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传感器的组成,传感器的基本原理

时间:2023-05-04 21:49:54 阅读:49387 作者:4141

激光,英文名为lightamplificationbystimulatedemissionofradiation (laser ),是指原子被激发而发射的光,故称为激光。 激光的产生原理是原子中的电子吸收能量从低能级转变为高能级,从高能级返回低能级的时候

激光与普通光源相比,具有单色性、高亮度、方向性等优势,广泛应用于工业生产和科研实验等各个领域,激光测距是其中广泛应用的技术。

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激光测距技术是一种非接触式工业测量技术,与传统的接触式测距技术相比具有以下特点【1】:

(1) .激光测距时,无需接触测量表面,物体表面不会产生变形

)2)激光测距时,被测物表面不发生磨损,多余的损失降低

)3) .在许多特殊环境下,没有常规测量工具接触测量的条件,只能使用激光测距技术

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激光测距目前的主要测量方法有激光脉冲测距、激光相位测距、激光三角法测距等,不同的测量方法对应不同的常用测量范围和精度,激光脉冲测距主要应用于远距离测距,测量距离在km级以上,精度低,一般为米级精度激光相位测距适用于中长距离测量,常规测量范围包括50米、150米、300米、500米,精度高,一般为毫米级精度; 激光三角测距一般用于短距离(常见测量范围在2米以内),高精度测距任务一般精度达到微米级,但测量距离受到限制。

(1)激光脉冲测距法【2】

脉冲测距法工作时,首先用激光发光二极管向目标发射激光脉冲。 目标反射的激光向各个方向散射。 散射光的一部分返回传感器受光器,被光学系统接受,成像为雪崩光电二极管。 雪崩光电二极管是内部具有放大功能的光学传感器,能够检测极其微弱的光信号并将其转换为对应的电信号。 测定光脉冲往返于被测定点时间,乘以光速除以2,由此计算被测定目标的距离,计算式如下

D=ct/2

D:测量点a、b之间的距离,c :光速,t :光脉冲在ab2点之间往返1次所需的时间,

)2)激光相位测距【3】

激光相位测距原理是用低频调制信号发射光波来调制光强度,通过测量“调制光波”往返于被测量距离的相位差,间接求出被测量距离d。 那个距离的一般计算公式是:

在此,)调制光距离为2D下的相位差、c :调制光的传播速度、t :调制光往返于被测定距离1次所需的时间、f :调制光的频率。

图1中,a示出了调制光波的射出点,b示出了反射器的安装位置,而a示出了射出的调制光波由反射器反射之后的接收位置。 a '两点之间的距离是测量距离d的2倍。 因此,3360=N121,n1不是恒定值,这可能引起多值解。 为了解决这个问题,我们经常使用多个频率的调制信号来测量相同的距离。 该频率在相位测距中也被称为测尺频率,测尺频率的波长被称为测尺长,当被测距离小于测尺长时,不存在多值解。 由于测尺长度越大,测量精度越低,因此从精度的观点出发,有必要将测尺长度控制在适当的范围内。

图1激光相位测距原理图【3】

)3)激光三角测距【1】

将一束激光以特定角度照射到被测物体的基准位置,然后激光在被测物体上发生散射、漫反射,将接收由透镜聚焦的散射光、漫反射光的受光元件放置在另一特定位置。 测量对象物位移后,以特定角度向测量对象物的测量对象位置照射激光,将接收此时的散射光、漫反射光的传感器期间置于相同的特定位置。 由于测量对象物位移前后激光散射、扩散、反射后的光路不同,受光传感器上的光点中心位置也不同,前后为2次

光斑中心位置代入几何三角关系中,从而计算出物体的位移距离。

3.相位式激光测距传感器的应用:

相位式激光测距传感器的应用非常广泛,其测量距离从几十米到几百米不等,精度一般在毫米级,与工业中大多数的应用需求相符合,相位式激光测距传感器的用途包括尺寸测量、位置测量、液位测量、形变监测、海啸/泥石流等自然灾害监测、定位等,根据不同的应用领域和工况,其作用也不同:

(1)金属工业

例如金属切割应用中,我们常常需要切割指定规格指定长度的金属,通过将激光测距设备安装在切割设备上,对切割长度进行监测,准确进行切割。此外还包括钢铁的锻造和灌装等,由于金属锻造时温度很高,激光测距传感器可以无接触的对金属的锻造工艺过程进行监测和控制,提高了工艺生产的效率。

(2)桥梁建筑

通过激光测距传感器对桥梁的上下桥面进行监测,监测桁架倾斜和变形;此外如历史建筑,包括教堂建筑等,对其进行保护不仅符合业主的利益,而且也是对业主的尊重。通过我们的激光测距传感器,我们可以监测这些建筑物的微小“移动”,以并对它们进行细致的监测和保护。

(3)轨道铁路

铁路的轨道监测包括铁路基础设施的监测,铁路隧道形变监测,山区铁路岩层的泥石流监测等

(4)仓储物流

例如常见激光测距传感器用于料仓的料位,物流卡车的位置监测与定位等

 

参考文献:

[1] hsjdlz. 基于CCD激光三角法测距系统的设计与实现[D].西安工业大学,2018.

[2] 激光传感器工作原理:http://article.结实的高跟鞋.cn/12/0412/03/20120412033047.htm

[3]pgddjb,dddjy,雪白的酒窝,优秀的洋葱,rrdwt.相位激光测距技术研究概述[J].激光杂志,2006(02):4-5.

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