Робота та використання лазерних датчиків вимірювання відстані
1. Розробка часу проходження лазерних датчиків відстані
Застосування лазера в області виявлення дуже широке, технічний зміст дуже багатий, і вплив на суспільне виробництво та життя також дуже очевидний. Лазерне визначення дальності є одним із найперших застосувань лазерів. Це тому, що лазер має багато переваг, таких як сильна спрямованість, висока яскравість і хороша монохроматичність. До 1965 року Радянський Союз використовував лазер для вимірювання відстані між Землею та Місяцем (380´103 км) з похибкою лише 250 метрів. У 1969 році американці висадилися на Місяць з заднім рефлектором на Місяці, а також за допомогою лазерів виміряли відстань між Землею і Місяцем з похибкою всього в 15 см. Основний принцип використання часу передачі лазера для вимірювання відстані полягає у визначенні відстані до цілі шляхом вимірювання часу, необхідного лазеру для проходження вперед і назад. . Зараз:. Хоча лазерний вимірювач дальності за часом проходження має простий принцип і структуру, у минулому він в основному використовувався у військових і наукових дослідженнях, але рідко зустрічається в промисловій автоматизації. Оскільки ціна лазерного датчика дальності занадто висока, як правило, кілька тисяч доларів. Практично всі промислові користувачі шукають датчик, який забезпечує точне визначення відстані на великих відстанях. Оскільки в багатьох випадках встановлення датчиків на близькій відстані буде обмежено фізичним розташуванням і виробничим середовищем, сьогоднішній лазерний датчик відстані з часом проходження вирішить проблему для інженерів у таких випадках.
2. Принцип роботи
Коли працює лазерний датчик часу проходження, лазерний діод націлюється на ціль і випромінює лазерні імпульси. Після відбиття від цілі лазерне світло розсіюється в усіх напрямках. Частина розсіяного світла повертається до приймача датчика, де вловлюється оптичною системою та відображається на лавинному фотодіоді. Лавинний фотодіод — це оптичний датчик із внутрішнім підсиленням, завдяки якому він може виявляти надзвичайно слабкі світлові сигнали. Відстань до цілі можна визначити шляхом реєстрації та обробки часу, що минув від моменту надсилання світлового імпульсу до його отримання назад. Час проходження Лазерні датчики повинні визначати час проходження з надзвичайною точністю, оскільки швидкість світла дуже велика. Наприклад, швидкість світла становить близько 3´108 м/с, щоб досягти роздільної здатності 1 мм, електронна схема датчика діапазону часу проходження повинна бути в змозі розрізнити такий надзвичайно короткий час: 0,001m¸ (3´108m/s)=3ps Щоб розрізнити час 3ps, це надмірна вимога до електронної технології, а вартість реалізації занадто висока. Але сучасні дешеві лазерні датчики з часом проходження акуратно обходять цю перешкоду, використовуючи простий статистичний принцип, правило середнього значення, щоб досягти роздільної здатності 1 мм і гарантувати швидку відповідь.
3. Вирішувати проблеми, які неможливо вирішити за допомогою інших технологій
Лазерні датчики відстані можна використовувати там, де інші технології не можуть. Наприклад, звичайний фотоелектричний датчик, який підраховує світло, відбите від цілі, також може виконувати велику кількість завдань точного визначення положення, коли ціль дуже близько. Однак, коли ціль знаходиться далеко або колір цілі змінюється, звичайним фотоелектричним датчикам важко впоратися. Хоча вдосконалені датчики придушення фонового шуму та датчики тріангуляції добре працюють, коли колір цілі змінюється, їхня продуктивність стає менш передбачуваною, якщо кут цілі не фіксований або ціль надто яскрава. Крім того, датчики тріангуляції зазвичай мають діапазон, обмежений 0,5 м. Ультразвукові датчики також часто використовуються для виявлення об’єктів на великих відстанях, однак, оскільки вони не є оптичними, на них не впливають зміни кольору. Однак ультразвукові датчики вимірюють відстань на основі швидкості звуку, тому вони мають певні недоліки й не можуть використовуватися в наведених нижче ситуаціях. ①Якщо об’єкт вимірювання не перпендикулярний датчику датчика. Оскільки ціль ультразвукового виявлення має бути в межах кута не більше 10 градуса від вертикального азимута датчика. ②Коли діаметр променя повинен бути малим. Оскільки загальний ультразвуковий промінь має діаметр 0,76 см, коли він знаходиться на відстані 2 м від датчика. ③Випадки, коли для калібрування положення потрібні видимі світлові плями. ④ вітряні випадки. ⑤ вакуумні випадки. ⑥ Випадки, коли температурний градієнт великий. Тому що в цьому випадку швидкість звуку зміниться. ⑦ Випадки, що вимагають швидкого реагування. Лазерний датчик відстані може вирішити виявлення всіх вищевказаних випадків.
