激光技術(shù)和激光器是20世紀(jì)60年代最重要的科學(xué)技術(shù)之一。隨著激光技術(shù)和應(yīng)用的快速發(fā)展，光電子、信息光學(xué)、激光光譜、非線性光學(xué)、超快激光、量子光學(xué)、光纖光學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、激光醫(yī)學(xué)、激光生物學(xué)、激光化學(xué)等多個(gè)學(xué)科相結(jié)合，產(chǎn)生了新的交叉學(xué)科。這些交叉技術(shù)和新學(xué)科的出現(xiàn)，使得激光器的應(yīng)用范圍幾乎擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域。

　　激光器傳感原理

　　激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是一種新型的檢測(cè)儀器，具有速度快、精度高、測(cè)量范圍大、抗光、電干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　與普通光不同，激光需要由激光產(chǎn)生。在正常情況下，大多數(shù)激光工作物質(zhì)的原子處于穩(wěn)定的低能級(jí)E1中，在適當(dāng)頻率的外部光線作用下，低能級(jí)原子吸收光子能量并轉(zhuǎn)移到高能級(jí)E2中。光子能量E=E2-E1=hv，h是普朗克常數(shù)，v是光子頻率。相反，在頻率為V的光線的誘發(fā)下，能級(jí)E2的原子會(huì)遷移到低能級(jí)，釋放能量，發(fā)光，這就是所謂的激光輻射。首先，激光器使工作物質(zhì)的大部分原子異常處于高能水平(即粒子數(shù)量的反轉(zhuǎn)分布)，從而增強(qiáng)頻率為V的誘發(fā)光，通過平行反射鏡可以產(chǎn)生山崩式的放大作用，從而產(chǎn)生較大的激光輻射，簡(jiǎn)稱激光。

　　激光器有三個(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)展范圍只有幾厘米。

　　(2)單色性高，激光總寬度比普通光小10倍以上。

　　(3)高亮度，利用激光束聚集最高可以產(chǎn)生數(shù)百萬度的溫度。

　　激光傳感器的兩個(gè)主要原理原理

　　無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量可以通過激光的高方向性、高單色性和高亮度來實(shí)現(xiàn)。激光傳感器常用于測(cè)量長(zhǎng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量，也可用于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)空氣污染物?？傊す鈧鞲衅鞯膽?yīng)用領(lǐng)域越來越普遍。以下是激光傳感器的兩個(gè)主要原理和應(yīng)用。

　　1、激光器位移傳感器

　　激光位移傳感器可以利用激光的高方向性、高單色性和高亮度實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)程測(cè)量。激光位移傳感器(磁性伸縮位移傳感器)是由激光的這些優(yōu)點(diǎn)制成的新型檢測(cè)儀器。它的出現(xiàn)大大提高了位移測(cè)量的精度和可靠性，也為非接觸位移測(cè)量帶來了有效的測(cè)量方法。

　　兩種測(cè)量原理激光位移傳感器?

　　激光三角法測(cè)量原理(1)

　　半導(dǎo)體激光器1被鏡頭2聚焦到被測(cè)物體6。鏡頭3收集折射光，投射到CCD陣型4上;信號(hào)轉(zhuǎn)換器5通過三角函數(shù)計(jì)算陣型4上的光斑位置來獲得與物體的距離。

　　激光發(fā)射器通過鏡頭將紅色激光發(fā)射到材料表面，通過接收器鏡頭通過物體反射的激光被內(nèi)部CCD線性相機(jī)接受。根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以從不同的角度“看到”這個(gè)斑點(diǎn)。數(shù)字信號(hào)處理器可以根據(jù)激光和相機(jī)之間的距離從這個(gè)角度計(jì)算傳感器和被測(cè)物體之間的距離。

　　同時(shí)，光束通過模擬和數(shù)字電路處理接收器件的位置，通過微控制器分析計(jì)算相應(yīng)的輸出值，并按比例在客戶設(shè)置的模擬窗口中導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。如果使用開關(guān)量輸出，將在設(shè)置的窗口內(nèi)部導(dǎo)入，并在窗口之外截至。此外，模擬量和開關(guān)量輸出可以設(shè)置單獨(dú)的檢查窗口。

　　激光回波分析法的測(cè)量原理?

　　激光位移傳感器采用回波分析原理來測(cè)量距離，可以達(dá)到一定的精度。傳感器內(nèi)部由Cpu模塊、回波控制部件、激光發(fā)射器、激光接收器等部件組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射100萬個(gè)脈沖到檢測(cè)物體，然后返回到接收器。Cpu計(jì)算激光脈沖接觸檢測(cè)物體并返回接收器所需的時(shí)間，從而計(jì)算距離值。輸出值是平均導(dǎo)出上千個(gè)測(cè)量結(jié)果。

　　2、激光器測(cè)距傳感器

　　激光測(cè)距傳感器的原理與無線雷達(dá)相同。激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射后，測(cè)量其往返時(shí)間，然后乘以光速獲得往返距離。激光測(cè)距儀越來越受到重視，因?yàn)樗哂蟹较蛐愿摺紊愿?、功率大的?yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量長(zhǎng)距離、判斷目標(biāo)方向、提高接受系統(tǒng)的性噪比、保證測(cè)量精度。

　　激光器測(cè)距傳感器原理

　　激光測(cè)距實(shí)際上是一種主動(dòng)光學(xué)檢測(cè)方法。主動(dòng)光學(xué)檢測(cè)的探測(cè)機(jī)制是:波束通過探測(cè)器向目標(biāo)發(fā)射(在光學(xué)檢測(cè)中，通常是紅外線或可見光)，波束通過目標(biāo)表面放射產(chǎn)生回波信號(hào)。被測(cè)信息直接或簡(jiǎn)單地包含在回波信號(hào)中。接收和信號(hào)處理系統(tǒng)通過接收和分析回波信號(hào)來測(cè)量被測(cè)。

　　其工作原理如下:人機(jī)操作傳輸測(cè)距指令，激光脈沖從激光器傳輸，少量能量通過分束直接作為參考脈沖傳輸?shù)矫}沖采集系統(tǒng)。作為計(jì)時(shí)的起點(diǎn)，啟動(dòng)數(shù)顯式測(cè)距記時(shí)器開始計(jì)時(shí):另一部分由映射棱鏡放射到目標(biāo)。一般發(fā)射前端有望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，以減少發(fā)射光束的發(fā)散角，增加光能表面的密度，增加工作距離，減少背景和周圍非目標(biāo)對(duì)象的影響。達(dá)到目標(biāo)的部分激光束被表面漫反射回到測(cè)距儀;然后通過接收物鏡和光學(xué)濾波器進(jìn)行測(cè)量。

　　在公式(1)中，C是光速。圖3中，濾光片和光圈可以減少背景和雜閃光的影響，減少探測(cè)器輸出信號(hào)中的背景噪聲。根據(jù)公式(1)，脈沖測(cè)距精度照片可以表示為:

　　從公式(2)可以看出，脈沖激光測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)距精度照片直接由系統(tǒng)處理的時(shí)間間隔精度照片決定。

　　獨(dú)特的激光傳感器

　　激光傳感器可以用于其他技術(shù)無法應(yīng)用的地方。例如，當(dāng)目標(biāo)非常接近時(shí)，一般來自目標(biāo)折射光的光電傳感器也可以完成大量的精確位置檢測(cè)任務(wù)。然而，當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)或目標(biāo)顏色發(fā)生變化時(shí)，普通光電傳感器很難處理。

　　雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測(cè)量傳感器可以在目標(biāo)顏色變化的情況下更好地工作，但當(dāng)目標(biāo)視角不固定或目標(biāo)太亮?xí)r，其性能的可預(yù)測(cè)性會(huì)下降。此外，一般光電三角測(cè)量傳感器的測(cè)量范圍僅限于0.5m。雖然超聲波傳感器經(jīng)常用來檢測(cè)距離較遠(yuǎn)的物體，但不受顏色變化的影響，因?yàn)樗皇枪鈱W(xué)設(shè)備。但是超聲波傳感器是根據(jù)聲速測(cè)量距離的，所以有一些固有的缺點(diǎn)，不能用在以下地方。

　　1、被測(cè)目標(biāo)與傳感器換能器不垂直的地方。

　　因?yàn)槌暀z測(cè)的目標(biāo)必須與傳感器垂直方向傾角不超過10個(gè)?！憬侵畠?nèi)。

　　2、在離開傳感器2m遠(yuǎn)的地方，需要光束直徑非常小的地方。由于超聲波束的直徑為0.76cm。

　　3、需能看到光斑進(jìn)行位置校正的地方。

　　4、多風(fēng)的地方。

　　5、真空?qǐng)鏊?/p>

　　6、在這種情況下，溫度場(chǎng)較大的地方遙會(huì)引起聲速的變化。

　　7、需要快速響應(yīng)的地方

　　而且激光傳感器可以解決上述所有場(chǎng)合的檢驗(yàn)。

　　機(jī)械制造業(yè)中激光傳感器的應(yīng)用

　　激光器的作用主要包括激光測(cè)長(zhǎng)