitslaser und organische Farbstofflaser unterteilt werden. Der wichtigste davon ist der organische Farbstofflaser. Sein größtes Merkmal besteht darin, dass die Wellenlänge stufenlos einstellbar ist.
4. Halbleiterlaser: Es handelt sich um einen relativ jungen Laser, der ausgereiftere ist der GaAs-Laser. Es zeichnet sich durch hohe Effizienz, geringe Größe, geringes Gewicht und einfache Struktur aus und eignet sich für den Transport in Flugzeugen, Kriegsschiffen, Panzern und Infanterie. Kann zu Entfernungsmessern und Visieren verarbeitet werden. Allerdings ist die Ausgangsleistung gering, die Richtwirkung schlecht und sie wird stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst.

Anwendungen von Lasersensoren
Durch die Verwendung der Eigenschaften hoher Richtwirkung, hoher Monochromatizität und hoher Helligkeit des Lasers können berührungslose Messungen über große Entfernungen realisiert werden. Lasersensoren werden häufig zur Messung physikalischer Größen wie Länge, Entfernung, Vibration, Geschwindigkeit und Ausrichtung sowie zur Fehlererkennung und Überwachung von Luftschadstoffen eingesetzt.
Laserlängenmessung:
Die präzise Längenmessung ist eine der Schlüsseltechnologien im Präzisionsmaschinenbau und in der optischen Verarbeitungsindustrie. Moderne Längenmessungen werden meist unter Ausnutzung des Interferenzphänomens von Lichtwellen durchgeführt und ihre Genauigkeit hängt hauptsächlich von der Monochromatizität des Lichts ab. Laser ist die idealste Lichtquelle, die 100.000 Mal reiner ist als die beste monochromatische Lichtquelle (Krypton-86-Lampe) der Vergangenheit. Daher ist der Laserlängenmessbereich groß und die Präzision hoch. Nach dem optischen Prinzip beträgt der Zusammenhang zwischen der maximal messbaren Länge L monochromatischen Lichts, der Wellenlänge λ und der Spektrallinienbreite δ L=λ/δ. Die maximale Länge, die mit einer Krypton-86-Lampe gemessen werden kann, beträgt 38,5 cm. Bei längeren Objekten muss abschnittsweise gemessen werden, was die Genauigkeit verringert. Wenn ein Helium-Neon-Gaslaser verwendet wird, kann er bis zu mehreren zehn Kilometern messen. Messen Sie die Länge im Allgemeinen innerhalb weniger Meter und die Genauigkeit kann 0,1 Mikrometer erreichen.
Laser-Entfernungsmessung:
Sein Prinzip ist das gleiche wie das des Funkradars. Nachdem der Laser auf das Ziel gerichtet und abgefeuert wurde, wird seine Umlaufzeit gemessen und dann mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert, um die Umlaufzeit zu ermitteln. Da der Laser über die Vorteile einer hohen Richtwirkung, einer hohen Monochromatizität und einer hohen Leistung verfügt, sind diese für die Messung großer Entfernungen, die Bestimmung der Ausrichtung des Ziels, die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Empfangssystems und die Gewährleistung der Messgenauigkeit von großer Bedeutung . zunehmend Beachtung gefunden. Das auf Basis des Laser-Entfernungsmessers entwickelte Lidar kann nicht nur die Entfernung, sondern auch Azimut, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Ziels messen. Radar, Reichweite von 500 bis 2000 Kilometern, der Fehler beträgt nur wenige Meter. Als Lichtquellen für Laserentfernungsmesser werden derzeit häufig Rubinlaser, Neodymglaslaser, Kohlendioxidlaser und Galliumarsenidlaser eingesetzt.

Laserschwingungsmessung:
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Lasergeschwindigkeitsmessung:
Es handelt sich ebenfalls um ein Verfahren zur Messung der Lasergeschwindigkeit, das auf dem Doppler-Prinzip basiert. Der Laser-Doppler-Durchflussmesser (siehe Laser-Durchflussmesser) wird häufiger verwendet und kann die Luftströmungsgeschwindigkeit im Windkanal, die Strömungsgeschwindigkeit des Raketentreibstoffs, die Luftströmungsgeschwindigkeit des Flugzeugstrahls, die atmosphärische Windgeschwindigkeit sowie die Partikelgröße und Konvergenzgeschwindigkeit bei chemischen Reaktionen usw. messen.