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傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展

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傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展

發(fā)布日期:2024-08-06 作者: 點(diǎn)擊:

激光傳感器(laser transducer)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。   一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展   激光在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛,技術(shù)含量十分豐富,對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測(cè)距是激光早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)。1965年前蘇聯(lián)利用激光測(cè)地球和月球之間距離(380′103km)誤差只有250m。1969年美國(guó)人登月后置反射鏡于月面,也用激光測(cè)量地月之距,誤差只有15cm。   利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離的基本原理是通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。   傳輸時(shí)間激光測(cè)距雖然原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但以前主要用于軍事和科學(xué)研究方面,在工業(yè)自動(dòng)化方面卻很少見(jiàn)。因?yàn)榧す鉁y(cè)距傳感器售價(jià)太高,一般在幾千美元。實(shí)際上,所有工業(yè)用戶都在尋找一種能在較遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)精密距離檢測(cè)的傳感器。因?yàn)樵S多情況下近距離安裝傳感器會(huì)受物理位置及生產(chǎn)環(huán)境的限制,如今的傳輸時(shí)間激光測(cè)距傳感器將為這類場(chǎng)合的工程師排憂解難。   二、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臁?  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   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(kāi)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。   三、解決其它技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題   傳輸時(shí)間激光距離傳感器可用于其它技術(shù)無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合。例如,當(dāng)目標(biāo)很近時(shí),計(jì)算來(lái)自目標(biāo)反射光的普通光電傳感器也能完成大量的精密位置檢測(cè)任務(wù)。但是,當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)內(nèi)或目標(biāo)顏色變化時(shí),普通光電傳感器就難以應(yīng)付了。   雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測(cè)量傳感器在目標(biāo)顏色變化的情況下能較好地工作,但是,在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r,其性能的可預(yù)測(cè)性變差。


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