Λειτουργία και χρήση αισθητήρων μέτρησης απόστασης λέιζερ
1. Ανάπτυξη αισθητήρων απόστασης λέιζερ χρόνου διέλευσης
Η εφαρμογή του λέιζερ στο πεδίο ανίχνευσης είναι πολύ εκτεταμένη, το τεχνικό περιεχόμενο είναι πολύ πλούσιο και ο αντίκτυπος στην κοινωνική παραγωγή και ζωή είναι επίσης πολύ εμφανής. Η εμβέλεια λέιζερ είναι μια από τις πρώτες εφαρμογές των λέιζερ. Αυτό συμβαίνει επειδή το λέιζερ έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως ισχυρή κατευθυντικότητα, υψηλή φωτεινότητα και καλή μονοχρωματικότητα. Πριν από το 1965, η Σοβιετική Ένωση χρησιμοποιούσε λέιζερ για να μετρήσει την απόσταση μεταξύ της γης και της σελήνης (380΄103km) με σφάλμα μόλις 250m. Το 1969, οι Αμερικανοί προσγειώθηκαν στο φεγγάρι με έναν οπίσθιο ανακλαστήρα στο φεγγάρι και χρησιμοποίησαν επίσης λέιζερ για να μετρήσουν την απόσταση μεταξύ της γης και της σελήνης, με σφάλμα μόλις 15 εκατοστών. Η βασική αρχή της χρήσης του χρόνου μετάδοσης λέιζερ για τη μέτρηση της απόστασης είναι ο προσδιορισμός της απόστασης στόχου μετρώντας τον χρόνο που απαιτείται για να πάει το λέιζερ μπρος-πίσω. . Τώρα αμέσως:. Αν και το εύρος λέιζερ χρόνου διέλευσης έχει μια απλή αρχή και δομή, χρησιμοποιήθηκε κυρίως στη στρατιωτική και επιστημονική έρευνα στο παρελθόν, αλλά είναι σπάνιο στον βιομηχανικό αυτοματισμό. Επειδή η τιμή του αισθητήρα εμβέλειας λέιζερ είναι πολύ υψηλή, γενικά αρκετές χιλιάδες δολάρια. Σχεδόν όλοι οι βιομηχανικοί χρήστες αναζητούν έναν αισθητήρα που να επιτρέπει την ακριβή ανίχνευση απόστασης σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Επειδή σε πολλές περιπτώσεις, η εγκατάσταση αισθητήρων σε κοντινή απόσταση θα περιορίζεται από τη φυσική τοποθεσία και το περιβάλλον παραγωγής, ο σημερινός αισθητήρας απόστασης λέιζερ χρόνου διέλευσης θα λύσει το πρόβλημα για τους μηχανικούς σε τέτοιες περιπτώσεις.
2. Αρχή λειτουργίας
Όταν λειτουργεί ο αισθητήρας λέιζερ χρόνου διέλευσης, η δίοδος λέιζερ στοχεύει στον στόχο και εκπέμπει παλμούς λέιζερ. Αφού ανακλαστεί από τον στόχο, το φως του λέιζερ διασκορπίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Μέρος του σκεδαζόμενου φωτός επιστρέφει στον δέκτη του αισθητήρα, όπου συλλαμβάνεται από το οπτικό σύστημα και απεικονίζεται στη φωτοδίοδο χιονοστιβάδας. Μια φωτοδίοδος χιονοστιβάδας είναι ένας οπτικός αισθητήρας με εσωτερική ενίσχυση έτσι ώστε να μπορεί να ανιχνεύει εξαιρετικά αχνά φωτεινά σήματα. Η απόσταση από τον στόχο μπορεί να προσδιοριστεί καταγράφοντας και επεξεργαζόμενοι τον χρόνο που έχει περάσει από τη στιγμή που ο παλμός φωτός αποστέλλεται μέχρι την επιστροφή του. Χρόνος διέλευσης Οι αισθητήρες λέιζερ πρέπει να προσδιορίζουν τον χρόνο διέλευσης με εξαιρετική ακρίβεια, επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι τόσο γρήγορη. Για παράδειγμα, η ταχύτητα του φωτός είναι περίπου 3´108 m/s, για να επιτευχθεί ανάλυση 1 mm, το ηλεκτρονικό κύκλωμα του αισθητήρα εύρους χρόνου διέλευσης πρέπει να μπορεί να διακρίνει τον ακόλουθο εξαιρετικά σύντομο χρόνο: 0,001m¸ (3´108m/s)=3ps Για να διακρίνουμε τον χρόνο των 3ps, αυτή είναι μια υπερβολική απαίτηση για την ηλεκτρονική τεχνολογία και το κόστος υλοποίησης είναι πολύ υψηλό. Αλλά οι σημερινοί φθηνοί αισθητήρες λέιζερ χρόνου διέλευσης παρακάμπτουν προσεκτικά αυτό το εμπόδιο, χρησιμοποιώντας μια απλή στατιστική αρχή, τον κανόνα του μέσου όρου, για να επιτύχουν ανάλυση 1 mm και να εγγυηθούν γρήγορη απόκριση.
3. Λύστε προβλήματα που δεν μπορούν να λυθούν με άλλες τεχνολογίες
Οι αισθητήρες απόστασης λέιζερ χρόνου διέλευσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπου άλλες τεχνολογίες δεν μπορούν. Για παράδειγμα, ένας κοινός φωτοηλεκτρικός αισθητήρας που μετρά το φως που ανακλάται από έναν στόχο μπορεί επίσης να εκτελέσει μεγάλο αριθμό εργασιών ανίχνευσης θέσης ακριβείας όταν ο στόχος είναι πολύ κοντά. Ωστόσο, όταν ο στόχος είναι μακριά ή το χρώμα του στόχου αλλάζει, είναι δύσκολο για τους συνηθισμένους φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες να αντεπεξέλθουν. Ενώ οι προηγμένοι αισθητήρες καταστολής θορύβου περιβάλλοντος και οι αισθητήρες τριγωνισμού λειτουργούν καλά όταν αλλάζει το χρώμα του στόχου, η απόδοσή τους γίνεται λιγότερο προβλέψιμη όταν η γωνία στόχου δεν είναι σταθερή ή ο στόχος είναι πολύ φωτεινός. Επιπλέον, οι αισθητήρες τριγωνισμού έχουν γενικά ένα εύρος που περιορίζεται σε 0,5 μέτρα. Οι αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται επίσης συχνά για την ανίχνευση αντικειμένων σε μεγαλύτερες αποστάσεις, και επειδή δεν είναι οπτικοί, δεν επηρεάζονται από αλλαγές χρώματος. Ωστόσο, οι αισθητήρες υπερήχων μετρούν την απόσταση με βάση την ταχύτητα του ήχου, επομένως έχουν κάποια εγγενή μειονεκτήματα και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις ακόλουθες περιπτώσεις. ①Όταν ο προς μέτρηση στόχος δεν είναι κάθετος στον μορφοτροπέα του αισθητήρα. Επειδή ο στόχος της ανίχνευσης με υπερήχους πρέπει να βρίσκεται σε γωνία όχι μεγαλύτερη από 10 μοίρες από το κατακόρυφο αζιμούθιο του αισθητήρα. ②Όταν η διάμετρος της δοκού απαιτείται να είναι μικρή. Επειδή η γενική δέσμη υπερήχων έχει διάμετρο 0,76 cm όταν απέχει 2 μέτρα από τον αισθητήρα. ③Περιπτώσεις όπου απαιτούνται ορατά φωτεινά σημεία για τη βαθμονόμηση της θέσης. ④ θυελλώδεις περιπτώσεις. ⑤ περιπτώσεις κενού. ⑥ Περιπτώσεις όπου η διαβάθμιση θερμοκρασίας είναι μεγάλη. Γιατί σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του ήχου θα αλλάξει. ⑦ Περιστάσεις που απαιτούν γρήγορη ανταπόκριση. Ο αισθητήρας απόστασης λέιζερ μπορεί να λύσει την ανίχνευση όλων των παραπάνω περιπτώσεων.
