激光傳感的應(yīng)用

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激光傳感器：利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器,。它由激光器,、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成,。激光傳感器是新型測(cè)量儀表,，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量,，速度快,，精度高,，量程大，抗光,、電干擾能力強(qiáng)等,。
4 U1 r' \2 M4 ?3 j) a7 v激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的最重大的科學(xué)技術(shù)成就之一。它發(fā)展迅速,，已廣泛應(yīng)用于國防,、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等各方面,。激光與普通光不同,，需要用激光器產(chǎn)生。激光器的工作物質(zhì)，在正常狀態(tài)下,，多數(shù)原子處于穩(wěn)定的低能級(jí)E1,在適當(dāng)頻率的外界光線的作用下,，處于低能級(jí)的原子吸收光子能量受激發(fā)而躍遷到高能級(jí)E2。光子能量E=E2-E1=hv,式中h為普朗克常數(shù),，v為光子頻率,。反之，在頻率為v的光的誘發(fā)下,，處于能級(jí)E2的原子會(huì)躍遷到低能級(jí)釋放能量而發(fā)光,，稱為受激輻射。激光器首先使工作物質(zhì)的原子反常地多數(shù)處于高能級(jí)（即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布）,，就能使受激輻射過程占優(yōu)勢(shì),，從而使頻率為v的誘發(fā)光得到增強(qiáng),并可通過平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的受激輻射光，簡稱激光,。
　　激光具有3個(gè)重要特性:①高方向性（即高定向性,，光速發(fā)散角小）,，激光束在幾公里外的擴(kuò)展范圍不過幾厘米,；②高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10倍以上,；③高亮度,，利用激光束會(huì)聚最高可產(chǎn)生達(dá)幾百萬度的溫度。
2 C2 r/ B0 ^5 x激光器分類
　　激光器按工作物質(zhì)可分為 4種,。①固體激光器：它的工作物質(zhì)是固體,。常用的有紅寶石激光器、摻釹的釔鋁石榴石激光器 (即YAG激光器)和釹玻璃激光器等,。它們的結(jié)構(gòu)大致相同,，特點(diǎn)是小而堅(jiān)固、功率高,，釹玻璃激光器是目前脈沖輸出功率最高的器件,，已達(dá)到數(shù)十兆瓦。②氣體激光器：它的工作物質(zhì)為氣體�,，F(xiàn)已有各種氣體原子,、離子、金屬蒸氣,、氣體分子激光器,。常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器,，其形狀如普通放電管,，特點(diǎn)是輸出穩(wěn)定,，單色性好,壽命長,但功率較小，轉(zhuǎn)換效率較低,。③液體激光器:它又可分為螯合物激光器,、無機(jī)液體激光器和有機(jī)染料激光器，其中最重要的是有機(jī)染料激光器,，它的最大特點(diǎn)是波長連續(xù)可調(diào),。④半導(dǎo)體激光器：它是較年輕的一種激光器，其中較成熟的是砷化鎵激光器,。特點(diǎn)是效率高,、體積小、重量輕,、結(jié)構(gòu)簡單,，適宜于在飛機(jī)、軍艦,、坦克上以及步兵隨身攜帶,。可制成測(cè)距儀和瞄準(zhǔn)器,。但輸出功率較小,、定向性較差、受環(huán)境溫度影響較大,。
2 ^( s& S' V4 [* N8 L* q* c0 p激光傳感器
2 f$ l; B. B* G& d9 M7 [: p工作原理
; J( [7 l0 c9 W, D 　　傳輸時(shí)間激光傳感器工作時(shí),，先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射,。部分散射光返回到傳感器接收器,，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器,，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào),。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離,。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精確地測(cè)定傳輸時(shí)間,，因?yàn)楣馑偬�快�?br /> 4 ?7 y; ]9 E/ y# P6 V! H4 q5 f, C$ e 　　例如，光速約為3´108m/s,，要想使分辨率達(dá)到1mm,，則傳輸時(shí)間測(cè)距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時(shí)間：
　　0.001m¸(3´108m/s)=3ps
　　要分辨出3ps的時(shí)間,，這是對(duì)電子技術(shù)提出的過高要求,，實(shí)現(xiàn)起來造價(jià)太高。但是如今廉價(jià)的傳輸時(shí)間激光傳感器巧妙地避開了這一障礙,，利用一種簡單的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,，即平均法則實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率,，并且能保證響應(yīng)速度。
4 O+ N" T% i9 q+ Z& A激光傳感器的應(yīng)用
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& t# c& x7 g5 P- \0 n 　　利用激光的高方向性,、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量,。激光傳感器常用于長度、距離,、振動(dòng),、速度、方位等物理量的測(cè)量,，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等,。
9 L/ D; H" D$ e; B7 K, z 激光測(cè)長
　　精密測(cè)量長度是精密機(jī)械制造工業(yè)和光學(xué)加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)代長度計(jì)量多是利用光波的干涉現(xiàn)象來進(jìn)行的,，其精度主要取決于光的單色性的好壞,。激光是最理想的光源，它比以往最好的單色光源（氪-86燈）還純10萬倍,。因此激光測(cè)長的量程大,、精度高。由光學(xué)原理可知單色光的最大可測(cè)長度 L與波長λ和譜線寬度δ之間的關(guān)系是L=λ/δ,。用氪－86燈可測(cè)最大長度為38.5厘米,，對(duì)于較長物體就需分段測(cè)量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器,，則最大可測(cè)幾十公里,。一般測(cè)量數(shù)米之內(nèi)的長度，其精度可達(dá)0.1微米,。
* h+ X9 \. u% O- n 激光測(cè)距
　　它的原理與無線電雷達(dá)相同,，將激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射出去后，測(cè)量它的往返時(shí)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(yōu)點(diǎn),，這些對(duì)于測(cè)遠(yuǎn)距離,、判定目標(biāo)方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比,、保證測(cè)量精度等都是很關(guān)鍵的,，因此激光測(cè)距儀日益受到重視。在激光測(cè)距儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的激光雷達(dá)不僅能測(cè)距,，而且還可以測(cè)目標(biāo)方位,、運(yùn)運(yùn)速度和加速度等，已成功地用于人造衛(wèi)星的測(cè)距和跟蹤,，例如采用紅寶石激光器的激光雷達(dá),，測(cè)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(cè)距儀的光源,。
) ?3 t* w" D# _) {, \ 激光測(cè)振
! l3 g" r& a. d 　　它基于多普勒原理測(cè)量物體的振動(dòng)速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對(duì)于傳播波的媒質(zhì)而運(yùn)動(dòng),，那么觀察者所測(cè)到的頻率不僅取決于波源發(fā)出的振動(dòng)頻率而且還取決于波源或觀察者的運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向,。所測(cè)頻率與波源的頻率之差稱為多普勒頻移。在振動(dòng)方向與方向一致時(shí)多普頻移 fd=v/λ,，式中v 為振動(dòng)速度,、λ為波長。在激光多普勒振動(dòng)速度測(cè)量儀中,，由于光往返的原因,fd =2v/λ,。這種測(cè)振儀在測(cè)量時(shí)由光學(xué)部分將物體的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的多普勒頻移,并由光檢測(cè)器將此頻移轉(zhuǎn)換為電信號(hào),再由電路部分作適當(dāng)處理后送往多普勒信號(hào)處理器將多普勒頻移信號(hào)變換為與振動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，最后記錄于磁帶,。這種測(cè)振儀采用波長為6328埃(┱)的氦氖激光器,，用聲光調(diào)制器進(jìn)行光頻調(diào)制，用石英晶體振蕩器加功率放大電路作為聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)源,，用光電倍增管進(jìn)行光電檢測(cè),，用頻率跟蹤器來處理多普勒信號(hào)。它的優(yōu)點(diǎn)是使用方便,，不需要固定參考系,不影響物體本身的振動(dòng),測(cè)量頻率范圍寬,、精度高、動(dòng)態(tài)范圍大,。缺點(diǎn)是測(cè)量過程受其他雜散光的影響較大,。
激光測(cè)速
3 p5 i6 F0 _  S' X5 ~ 　　它也是基多普勒原理的一種激光測(cè)速方法,用得較多的是激光多普勒流速計(jì)(見激光流量計(jì)),它可以測(cè)量風(fēng)洞氣流速度、火箭燃料流速,、飛行器噴射氣流流速,、大氣風(fēng)速和化學(xué)反應(yīng)中粒子的大小及匯聚速度等。
編輯本段前景預(yù)測(cè)
/ ^) A  M. S4 U# U; C% J; M 　　咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場(chǎng)報(bào)告顯示,，2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元,，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示,，東歐,、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長最快的地區(qū)，而美國,、德國,、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長最快的依舊是汽車市場(chǎng),，占第二位的是過程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景,。
　　一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器,、溫度傳感器、流量傳感器,、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場(chǎng)的特征,。流量傳感器、壓力傳感器,、溫度傳感器的市場(chǎng)規(guī)模最大,，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%,。傳感器市場(chǎng)的主要增長來自于無線傳感器,、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器,、生物傳感器等新興傳感器,。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)會(huì)超過25%,。
( F+ I) w5 b( B. A! _ 　　目前,，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。有關(guān)專家指出,，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高,，各國將競(jìng)相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭也將日益激烈,。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場(chǎng),，比如無線傳感器、光纖傳感器,、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場(chǎng)份額的擴(kuò)大,。
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精密凸輪分割器

過來搬個(gè)凳子學(xué)習(xí) 學(xué)習(xí)

面壁深功

潛在機(jī)器人市場(chǎng)非常在