Artikel akan menunjukkan kepada anda mengenai laser
2023-02-13
Menurut Maims Consulting, sejurus selepas Ruby Laser pertama di dunia keluar pada tahun 1960, teknologi laser berkisar dengan ketepatan yang berlainan sebagai sasaran utama dilahirkan. Laser berkisar * * telah digunakan dalam tentera untuk masa yang lama, dan kemudian, dengan keupayaan anti-interference yang kuat dan ketepatan yang tinggi, ia telah memainkan peranan yang besar dalam banyak bidang, seperti aeroangkasa, pengukuran bangunan dan pemetaan, industri tenaga angin, pengangkutan pintar, pembuatan perindustrian dan sebagainya.
Dengan perkembangan pesat automasi perindustrian dan penglihatan mesin, laser berkisar telah terbukti menjadi kaedah pengesanan bukan hubungan yang sangat penting dalam banyak aplikasi seperti pengesanan, pengukuran dan kawalan. Pada masa yang sama, laser berkisar, sebagai premis teknologi mewah seperti pengukuran kelajuan laser, pengesanan laser, pencitraan tiga dimensi laser dan radar laser (LIDAR), menerima lebih banyak perhatian. Mimes Consulting akan memberi tumpuan kepada memperkenalkan dan membincangkan beberapa kaedah laser arus perdana semasa.
1. Klasifikasi kaedah laser
Menurut prinsip asas, kaedah laser boleh dibahagikan kepada dua kategori: kaedah penerbangan (TOF) dan kaedah geometri ruang, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Kaedah geometri spatial terutamanya termasuk triangulasi dan interferometri.
2. Laser Pulse Ranging - Kaedah TOF Langsung
Pulse Laser Ranging adalah kaedah pengaliran yang teknologi laser * * * telah digunakan dalam bidang tinjauan dan pemetaan untuk masa yang lama. Ia memperoleh maklumat jarak sasaran dengan terus mengukur selang masa antara cahaya yang dipancarkan dan denyutan cahaya yang diterima, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Jarak yang diukur dapat dinyatakan sebagai:
Di mana D ialah jarak yang diukur, C adalah kelajuan penyebaran cahaya di udara, dan Δ T adalah masa perjalanan rasuk laser dari pelepasan ke penerimaan.
Laser pulse mempunyai sudut pelepasan kecil, tenaga yang agak tertumpu di ruang angkasa, dan kuasa serta -merta yang tinggi. Ciri-ciri ini boleh digunakan untuk membuat pelbagai rangefinder laser jarak jauh, radar laser, dan lain-lain. Walau bagaimanapun, kaedah laser nadi yang berkisar mengira masa antara penerima dan menerima denyutan melalui kaunter pemacu jam frekuensi yang tinggi, yang membuat kitaran yang lebih pendek daripada
Pada masa ini, laser berdenyut digunakan secara meluas dalam tinjauan jarak jauh dan ketepatan rendah, seperti tinjauan topografi dan geomorfologi, penerokaan geologi, tinjauan pembinaan kejuruteraan, tinjauan ketinggian pesawat, korelasi satelit yang berkisar, pengukuran jarak antara badan lumpur, dan lain-lain.
3. Fasa laser fasa - kaedah TOF tidak langsung
Ranging laser fasa menggunakan kekerapan jalur radio untuk memodulasi amplitud rasuk laser dan mengukur kelewatan fasa yang dihasilkan oleh cahaya modulasi untuk satu perjalanan bulat, dan kemudian menukar jarak yang diwakili oleh kelewatan fasa mengikut panjang gelombang cahaya modulasi. Kaedah ini secara tidak langsung mengukur masa dengan mengukur perbezaan fasa, jadi ia juga dipanggil kaedah TOF tidak langsung.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, dengan mengandaikan kekerapan yang dimodulasi adalah F, bentuk gelombang yang dimodulasi λ = c/ f, c ialah kelajuan cahaya, dan pergeseran fasa yang diukur dari isyarat gelombang cahaya yang dimodulasi ialah Δ φ, maka masa perjalanan bulat laser antara titik pengukuran dan sasaran dapat dikira Δ t = Δ ∆ π/
Walau bagaimanapun, apabila jarak sasaran d meningkat, nilai kelewatan fasa mungkin lebih besar daripada satu tempoh gelombang cahaya modulasi sinusoidal, iaitu Δ φ = 2 π (n+Δ n), n dan Δ n adalah bahagian integral dan pecahan masing -masing, jadi jarak yang diukur d ialah:
Di mana, l = c/ 2f = λ/ 2 dipanggil panjang penguasa pengukur, dan panjang fasa berkisar boleh dianggap sebagai λ/ jarak d diukur dengan penguasa 2. Untuk menyelesaikan masalah ini, adalah perlu untuk mengukur jarak yang sama dengan isyarat gelombang cahaya yang dimodulasi dari pelbagai frekuensi, yang juga dipanggil kekerapan penguasa dalam fasa yang berkisar. Jika jarak yang diukur kurang daripada panjang pemerintah, n = 0, nilai penyelesaian ialah * * *. Apabila ketepatan pengukuran fasa ditetapkan, semakin rendah kekerapan penguasa pengukuran, semakin besar kesilapan jarak jauh, yang tidak dibenarkan dalam jarak ketepatan tinggi. Sebaliknya, semakin tinggi kekerapan penguasa yang dipilih, semakin tinggi ketepatan pengukuran, tetapi nilai N pada masa ini akan lebih besar daripada 1, dan terdapat masalah pelbagai penyelesaian. Untuk menyelesaikan percanggahan ini, dalam aplikasi praktikal, biasanya memilih penguasa yang menentukan ketepatan instrumen dan beberapa penguasa tambahan yang menentukan julat, yang dipanggil penguasa pengukuran yang baik dan penguasa pengukur kasar masing-masing, dan menggabungkan kedua-dua untuk mendapatkan pengukuran yang tinggi.
Ketepatan pengukuran fasa laser fasa dapat mencapai tahap milimeter (sub), dan julat pengukuran adalah dari decimeter hingga kilometer, jadi ia digunakan secara meluas dalam julat pendek dan sederhana.
4. Laser Gangguan Multi-Gelombang Berkelanjutan
Interferometric Ranging adalah salah satu kaedah jarak jauh klasik. Menurut prinsip gangguan cahaya, dua baris cahaya dengan perbezaan fasa tetap, dan dengan kekerapan yang sama, arah getaran yang sama atau sudut kecil antara arah getaran bertindih antara satu sama lain, yang akan menghasilkan fenomena gangguan.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6, gambarajah skematik interferometer Michelson yang biasa digunakan ditunjukkan. Laser yang dipancarkan oleh laser dibahagikan kepada cahaya yang dicerminkan S1 dan menyebarkan cahaya S2 melalui spektroskop. Kedua -dua rasuk ini dicerminkan oleh cermin tetap M1 dan cermin M2 masing -masing, dan kedua -dua konverasi pada spektroskop untuk membentuk rasuk yang koheren. Kemudian intensiti rasuk gabungan saya ialah:
Apabila jarak d = m λ (m adalah integer), amplitud rasuk gabungan * *, intensiti cahaya * *, membentuk jalur terang; Apabila d = (2m+1) λ/ pada jam 2, fasa kedua -dua rasuk cahaya bertentangan, amplitud kedua -dua rasuk membatalkan satu sama lain, dan intensiti cahaya adalah * * * kecil, membentuk jalur gelap. Menurut prinsip ini, laser interferometrik adalah untuk menukar pinggir gangguan cahaya dan gelap dari pengesan fotoelektrik ke dalam isyarat elektrik, yang dikira oleh kaunter fotoelektrik, untuk merealisasikan pengukuran jarak dan anjakan.
Oleh kerana panjang gelombang laser λ resolusi laser interferometrik yang berkisar dapat mencapai NM dan ketepatannya sangat tinggi. Walau bagaimanapun, teknologi interferometrik laser tradisional yang disebutkan di atas hanya mengukur anjakan relatif dan tidak dapat memperoleh maklumat jarak sasaran. Pada masa yang sama, untuk memastikan ketepatan pengukuran berterusan, sasaran mesti bergerak di sepanjang kereta api tetap dan laluan optik tidak boleh terganggu. Di samping itu, menurut prinsip gangguan, teknologi pengukuran hanya dapat memperoleh nilai fasa dalam julat 0 hingga 2 π, dan memandangkan jarak perjalanan laser, ia bersamaan dengan hanya mengukur λ/ jika jarak jarak di dalam julat 2, jarak yang akan diukur dalam julat yang lebih besar akan menjadi tidak pasti kerana 2 π berbilang fasa tidak dapat ditentukan. Ini λ/ 2 Julat biasanya dirujuk sebagai pengukuran jarak jauh laser * * yang tidak jelas. Seperti berikut:
Di mana d ialah jarak yang diukur, m dan ε adalah integer dan urutan perpuluhan pinggiran gangguan yang termasuk dalam jarak yang diukur. Perintah perpuluhan boleh diperolehi dengan pengukuran, manakala M adalah nilai yang tidak terbatas.
Untuk menyelesaikan percanggahan ini, kaedah campur tangan multi-gelombang biasanya digunakan untuk memenuhi keperluan resolusi tinggi dan pengembangan julat bukan kebiasaan. Prinsip asas interferometri pelbagai gelombang adalah dengan menggunakan kaedah berbilang perpuluhan dan membangunkan konsep panjang gelombang sintetik di atasnya.
Pelbagai panjang gelombang interferometrik (MWI) bermula dengan eksperimen gangguan gelombang dua gelombang yang dijalankan oleh saintis Amerika Wyant dan Polhemus pada awal 1970-an. Kaedah ini menggunakan dua laser dengan panjang gelombang yang berbeza λ 1 、 λ 2 melakukan pengukuran gangguan untuk jarak yang tidak diketahui pada masa yang sama, dan bawa ke jarak yang diukur d dari formula di atas:
Untuk menyelesaikan dua persamaan, ada:
Di manakah panjang gelombang bersamaan sintetik, MS dan ε s masing -masing λ s interference integer dan urutan perpuluhan.
Sekiranya panjang gelombang komposit dianggap sebagai panjang gelombang yang berlainan, maklumat fasa yang sepadan dengan jarak yang tidak diketahui adalah perbezaan antara fasa antara dua panjang gelombang asal, jadi jarak yang tidak diketahui dapat diselesaikan. Pelbagai pengukuran jarak bukan ambiguiti dilanjutkan kepada separuh daripada panjang gelombang sintetik. Dari formula, panjang gelombang sintetik mestilah lebih besar daripada λ 1 dan λ 2。
Dengan cara yang sama, untuk memberi pertimbangan kepada julat pengukuran dan ketepatan, kaedah ini dapat dibangunkan lagi dengan idea pelbagai penguasa. Laser pelbagai gelombang boleh digunakan untuk mengukur jarak pada masa yang sama untuk menghasilkan panjang gelombang komposit pelbagai peringkat skala yang berbeza. Panjang gelombang sintetik yang panjang * * * digunakan untuk mencapai julat pengukuran * * *, dan hasil pengukuran jarak yang diperolehi digunakan sebagai nilai rujukan jarak jauh sintetik yang lebih pendek *.
Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan pelbagai panjang gelombang laser, yang bermaksud bahawa pelbagai sumber laser diperlukan. Memandangkan setiap sumber laser memerlukan peranti penstabilan frekuensi laser sendiri, dan pelbagai laser memerlukan kombinasi rasuk optik ketepatan tinggi, struktur keseluruhan laser * * sistem pengukuran jarak agak kompleks, dan kebolehpercayaan dan ketepatan sistem akan dapat dipengaruhi oleh tahap tertentu.
5. laser fm cw
Kekerapan yang dimodulasi gelombang berterusan (FMCW) laser adalah satu lagi kaedah interferometrik yang dapat merealisasikan * * * pengukuran. Ia menggabungkan kelebihan teknologi interferometri optik dan teknologi radar radio. Prinsip asas pengukuran FMCW adalah untuk merealisasikan interferometri dengan memodulasi kekerapan rasuk laser. Umumnya, laser yang kekerapan rasuk laser output berubah dengan masa digunakan sebagai sumber cahaya, dan interferometer Michelson digunakan sebagai laluan optik interferometrik asas. Maklumat perbezaan kekerapan dijana mengikut laluan optik yang berbeza dari cahaya rujukan dan cahaya pengukuran. Maklumat jarak kedua -dua rasuk boleh diperolehi selepas mengekstrak isyarat dan pemprosesan, dan pengukuran jarak * * dapat direalisasikan.
Ambil modulasi gergaji sebagai contoh. Ia adalah isyarat sinus yang kekerapannya berubah secara linear dengan masa dalam bentuk gergaji. Kekerapan seketika cahaya yang diukur dan cahaya rujukan berubah dengan masa, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.
Tetapkan kekerapan cahaya rujukan sebagai Ft, kekerapan cahaya pengukuran sebagai FR, jalur lebar modulasi sebagai Δ f, tempoh modulasi sebagai t, dan jarak sebagai D. Lampu pengukuran akan mempunyai kelewatan masa relatif terhadap cahaya rujukan disebabkan oleh laluan penghantaran yang berlainan sebagai τ, di mana ft berubah secara berkala antara f0 dan fm mengikut gelombang sawit, maka freksi dan fm.
Kemudian isyarat pukulan yang dihasilkan adalah Fif:
Jadi jarak yang diukur:
Kekerapan yang dimodulasi laser gelombang berterusan mengambil laser sebagai pembawa, dan semua gangguan alam sekitar hanya memberi kesan kepada intensiti cahaya isyarat yang diukur, tetapi bukan maklumat frekuensi. Oleh itu, ia dapat memperoleh ketepatan yang tinggi dan keupayaan yang kuat untuk menentang gangguan cahaya alam sekitar, dan ketepatannya dapat mencapai tahap mikron. Ia kini merupakan hotspot penyelidikan dalam saiz besar dan aplikasi pengukuran ketepatan tinggi. Walau bagaimanapun, kaedah pengukuran ini memerlukan kestabilan dan linearity frekuensi rasuk laser, yang menjadikan realisasi sistem lebih kompleks, dan julat pengukuran dibatasi oleh tempoh T.
6. laser segi tiga
Laser segitiga berkisar bermakna sumber cahaya, permukaan objek yang diukur dan sistem penerima cahaya membentuk laluan optik segi tiga bersama -sama. Cahaya yang dipancarkan oleh sumber laser difokuskan oleh lensa collimating dan kemudian kejadian pada permukaan objek yang diukur. Sistem penerima cahaya menerima cahaya yang bertaburan dari titik kejadian dan imejnya pada permukaan sensitif pengesan fotoelektrik. Ia adalah kaedah pengukuran untuk mengukur jarak bergerak permukaan objek yang diukur melalui anjakan titik cahaya pada permukaan pengimejan.
Menurut hubungan sudut antara rasuk laser insiden dan garis normal permukaan objek yang diukur, biasanya terdapat dua kaedah yang berkisar: serong dan langsung, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8. Dalam industri, kaedah laser langsung sering digunakan.
Berbanding laser laser fasa dan kekerapan yang dimodulasi laser gelombang berterusan, triangulasi laser yang berkisar mempunyai banyak kelebihan, seperti struktur mudah, kelajuan ujian cepat, penggunaan fleksibel dan mudah, kos rendah, dan sebagainya. Dari permukaan sasaran yang akan diukur, kaedah ini biasanya sesuai untuk kerja rapat dalaman, ia tidak sesuai untuk bekerja di latar belakang cahaya yang kuat di luar atau dalaman. Oleh itu, pelbagai aplikasi laser triangulasi adalah pengukuran anjakan kecil, yang digunakan secara meluas dalam pengukuran kontur permukaan objek, lebar, ketebalan dan kuantiti lain, seperti reka bentuk permukaan model badan, pemotongan laser, robot menyapu, dan lain -lain dalam industri kereta.
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy