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基来源理是光学三角法：
半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6 。反射光被镜片3网络，投射到CCD阵列4上；信号处置惩罚器5通过三角函数盘算阵列4上的光点位置获得距物体的距离 。
激光传感器原理与应用
激光传感器是使用激光手艺举行丈量的传感器 。它由激光器、激光检测器和丈量电路组成 。激光传感器是新型丈量仪表，它的优点是能实现无接触远距离丈量，速率快，精度高，量程大，抗光、电滋扰能力强等 。
激光和激光器——激光是20世纪60年月泛起的最重大的科学手艺成绩之一 。它生长迅速，已普遍应用于国防、生产、医学和非电丈量等各方面 。激光与通俗光差别，需要用激光器爆发 。激光器的事情物质，在正常状态下，大都原子处于稳固的低能级E1,在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量受引发而跃迁到高能级E2 。光子能量E=E2-E1=hv,式中h为普朗克常数，v为光子频率 。反之，在频率为v的光的诱发下，处于能级 E2的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射 。激光器首先使事情物质的原子变态地大都处于高能级（即粒子数反转漫衍），就能使受激辐射历程占优势，从而使频率为v的诱发光获得增强,并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放着述用而爆发强盛的受激辐射光，简称激光 。激光具有3个主要特征：
（1）高偏向性（即高定向性，光速发散角� 。�，激光束在几公里外的扩展规模不过几厘米；
（2）高单色性，激光的频率宽度比通俗光小10倍以上；
（3）高亮度，使用激光束会聚最高可爆发达几百万度的温度 。
激光器按事情物质可分为4种：
（1）固体激光器：它的事情物质是固体 。常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝石榴石激光器 (即YAG激光器)和钕玻璃激光器等 。它们的结构大致相同，特点是小而结实、功率高，钕玻璃激光器是现在脉冲输出功率最高的器件，已抵达数十兆瓦 。
（2）气体激光器：它的事情物质为气体 。现已有种种气体原子、离子、金属蒸气、气体分子激光器 。常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器，其形状如通俗放电管，特点是输出稳固，单色性好,寿命长,但功率较小，转换效率较低 。
（3）液体激光器:它又可分为螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激光器，其中最主要的是有机染料激光器，它的最大特点是波长一连可调 。
（4）半导体激光器：它是较年轻的一种激光器，其中较成熟的是砷化镓激光器 。特点是效率高、体积小、重量轻、结构简朴，相宜于在飞机、军舰、坦克上以及步卒随身携带 �？芍瞥刹饩嘁呛兔樽计� 。但输出功率较小、定向性较差、受情形温度影响较大 。
应用——使用激光的高偏向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离丈量 。激光传感器常用于长度、距离、振动、速率、方位等物理量的丈量，还可用于探伤和大气污染物的监测等 。
激光测长——
细密丈量长度是细密机械制造工业和光学加工工业的要害手艺之一 。现代长度计量多是使用光波的干预征象来举行的，其精度主要取决于光的单色性的优劣 。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源（氪-86灯）还纯10万倍 。因此激光测长的量程大、精度高 。由光学原理可知单色光的最大可测长度 L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系是L=λ2/δ 。用氪－86灯可测最大长度为38.5厘米，关于较长物体就需分段丈量而使精度降低 。若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里 。一样平常丈量数米之内的长度，其精度可达0.1微米 。
激光测距——
它的原理与无线电雷达相同，将激光瞄准目的发射出去后，丈量它的往返时间，再乘以光速即获得往返距离 。由于激光具有高偏向性、高单色性和高功率等优点，这些关于测远距离、判断目的方位、提高吸收系统的信噪比、包管丈量精度等都是很要害的，因此激光测距仪日益受到重视 。在激光测距仪基础上生长起来的激光雷达不但能测距，并且还可以测目的方位、运运速率和加速率等，已乐成地用于人造卫星的测距和跟踪，例如接纳红宝石激光器的激光雷达，测距规模为500～2000公里,误差仅几米 。现在常接纳红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光器作为激光测距仪的光源 。
激光测厚——
使用三角测距原理，上位于C型架的上、下方支解有一个细密激光测距传感器，由激光器发射出的调制激光打到被测物的外貌，通过对线阵 CCD的信号举行采样处置惩罚，线阵CCD摄像机在控制电路的控制下同步获得被测物到C型架之间的距离，通过传感器反响的数据来盘算中心被测物的厚度 。由于检测是一连举行的，因此就可以获得被测物的一连动态厚度值 。
影响激光测厚精度的装置因素：
和其它传感器测厚一样，要实现细密测厚需要注重以下条件，不然再好的传感器也测禁绝 。细密测厚，选细密激光位移传感器很主要，但若是两个传感器不可同步事情，装置差别轴，则基础测禁绝：
（1）单激光位移传感器测厚
被测体放在丈量平台上，丈量出传感器到平台外貌距离，然后再测出传感器到被测体外貌间距，经盘算后测出厚度 。要求被测体与丈量平台之间无气隙，被测体无翘起 。这些严酷要求只有在离线情形能实现 。
（2）双激光位移传感器测厚
在被测体上方和下方各装置一个激光位移传感器，被测体厚度D=C-(A+B) 。其中，C是两个传感器之间距离，A是上面传感器到被测体之间距离，B是下面传感器到被测体之间距离 。在线厚度丈量用这种要领优点是可消除被测体振动对丈量效果的影响 。但同时对传感器装置和性能有要求 。包管丈量准确性的条件是：两个传感器发射光束必需同轴，以及两个传感器扫描必需同步 。同轴是靠装置实现，而同步要靠选择有同步端激光传感器 。
差别步将代来很大误差：若是被测体保存振动频率20HZ，振幅1mm，若是信号差别步延迟1ms，那么就会带来125?m误差 。
装置使两个激光同轴，不但确保被测体统一位置上的厚度，同时降低了被测体倾斜带来的误差 。以被测体运动偏向差别轴为例，当差别轴1mm，被测体倾斜2°可带来35?m误差 。
激光三角漫反射位移传感器用于测厚有显着优点：
（1）很是小的丈量光斑，是点光斑面积，它比面积型非接触电容、电涡撒播感器需要的面积小许多，对被测体面积险些无要求，适合丈量很是小面积尺寸厚度；
（2）较远的丈量规模起始间距 。它比非接触电容、电涡撒播感器起始间距大许多 。这样传感器可以远离被测体，免受碰坏，及被测体热辐射影响；
（3）有很大的丈量规模，这是其它传感器很难做到的；
（4）与被测体质料无关，即金属非金属体，非透明有漫反射条件外貌都能测 。
（5）用激光测厚取代同位素测厚，可以消除对用户的放射性损害 。
激光测振——
它基于多普勒原理丈量物体的振动速率 。多普勒原理是指：若波源或吸收波的视察者相关于撒播波的媒质而运动，那么视察者所测到的频率不但取决于波源发出的振动频率并且还取决于波源或视察者的运动速率的巨细和偏向 。所测频率与波源的频率之差称为多普勒频移 。在振动偏向与偏向一致时多普频移 fd=v/λ，式中v 为振动速率、λ为波长 。在激光多普勒振动速率丈量仪中，由于光往返的缘故原由,fd =2v/λ 。这种测振仪在丈量时由光学部分将物体的振动转换为响应的多普勒频移,并由光检测器将此频移转换为电信号,再由电路部分作适当处置惩罚后送往多普勒信号处置惩罚器将多普勒频移信号变换为与振动速率相对应的电信号，最后纪录于磁带 。这种测振仪接纳波长为6328埃(┱)的氦氖激光器，用声光调制器举行光频调制，用石英晶体振荡器加功率放大电路作为声光调制器的驱动源，用光电倍增管举行光电检测，用频率跟踪器来处置惩罚多普勒信号 。它的优点是使用利便，不需要牢靠参考系,不影响物体自己的振动,丈量频率规模宽、精度高、动态规模大 。弱点是丈量历程受其他杂散光的影响较大 。
激光测速——
它也是基多普勒原理的一种激光测速要领,用得较多的是激光多普勒流速计(见激光流量计),它可以丈量风洞气流速率、火箭燃料流速、航行器喷射气流流速、大气风速和化学反应中粒子的巨细及汇聚速率等 。
多普勒测速系统（Doppler velocity-measuring system）原理：
从开过来的机车所听到的声波间的距离被压缩了，就似乎一小我私家正在关手风琴 。这个行动的效果爆发一个显着的较高的音调 。当火车离去时，声波撒播开来，就泛起了较低的声音--这种征象被称为“多普勒”效应 。
检查无邪车速率的雷达测速仪也是使用这种多普勒效应 。从测速仪里射出一束射线，射到汽车上再返回测速仪 。测速仪内里的微型信息处置惩罚机把返回的波长与原波上举行较量 。返回波长越细密，前进的汽车速率也越快--那就证实驾驶员超速驾驶的可能性也越大 。
激光多普勒测速仪是丈量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再凭证速率与多普勒频率的关系获得速率 。由于是激光丈量，关于流场没有滋扰，测速规模宽，并且由于多普勒频率与速率是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是现在天下上速率丈量精度最高的仪器 。
多普勒测速事情原理可以用干预条纹来说明 。当聚焦透镜把两束入射光以某角会聚后，由干激光束优异的相关性，在会聚点上形成明暗相间的干预条纹，条纹距离正比干光波波长，而反比干半交角的正弦值 。当流体中的粒子从条纹区的偏向经由时，会依次散射出光强随时间转变的一列散射光波，称为多普勒信号 。这列光波强度转变的频率称为多普勒频移 。经由条纹区粒子的速率愈高，多普勒频移就愈高 。将笔直于条纹偏向上的粒子速率，除以条纹距离，思量到流体的折射率就能获得多普勒频移与流体速率之间线性关系 。多普勒测速系统就是使用速率与多谱勒频移的线性关系来确定速率的 。各个偏向上的多普勒频率的相位差和粒子的直径成正比，使用监测到的相位差可以来确定粒径 。
光学测速测长系统相关于古板的测速测长系统（编码器或测速电机）的优势是：
（1）编码器或测速马达丈量都是依赖测速辊与被丈量物体的摩擦来实现的，保存摩擦的地方就会有相对滑动的保存，尤其是在速率转变的历程中滑动更显着，此时会爆发较显着的误差；而多普勒丈量系统是非接触丈量，从原理上消除了这个误差 。
（2）接触式丈量历程中，当生产的产品为对外貌光洁度要求很是高的产品时，好比不锈钢板带，容易对外貌爆发损伤，而接纳多普勒丈量系统完全阻止 。
（3）编码器或测速马达是机械类产品，恒久的运转保存机械磨损，从而影响到丈量精度，而多普勒丈量系统属于光学仪器，内部没有机械磨损，不保存随运行时间而丈量精度转变的问题 。
（4）在钢铁的轧机或平整机运行历程中，由于在板带上有重大的张力，在高速运行中会爆发高频振动，对接触式的测速系统影响很是大 。好比在平整机上，接纳编码器对平整机的延伸率举行控制时，现实丈量的效果是板带平整后的延伸率是在3%-15%之间转变，升速或降速时编码器信号由于摩擦打滑的影响无法加入控制 。冷轧板带的延伸坦率接影响的是深冲性能，延伸率控制欠好，生产的制品板带的质量级别无法提高，无法知足好比家电生产企业，汽车生产企业等对深冲成型性能要求很是高的企业的要求 。接纳多普勒丈量系统举行控制时，延伸率一样平常可以控制在目的值的0.25%左右波动，优势很是显着 。并且轧机的升速，降速对其性能无任何影响，以是整卷钢带的成材率可以高达97%以上，效益很是显着 。而接纳编码器时，由于受到诸多限制，成材率一样平常低于85% 。
质料外貌反射系数对激光传感器的影响
激光漫反射位移传感器正常事情的条件是要求被测物体外貌具有漫反射条件，出厂时厂家是用白陶瓷作为标准面 。
反射系数是光输入到外貌能量与返回能量之比 。灼烁外貌反射系数高，例如白纸就高，粗糙或玄色外貌反射系数低，例如黑橡胶就低 。并不是反射系数愈大愈好，当反射系数100%时，例如镜面时，激光成像光斑被100%反射回到激光光源，而接受漫反射的CCD端无成像光，以是镜面就不可正常事情 。反之当反射系数为0%时绝对黑体，入射光被百分百吸收，无反射光，传感器也不可事情 。只有反射系数<100%,和>0%之间，激光漫反射传感器才华可靠事情 。
种种质料外貌反射系数：
白陶瓷 约95%
白纸 约75-80%
金属质料 约55-60%
黑纸 约5%
黑橡胶 约3-5%
黑绒布 约0.5%
激光传感器所能解决其它手艺无法解决的问题
激光传感器可用于其它手艺无法应用的场合 。例如，当目的很近时，盘算来自目的反射光的通俗光电传感器也能完成大宗的细密位置检测使命 。可是，当目的距离较远内或目的颜色转变时，通俗光电传感器就难以应付了 。
虽然先进的配景噪声抑制传感器和三角丈量传感器在目的颜色转变的情形下能较好地事情，可是，在目的角度不牢靠或目的太亮时，其性能的可展望性变差 。别的，通俗光电三角丈量传感器一样平常量程只限于0.5m以内 。
超声波传感器虽然也经常用于检测距离较远的物体，并且由于它不是光学装置，以是不受颜色转变的影响 。可是，超声波传感器是依据声速丈量距离的，因此保存一些固有的弱点，不可用于以下场合 。
（1）待测目的与传感器的换能器不相笔直的场合 。由于超声波检测的目的必需处于与传感器笔直方位偏角不大于10°角以内 。
（2）需要光束直径很小的场合 。由于一样平常超声波束在脱离传感器2m远时直径为0.76cm 。
（3）需要可见光斑举行位置校准的场合 。
（4）多风的场合 。
（5）真空场合 。
（6）温度梯度较大的场合 。由于这种情形下会造成声速的转变 。
（7）需要快速响应的场合 。
而激光传感器能解决上述所有场合的检测 。
激光产品危险品级划分
激光产品危险品级分类是形貌激光系统对人体造成危险水平的界定指标 。分类从第I类激光（无危险）到第IV类激光器如2000瓦二氧化碳激光器（可以切割厚钢板) 。制造商必需在第II类，第III类和第IV类激光产品上贴有带激光危险品级分类字样的忠言标签 。
第I类激光产品——没有生物性危害 。任何可能寓目的光束都是被屏障的，且在激光袒露时激光系统是互锁的 。（大型激光打印机如DEC LPS-40是由10毫瓦（IIIb类）氦氖激光驱动的，只管现实的激光器是IIIb类，但打印机是互锁的，以阻止和袒露的激光束爆发任何接触，因此，该装备不爆发任何生物性危害 。这也适用于CD 播放器和小型激光打印机，他们都是第一类装备） 。
第II类激光产品——输出功率1毫瓦 。不会灼伤皮肤，不会引起火灾 。由于眼睛反射可以避免一些眼部损害，以是这类激光器不被视为危险的光学装备 。（例如当眼遇到明亮的光线时，会自动眨眼，或者转动头部以避开这些强光线 。这就是所谓的反射行为或反射时间 。在这段时间内这类激光产品不会对眼睛造成危险 。只管云云，一小我私家也不会愿意较长时间盯着看它） 。在这类激光装备上应放黄色忠言标签 。
第IIIa类激光产品——输出功率1毫瓦到5毫瓦 。不会灼伤皮肤 。在某种条件下，这类激光可以对眼睛造成致盲以及其他损伤 。这类激光产品应该有：
（1）激光发射指示灯，批注激光器是否在事情；
（2）应该使用电源钥匙开关，阻止他人私自使用；
（3）应该贴有一个危险标签和输出xx的标签 。
第IIIb类激光产品——输出功率5毫瓦到500毫瓦 。在功率较量高时，这类激光产品能够烧焦皮肤 。这类激光产品明确界说为对眼睛有危害，尤其是在功率较量高时，将造成眼睛损伤 。这类激光产品必需具备：
（1）钥匙开关，阻止他人私自使用；
（2）激光发射指示灯，批注激光器是否在事情；
（3）启动电源后有3至5秒延迟时间使操作者脱离光束路径；
（4）装有急�？�，随时关断激光光束；
（5）在激光器上必需贴有红色的危险标签和xx（aperature）标签 。（250mw激光器照射一张红纸，不到2秒钟就点燃了！
第IV类激光产品——输出功率大于500毫瓦 。这类激光产品一定能够造成眼睛损伤 。就像灼烧皮肤和点燃衣物一样，激光能够引燃其他质料 。这类激光系统必需具备：
（1）钥匙开关，阻止他人私自使用；
（2）包管装置，避免事情时系统的掩护盖被翻开；
（3）激光发射指示灯，批注激光器是否在事情；
（4）装有急�？�，随时关断激光光束；
（5）在激光器上贴好红色危险标签和xx（aperature）标签，这类激光反射光束和主光束一样都很危险 。（一个1000瓦二氧化碳激光器可以在一块钢板上打孔，设象一下，若是是眼睛会怎么样� 。�
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