Pulpuillarisation des connaissances sur les capteurs de tâtonnerie laser

Lorsque le capteur de télévision laser fonctionne, la diode émettrice laser cible d'abord la cible et émet des impulsions laser. Après avoir été reflété par la cible, le laser se disperse dans toutes les directions. Une partie de la lumière diffusée revient au récepteur du capteur et est reçue par le système optique avant d'être imagée sur la photodiode d'avalanche. Une photodiode d'avalanche est un capteur optique avec une fonction d'amplification interne, qui peut détecter des signaux optiques extrêmement faibles et les convertir en signaux électriques correspondants. Un type commun est un capteur de télévision laser, qui mesure la distance cible en enregistrant et en traitant le temps nécessaire à l'émission d'une impulsion légère à son retour et à sa réception. Les capteurs laser doivent mesurer avec précision le temps de transmission car la vitesse de la lumière est trop rapide.

Par exemple, si la vitesse de la lumière est d'environ 3 * 10 ^ 8 m / s, afin d'atteindre une résolution de 1 mm, le circuit électronique du capteur de temps de transmission doit être capable de distinguer les périodes extrêmement courtes suivantes:

0,001m / (3 * 10 ^ 8m / s) = 3ps

Pour distinguer le temps de 3PS, il s'agit d'une exigence élevée pour la technologie électronique et le coût de la mise en œuvre est trop élevé. Mais les capteurs de tâtonnerie laser d'aujourd'hui évitent intelligemment cet obstacle, en utilisant un principe statistique simple, la règle moyenne, pour atteindre une résolution de 1 mm et assurer la vitesse de réponse.

fonction majeure

En utilisant les caractéristiques du laser, comme une directionnalité élevée, une monochromaticité élevée et une luminosité élevée, une mesure à longue distance sans contact peut être obtenue. Les capteurs laser sont couramment utilisés pour mesurer les quantités physiques telles que la longueur, la distance, les vibrations, la vitesse et l'orientation, ainsi que pour détecter les défauts et surveiller les polluants atmosphériques.

laser

La mesure de la longueur de précision est l'une des technologies clés de l'industrie de la fabrication mécanique de précision et de l'industrie de la transformation optique. La mesure de la longueur moderne utilise principalement le phénomène d'interférence des ondes lumineuses, et sa précision dépend principalement de la monochromaticité de la lumière. Le laser est la source lumineuse la plus idéale, qui est 100000 fois plus pure que la meilleure source de lumière monochromatique dans le passé (lampe Krypton-86). Par conséquent, la mesure de la longueur du laser a une large gamme et une grande précision. Selon les principes optiques, la longueur mesurable maximale L et la longueur d'onde de la lumière monochromatique peuvent être déterminées λ et largeur de ligne spectrale Δ La relation entre eux est l = λ / Δ。 La longueur maximale qui peut être mesurée avec une lampe Krypton 86 est de 38,5 centimètres, et pour des objets plus longs, des mesures segmentées sont nécessaires pour réduire la précision. Si un laser à gaz néon d'hélium est utilisé, il peut mesurer jusqu'à des dizaines de kilomètres. Généralement, la mesure d'une longueur à quelques mètres peut atteindre une précision de 0,1 micromètre.

Capteur radar allant

Son principe est le même que celui de Radio Radar. Une fois que le laser est destiné à la cible et émis, son temps aller-retour est mesuré, puis multiplié par la vitesse de la lumière pour obtenir la distance aller-retour. En raison des avantages d'une direction élevée, d'une monochromaticité élevée et d'une puissance élevée des lasers, celles-ci sont cruciales pour mesurer la distance, déterminer l'orientation cible, améliorer le rapport signal / bruit des systèmes de réception et garantissant la précision de mesure. Par conséquent, les télémètres laser sont de plus en plus valorisés. Le lidar développé sur la base des télémètres laser peut non seulement mesurer la distance, mais également mesurer l'orientation cible, la vitesse opérationnelle et l'accélération. Il a été utilisé avec succès pour la variation et le suivi des satellites artificiels, tels que le lidar utilisant un laser Ruby, avec une plage de gamme de 500-2000 kilomètres et une erreur de seulement quelques mètres. Il n'y a pas longtemps, il y avait encore des centres de recherche et de développement qui ont développé les capteurs de tâches de la série LDM, qui peuvent atteindre une précision au niveau du micromètre dans une plage de mesure de plusieurs kilomètres. Les lasers rubis, les lasers en verre néodymie, les lasers de dioxyde de carbone et les lasers à l'arséniure de gallium sont souvent utilisés comme sources légères pour les télémètres laser.

Mesure des vibrations laser

Il mesure la vitesse de vibration des objets en fonction du principe Doppler. Le principe Doppler fait référence au principe que si l'observateur de la source d'onde ou de l'onde de réception se déplace par rapport au milieu de l'onde de propagation, la fréquence mesurée par l'observateur dépend non seulement de la fréquence de vibration émise par la source d'onde, mais également de l'amplitude et de la direction de la vitesse de mouvement de la source d'onde ou de l'observateur. La différence entre la fréquence mesurée et la fréquence de la source d'onde est appelée décalage de fréquence Doppler. Lorsque la direction de vibration est cohérente avec la direction, le décalage de fréquence Doppler Fd = V / λ ， où V est la vitesse de vibration λ est la longueur d'onde. Dans l'instrument de mesure de la vitesse de vibration du Doppler laser, en raison de l'indice de la lumière, FD = 2V / λ。 Ce type de vibration convertit la vibration de l'objet en décalage de fréquence Doppler correspondant par la pièce optique pendant la mesure, et le détecteur optique convertit ce déplacement de fréquence en un signal électrique. Après un traitement approprié par la partie du circuit, il est envoyé au processeur de signal Doppler pour convertir le signal de décalage de fréquence Doppler en un signal électrique correspondant à la vitesse de vibration, et finalement enregistré sur du ruban magnétique. Ce compteur de vibrations utilise un laser au néon d'hélium avec une longueur d'onde de 6328 Angstroms (étendue), utilise un modulateur acousstooptique pour la modulation de fréquence optique, utilise un oscillateur en cristal de quartz et un circuit d'amplificateur de puissance comme source de moteur du modulateur acousstooptique, utilise un tube de photomultipliple pour un tube de photodoscopie. Ses avantages sont faciles à utiliser, pas besoin d'un cadre de référence fixe, pas d'impact sur la vibration de l'objet lui-même, une large plage de fréquence de mesure, une grande précision et une grande plage dynamique. L'inconvénient est que le processus de mesure est considérablement affecté par d'autres lumière errante.

Velocimétrie laser

Il s'agit également d'une méthode de vélocimétrie laser basée sur le principe KEPLER, et est couramment utilisée comme vélocimètre Doppler laser (voir débitmètre laser). Il peut mesurer la vitesse du flux d'air de la soufflerie, la vitesse d'écoulement du carburant de la fusée, la vitesse du débit d'air de jet, la vitesse du vent atmosphérique et la taille des particules et la vitesse de convergence dans les réactions chimiques.