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激光傳感器的工作原理及主要用途

科技 更新时间:2024-06-28 18:19:45

激光技術和激光器是二十世紀六十年代出現的最重大的科學技術之一。激光技術與應用的迅猛發展,已與多個學科相結合,形成新興的交叉學科,如光電子學、信息光學、激光光譜學、非線性光學、超快激光學、量子光學、光纖光學、導波光學、激光醫學、激光生物學、激光化學等。這些交叉技術與新的學科的出現,大大地推動了傳統産業和新興産業的發展,使得激光器的應用範圍擴展到幾乎國民經濟的所有領域。

激光傳感器原理

激光傳感器是利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表,它的優點是能實現無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電幹擾能力強等。

激光與普通光不同,需要用激光器産生。激光器的工作物質,在正常狀态下,多數原子處于穩定的低能級E1,在适當頻率的外界光線的作用下,處于低能級的原子吸收光子能量激發而躍遷到高能級E2。光子能量E=E2-E1=hv,式中h 為普朗克常數,v 為光子頻率。反之,在頻率為v 的光的誘發下,處于能級E2 的原子會躍遷到低能級釋放能量而發光,稱為受激輻射。激光器首先使工作物質的原子反常地多數處于高能級(即粒子數反轉分布),就能使受激輻射過程占優勢,從而使頻率為v 的誘發光得到增強,并可通過平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而産生大的受激輻射光,簡稱激光。激光具有3 個重要特性。

2.1 高方向性(即高定向性,光速發散角小),激光束在幾公裡外的擴展範圍不過幾厘米。

2.2 高單色性,激光的頻率寬度比普通光小10 倍以上。

2.3 高亮度,利用激光束會聚最高可産生達幾百萬度的溫度

激光位移傳感器

激光位移傳感器能夠利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現無接觸遠距離測量。激光位移傳感器(磁緻伸縮位移傳感器)就是利用激光的這些優點制成的新型測量儀表,它的出現,使位移測量的精度、可靠性得到極大的提高,也為非接觸位移測量提供了有效的測量方法。

激光傳感器的工作原理及主要用途(激光傳感器原理及應用)1

摩特智能激光位移傳感器

激光三角法測量原理圖

半導體激光器1被鏡片2聚焦到被測物體6。反射光被鏡片3收集,投射到CCD陣列4上;信号處理器5通過三角函數計算陣列4上的光點位置得到距物體的距離。

激光發射器通過鏡頭将可見紅色激光射向物體表面,經物體反射的激光通過接受器鏡頭,被内部的CCD線性相機接受,根據不同的距離,CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度即知的激光和相機之間的距離,數字信号處理器就能計算出傳感器和被測物之間的距離。

同時,光束在接收元件的位置通過模拟和數字電路處理,并通過微處理器分析,計算出相應的輸出值,并在用戶設定的模拟量窗口内,按比例輸出标準數據信号。如果使用開關量輸出,則在設定的窗口内導通,窗口之外截止。另外,模拟量與開關量輸出可設置獨立檢測窗口。

激光傳感器的工作原理及主要用途(激光傳感器原理及應用)2

激光位移傳感器應用

(1)、尺寸測定:微小零件的位置識别;傳送帶上有無零件的監測;材料重疊和覆蓋的探測;機械手位置(工具中心位置)的控制;器件狀态檢測;器件位置的探測(通過小孔);液位的監測;厚度的測量;振動分析;碰撞試驗測量;汽車相關試驗等。

(2)、金屬薄片和薄闆的厚度測量:激光傳感器測量金屬薄片(薄闆)的厚度。厚度的變化檢出可以幫助發現皺紋,小洞或者重疊,以避免機器發生故障。

(3)、氣缸筒的測量,同時測量:角度,長度,内、外直徑偏心度,圓錐度,同心度以及表面輪廓。

(4)、長度的測量:将測量的組件放在指定位置的輸送帶上,激光傳感器檢測到該組件并與觸發的激光掃描儀同時進行測量,最後得到組件的長度。

(5)、均勻度的檢查:在要測量的工件運動的傾斜方向一行放幾個激光傳感器,直接通過一個傳感器進行度量值的輸出,另外也可以用一個軟件計算出度量值,并根據信号或數據讀出結果。

(6)、電子元件的檢查:用兩個激光掃描儀,将被測元件擺放在兩者之間,最後通過傳感器讀出數據,從而檢測出該元件尺寸的精确度及完整性。

(7)、生産線上灌裝級别的檢查:激光傳感器集成到灌裝産品的生産制造中,當灌裝産品經過傳感器時,就可以檢測到是否填充滿。傳感器用激光束反射表面的擴展程序就能精确的識别灌裝産品填充是否合格以及産品的數量。

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