Принцип и примена ласерског сензора

Ласерски сензори су сензори који користе ласерску технологију за мерење. Састоји се од ласера, ласерског детектора и мерног кола. Ласерски сензор је нова врста мерног инструмента. Његове предности су у томе што може да реализује бесконтактно мерење на даљину, велику брзину, високу прецизност, велики домет, јаку способност против светлости и електричних сметњи итд.
Светлост и ласери Ласери су били једно од најзначајнијих научних и технолошких достигнућа која су настала 1960-их. Брзо се развио и широко се користио у различитим аспектима као што су национална одбрана, производња, медицина и неелектрична мерења. За разлику од обичне светлости, ласер треба да генерише ласер. За радну супстанцу ласера, у нормалним условима, већина атома је у стабилном ниском енергетском нивоу Е1. Под дејством спољашње светлости одговарајуће фреквенције, атоми на ниском енергетском нивоу апсорбују енергију фотона и побуђују се да пређу на високи енергетски ниво Е2. Енергија фотона Е=Е2-Е1=хв, где је х Планкова константа, а в фреквенција фотона. Насупрот томе, под индукцијом светлости са фреквенцијом в, атоми на енергетском нивоу Е2 ће прећи на нижи енергетски ниво да би ослободили енергију и емитовали светлост, што се назива стимулисано зрачење. Ласер прво чини атоме радне супстанце абнормално на високом енергетском нивоу (тј. дистрибуцији инверзије популације), што може учинити процес стимулисаног зрачења доминантним, тако да се индукована светлост фреквенције в појачава и може да прође кроз паралелна огледала Појачање типа лавине се формира да генерише снажно стимулисано зрачење, које се назива ласером.

Ласери имају 3 важна својства:
1. Висока усмереност (то јест, висока усмереност, мали угао дивергенције брзине светлости), опсег ширења ласерског зрака је само неколико центиметара удаљен од неколико километара;
2. Висока монохроматичност, ширина фреквенције ласера ​​је више од 10 пута мања од обичне светлости;
3. Висока осветљеност, максимална температура од неколико милиона степени може се генерисати употребом конвергенције ласерског зрака.

Ласери се могу поделити у 4 типа према радној материји:
1. Ласер у чврстом стању: Његова радна супстанца је чврста. Обично се користе рубин ласери, итријум-алуминијум гранат ласери допирани неодимијумом (тј. ИАГ ласери) и ласери од неодимијум стакла. Имају отприлике исту структуру, а карактерише их мала, робусна и велика снага. Ласери од неодимијумског стакла су тренутно уређаји са највећом излазном снагом импулса, достижући десетине мегавата.
2. Гасни ласер: његова радна супстанца је гас. Сада постоје разни ласери атома гаса, јона, металне паре, гасних молекула. Обично се користе угљен-диоксидни ласери, хелијум-неонски ласери и ласери са угљен-моноксидом, који су обликовани као обичне цеви за пражњење, а одликују се стабилним излазом, добром монохроматношћу и дугим животом, али са малом снагом и ниском ефикасношћу конверзије.
3. Течни ласер: Може се поделити на келат ласер, неоргански течни ласер и ласер за органску боју, од којих је најважнији ласер за органске боје, његова највећа карактеристика је да је таласна дужина непрекидно подесива.
4. Полупроводнички ласер: То је релативно млад ласер, а зрелији је ГаАс ласер. Одликује се високом ефикасношћу, малом величином, малом тежином и једноставном структуром, а погодан је за ношење авиона, ратних бродова, тенкова и пешадије. Може се направити у даљиномере и нишане. Међутим, излазна снага је мала, усмереност је лоша и на њу у великој мери утиче температура околине.

Примене ласерских сензора
Коришћењем карактеристика високе усмерености, високе монохроматике и велике осветљености ласера ​​може се реализовати бесконтактно мерење на даљину. Ласерски сензори се често користе за мерење физичких величина као што су дужина, растојање, вибрације, брзина и оријентација, као и за детекцију грешака и праћење атмосферских загађивача.
Ласерско мерење дужине:
Прецизно мерење дужине је једна од кључних технологија у индустрији производње прецизних машина и индустрији оптичке обраде. Савремено мерење дужине се углавном врши применом феномена интерференције светлосних таласа, а његова тачност углавном зависи од монохроматике светлости. Ласер је најидеалнији извор светлости, који је 100.000 пута чистији од најбољег монохроматског извора светлости (криптон-86 лампе) у прошлости. Због тога је опсег мерења дужине ласера ​​велики, а прецизност висока. Према оптичком принципу, однос између максималне мерљиве дужине Л монохроматског светла, таласне дужине И» и ширине спектралне линије И´ је Л=И»/И´. Максимална дужина која се може измерити са лампом криптон-86 је 38,5 цм. Код дужих објеката потребно га је мерити у пресецима, што смањује тачност. Ако се користи хелијум-неонски гасни ласер, може да мери и до десетина километара. Генерално мерите дужину у року од неколико метара, а његова тачност може да достигне 0,1 микрона.
Домет ласера:
Његов принцип је исти као код радио радара. Након што је ласер уперен у мету и лансиран, мери се његово време повратног пута, а затим се помножи са брзином светлости да би се добила повратна удаљеност. Пошто ласер има предности високе усмерености, велике монохроматике и велике снаге, они су веома важни за мерење великих удаљености, одређивање оријентације мете, побољшање односа сигнал-шум пријемног система и обезбеђивање тачности мерења. . све више добијала пажњу. Лидар развијен на бази ласерског даљиномера може не само да мери даљину, већ и азимут, брзину и убрзање циља. Радар, у распону од 500 до 2000 километара, грешка је само неколико метара. Тренутно се као извори светлости за ласерске даљиномере често користе рубин ласери, ласери од неодимијумског стакла, ласери на угљен-диоксиду и галијум-арсенидни ласери.

Ласерско мерење вибрација:
x
Мерење брзине ласера:
То је такође метода мерења ласерске брзине заснована на Доплеровом принципу. Више се користи ласерски доплер мерач протока (погледајте ласерски мерач протока), који може да мери брзину протока ваздуха у аеротунелу, брзину протока ракетног горива, брзину протока ваздуха авиона, брзину атмосферског ветра и величину честица и брзину конвергенције у хемијским реакцијама итд.