Lazerio jutiklio veikimo principas ir pritaikymas

Lazeriniai jutikliai yra jutikliai, kurių matavimui naudojama lazerinė technologija. Jį sudaro lazeris, lazerinis detektorius ir matavimo grandinė. Lazerinis jutiklis yra naujo tipo matavimo prietaisas. Jo pranašumai yra tai, kad jis gali realizuoti bekontakčius tolimojo atstumo matavimus, greitą greitį, didelį tikslumą, didelį diapazoną, stiprią apsaugą nuo šviesos ir elektros trukdžių ir kt.
Šviesa ir lazeriai Lazeriai buvo vienas reikšmingiausių mokslo ir technologijų laimėjimų, atsiradusių septintajame dešimtmetyje. Jis sparčiai vystėsi ir buvo plačiai naudojamas įvairiais aspektais, tokiais kaip krašto apsauga, gamyba, medicina ir neelektriniai matavimai. Skirtingai nuo įprastos šviesos, lazeris turi būti generuojamas lazeriu. Darbinei lazerio medžiagai normaliomis sąlygomis dauguma atomų yra stabiliai žemo energijos lygio E1. Veikiant atitinkamo dažnio išorinei šviesai, žemo energijos lygio atomai sugeria fotonų energiją ir yra sužadinami pereiti prie aukšto energijos lygio E2. Fotono energija E=E2-E1=hv, kur h – Planko konstanta, o v – fotono dažnis. Ir atvirkščiai, indukuojant šviesą dažniu v, E2 energijos lygio atomai pereis į žemesnį energijos lygį, kad išleistų energiją ir skleistų šviesą, kuri vadinama stimuliuojama spinduliuote. Lazeris pirmiausia nenormaliai padaro darbinės medžiagos atomus aukštu energijos lygiu (ty populiacijos inversijos pasiskirstymu), todėl stimuliuojamas spinduliuotės procesas gali tapti dominuojančiu, todėl sustiprėja v dažnio indukuota šviesa ir gali prasiskverbti pro lygiagretūs veidrodžiai Lavinos tipo stiprinimas suformuojamas taip, kad generuotų galingą stimuliuojamą spinduliuotę, kuri vadinama lazeriu.

Lazeris turi 3 svarbias savybes:
1. Didelis kryptingumas (tai yra didelis kryptingumas, mažas šviesos greičio divergencijos kampas), lazerio spindulio plėtimosi diapazonas nuo kelių kilometrų nutolęs vos kelis centimetrus;
2. Didelis monochromatiškumas, lazerio dažnio plotis yra daugiau nei 10 kartų mažesnis nei įprastos šviesos;
3. Didelis ryškumas, maksimali kelių milijonų laipsnių temperatūra gali būti sukurta naudojant lazerio spindulio konvergenciją.

Pagal darbinę medžiagą lazerius galima suskirstyti į 4 tipus:
1. Kietojo kūno lazeris: jo darbinė medžiaga yra kieta. Dažniausiai naudojami rubino lazeriai, neodimiu legiruoti itrio aliuminio granato lazeriai (ty YAG lazeriai) ir neodimio stiklo lazeriai. Jie turi maždaug tokią pačią struktūrą ir pasižymi tuo, kad yra maži, tvirti ir galingi. Neodimio stiklo lazeriai šiuo metu yra įrenginiai, turintys didžiausią impulsų išėjimo galią, siekiančią dešimtis megavatų.
2. Dujinis lazeris: jo darbinė medžiaga yra dujos. Dabar yra įvairių dujų atomų, jonų, metalo garų, dujų molekulių lazerių. Dažniausiai naudojami anglies dioksido lazeriai, helio neoniniai lazeriai ir anglies monoksido lazeriai, kurių forma yra panaši į įprastus išlydžio vamzdžius ir pasižymi stabilia galia, geru monochromatiškumu ir ilgu tarnavimo laiku, bet maža galia ir mažu konversijos efektyvumu.
3. Skystas lazeris: Jį galima suskirstyti į chelatinį lazerį, neorganinį skystąjį lazerį ir organinių dažų lazerį, iš kurių svarbiausias yra organinių dažų lazeris, didžiausias jo bruožas yra tai, kad bangos ilgis yra nuolat reguliuojamas.
4. Puslaidininkinis lazeris: tai palyginti jaunas lazeris, o brandesnis yra GaAs lazeris. Jis pasižymi dideliu efektyvumu, mažu dydžiu, lengvu svoriu ir paprasta konstrukcija, tinkamas gabenti lėktuvuose, karo laivuose, tankuose ir pėstininkus. Galima padaryti tolimačius ir taikiklius. Tačiau išėjimo galia yra maža, kryptingumas prastas, o tam didelę įtaką daro aplinkos temperatūra.

Lazerinių jutiklių programos
Naudojant didelio kryptingumo, didelio monochromatiškumo ir didelio ryškumo lazerio charakteristikas galima atlikti bekontakčių ilgų atstumų matavimą. Lazeriniai jutikliai dažnai naudojami fiziniams dydžiams, tokiems kaip ilgis, atstumas, vibracija, greitis ir orientacija, matuoti, taip pat atmosferos teršalų trūkumams aptikti ir stebėti.
Lazerio ilgio matavimas:
Tikslus ilgio matavimas yra viena iš pagrindinių technologijų tiksliųjų mašinų gamybos ir optinio apdorojimo pramonėje. Šiuolaikiniai ilgio matavimai dažniausiai atliekami naudojant šviesos bangų interferencijos reiškinį, o jo tikslumas daugiausia priklauso nuo šviesos monochromatiškumo. Lazeris yra idealiausias šviesos šaltinis, kuris yra 100 000 kartų grynesnis už geriausią monochromatinį šviesos šaltinį (kripton-86 lempą) praeityje. Todėl lazerio ilgio matavimo diapazonas yra didelis, o tikslumas yra didelis. Pagal optinį principą ryšys tarp didžiausio išmatuojamo monochromatinės šviesos ilgio L, bangos ilgio λ ir spektrinės linijos pločio δ yra L=λ/δ. Maksimalus ilgis, kurį galima išmatuoti su kripton-86 lempa, yra 38,5 cm. Ilgesniems objektams jį reikia matuoti atkarpomis, o tai sumažina tikslumą. Jei naudojamas helio-neono dujų lazeris, jis gali išmatuoti iki dešimčių kilometrų. Paprastai išmatuokite ilgį per kelis metrus, o jo tikslumas gali siekti 0,1 mikrono.
Lazerinis diapazonas:
Jo principas yra toks pat kaip radijo radaro. Lazeriui nukreipus į taikinį ir paleidus, išmatuojamas jo kelionės pirmyn ir atgal laikas, o tada padauginamas iš šviesos greičio, kad būtų gautas atstumas pirmyn ir atgal. Kadangi lazerio pranašumai yra didelis kryptingumas, didelis monochromatiškumas ir didelė galia, jie yra labai svarbūs matuojant didelius atstumus, nustatant taikinio orientaciją, gerinant priėmimo sistemos signalo ir triukšmo santykį bei užtikrinant matavimo tikslumą. . sulaukdavo vis daugiau dėmesio. Lazerinio nuotolio ieškiklio pagrindu sukurtas lidaras gali ne tik išmatuoti atstumą, bet ir išmatuoti taikinio azimutą, greitį ir pagreitį. Radaras, svyruojantis nuo 500 iki 2000 kilometrų, paklaida yra tik keli metrai. Šiuo metu kaip lazerinių tolimačių šviesos šaltiniai dažnai naudojami rubino lazeriai, neodimio stiklo lazeriai, anglies dioksido lazeriai ir galio arsenido lazeriai.

Lazerio vibracijos matavimas:
x
Lazerio greičio matavimas:
Tai taip pat yra lazerinis greičio matavimo metodas, pagrįstas Doplerio principu. Labiau naudojamas lazerinis Doplerio srauto matuoklis (žr. lazerinį srauto matuoklį), kuris gali išmatuoti vėjo tunelio oro srauto greitį, raketų kuro srauto greitį, orlaivio reaktyvinio oro srauto greitį, atmosferos vėjo greitį ir dalelių dydį bei konvergencijos greitį cheminėse reakcijose ir kt.