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?jī)x表,，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)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,。
$ \" U* F" I: G* \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(guó)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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�,。�,，激光束在幾公里外的擴(kuò)展范圍不過(guò)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(wàn)度的溫度,。
激光器分類
& q) h3 v4 N0 ^, x% o$ N' U: O　　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(zhǎng),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(wú)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(zhǎng)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(jiǎn)單,，適宜于在飛機(jī),、軍艦、坦克上以及步兵隨身攜帶,�,？芍瞥蓽y(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。
: N& Z0 t2 i: \* f, G! W: f激光傳感器
" F( g5 [- E3 n; h工作原理
　　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�?font class="jammer">' P, c2 E( E) q+ ]% i; G; {$ W) _
　　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
# X  G! w3 @% b, h) r4 K+ U& v　　要分辨出3ps的時(shí)間,，這是對(duì)電子技術(shù)提出的過(guò)高要求,，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(jiǎn)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,。
激光傳感器的應(yīng)用

: C- x( A. J0 H6 I3 O  C4 t9 p8 V/ Q 　　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(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光傳感器常用于長(zhǎng)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。
! i) c. X0 ^! \2 U3 G 激光測(cè)長(zhǎng)
　　精密測(cè)量長(zhǎng)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�,，F(xiàn)代長(zhǎng)度計(jì)量多是利用光波的干涉現(xiàn)象來(lái)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(wàn)倍,。因此激光測(cè)長(zhǎng)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(zhǎng)度 L與波長(zhǎng)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(zhǎng)度為38.5厘米，對(duì)于較長(zhǎng)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(zhǎng)度，其精度可達(dá)0.1微米,。
7 S8 O  t! f1 q0 Q* ? 激光測(cè)距
　　它的原理與無(wú)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(lái)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,。
! A* v4 N& N* H& ^& J0 ^4 ?- u$ T 激光測(cè)振
　　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(zhǎng),。在激光多普勒振動(dòng)速度測(cè)量?jī)x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(zhǎng)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(lái)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(guò)程受其他雜散光的影響較大。
激光測(cè)速
( J' M& r* G+ \* ?/ |+ U1 m 　　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)
　　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(zhǎng)最快的地區(qū),，而美國(guó),、德國(guó)、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(zhǎng)最快的依舊是汽車市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng),，看好通訊市場(chǎng)前景,。
- a7 H5 B0 u0 Y3 ]2 O7 l 　　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(zhǎng)來(lái)自于無(wú)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(wú)線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)25%,。
" R: v. e# K6 _* Y7 B4 L4 {+ B6 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(zhǎng)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(guó)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(zhēng)也將日益激烈,。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng),，比如無(wú)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(guò)來(lái)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