中村講述激光傳感器工作原理

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第十三課-講述激光傳感器的工作原理

激光傳感器工作原理

激光傳感器工作時，激光發射二極管+首先對準目標發射激光脈沖。激光被目標反射后向四面八方散射。部分散射光*返回傳感器接收器，被光學系統接收后在雪崩光電二極管+上成像。雪崩光電二極管是一種具有內部放大功能的光學傳感器+，因此可以檢測極微弱的光信號并將其轉換為相應的電信號。最常見的是激光測距傳感器，它可以通過記錄和處理從發出光脈沖*到接收到光脈沖的時間來確定目標距離。由于光速太快，激光傳感器可以準確測量傳輸時間。

比如光速大約是3*10^8m/s。為了達到1mm的分辨率，傳輸時間測距傳感器的電子電路*可以區分以下極短的時間:0.001m/(3*10^8m/s)=3ps，需要區分3ps的時間，即對電子技術要求太高實現成本太高。但是今天的激光測距傳感器巧妙地避開了這個障礙，采用了一個簡單的統計原理即平均法+實現了1mm的分辨率，并且可以保證響應速度。

激光傳感器的主要用途

1、激光測長

精密測量*長度是精密機械制造工業和光學加工工業的關鍵技術之一。現代長度計量多是利用光波的干涉現象+來進行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是理想的光源，它比以單色光源(氨-86燈)還純10萬倍。因此激光測長的量程大、精度高。由光學原理*可知單色光+的最大可測長度L與波長入和譜線寬度8之間的關系是L=入2/8。用-86燈可測最大長度為38.5厘米，對于較長物體就需分段測量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器+，則最大可測幾十公里。一般測量數米之內的長度，其精度可達0.1微米。

2、激光測距

它的原理與無線電雷達相同，將激光對準目標發射出去后，測量它的往返時間，再乘以光速即得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優點，這些對于測遠距離、判定目標方位、提高接收系統的信噪比*、保證測量精度等都是很關鍵的，因此激光測距儀日益受到重視。在激光測距儀基礎上發展起來的激光雷達*不僅能測距，而且還可以測目標方位、運運速度和加速度等，已成功地用于人造衛星的測距和跟蹤，例如采用紅寶石激光器+的激光雷達，測距范圍為500~2000公里,誤差僅幾米。目前常采用紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器*以及砷化鎵激光器作為激光測距儀的光源。

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