عملکرد و استفاده از حسگرهای اندازه گیری فاصله لیزری

عملکرد و استفاده از حسگرهای اندازه گیری فاصله لیزری

1. توسعه سنسورهای فاصله لیزری زمان عبور
کاربرد لیزر در زمینه تشخیص بسیار گسترده است، محتوای فنی بسیار غنی است و تأثیر آن بر تولید و زندگی اجتماعی نیز بسیار آشکار است. برد لیزر یکی از اولین کاربردهای لیزر است. این به این دلیل است که لیزر دارای مزایای زیادی مانند جهت گیری قوی، روشنایی بالا و تک رنگی خوب است. قبل از سال 1965، اتحاد جماهیر شوروی از لیزر برای اندازه گیری فاصله بین زمین و ماه (380×103 کیلومتر) با خطای تنها 250 متر استفاده می کرد. در سال 1969، آمریکایی ها با یک بازتابنده عقب بر روی ماه فرود آمدند و همچنین از لیزر برای اندازه گیری فاصله بین زمین و ماه با خطای 15 سانتی متری استفاده کردند. اصل اساسی استفاده از زمان انتقال لیزر برای اندازه گیری فاصله، تعیین فاصله هدف با اندازه گیری زمان لازم برای رفت و برگشت لیزر است. . همین الان:. گرچه محدوده لیزری زمان ترانزیت یک اصل و ساختار ساده دارد، اما در گذشته عمدتاً در تحقیقات نظامی و علمی استفاده می شد، اما در اتوماسیون صنعتی نادر است. از آنجایی که قیمت سنسور محدوده لیزری بسیار زیاد است، معمولاً چندین هزار دلار. تقریباً همه کاربران صنعتی به دنبال سنسوری هستند که تشخیص دقیق فاصله را در فواصل طولانی‌تر امکان‌پذیر کند. از آنجایی که در بسیاری از موارد نصب سنسورها در فاصله نزدیک به دلیل موقعیت فیزیکی و محیط تولید محدود می شود، سنسور فاصله لیزری زمان گذر امروزی مشکل مهندسان را در چنین مواقعی حل می کند.

2. اصل کار
هنگامی که سنسور لیزری زمان عبور کار می کند، دیود لیزر به سمت هدف نشانه رفته و پالس های لیزری را منتشر می کند. پس از انعکاس توسط هدف، نور لیزر در همه جهات پراکنده می شود. بخشی از نور پراکنده شده به گیرنده حسگر باز می گردد، جایی که توسط سیستم نوری گرفته شده و بر روی دیود نوری بهمن تصویربرداری می شود. فتودیود بهمنی یک حسگر نوری با تقویت داخلی است که می تواند سیگنال های نور بسیار ضعیف را تشخیص دهد. فاصله تا هدف را می توان با ثبت و پردازش زمان سپری شده از زمان ارسال پالس نور تا دریافت مجدد آن تعیین کرد. سنسورهای لیزری زمان عبور باید زمان عبور را با دقت بسیار بالایی تعیین کنند زیرا سرعت نور بسیار سریع است. به عنوان مثال، سرعت نور حدود 3´108 متر بر ثانیه است، برای دستیابی به وضوح 1 میلی متر، مدار الکترونیکی سنسور محدوده زمان انتقال باید بتواند زمان بسیار کوتاه زیر را تشخیص دهد: 0.001m¸ (3´108m/s)=3ps برای تشخیص زمان 3ps، این یک نیاز گزاف برای فناوری الکترونیک است و هزینه اجرای آن بسیار بالاست. اما سنسورهای لیزری ارزان قیمت امروزی با استفاده از یک اصل آماری ساده، قانون میانگین، برای دستیابی به وضوح 1 میلی‌متر و تضمین پاسخ سریع، این مانع را دور می‌زنند.

3. حل مشکلاتی که با فناوری های دیگر قابل حل نیستند
سنسورهای فاصله لیزری زمان عبور را می توان در جایی که سایر فناوری ها نمی توانند استفاده کنند. برای مثال، یک حسگر فوتوالکتریک معمولی که نور بازتاب شده از یک هدف را شمارش می‌کند، می‌تواند تعداد زیادی از وظایف تشخیص موقعیت دقیق را در زمانی که هدف بسیار نزدیک است، انجام دهد. با این حال، زمانی که هدف دور است یا رنگ هدف تغییر می کند، مقابله با سنسورهای فوتوالکتریک معمولی دشوار است. در حالی که سنسورهای پیشرفته سرکوب نویز پس‌زمینه و حسگرهای مثلثی زمانی که رنگ هدف تغییر می‌کند، به خوبی کار می‌کنند، زمانی که زاویه هدف ثابت نیست یا هدف خیلی روشن است، عملکرد آنها کمتر قابل پیش‌بینی می‌شود. علاوه بر این، سنسورهای مثلث‌سازی معمولاً محدوده‌ای محدود به 0.5 متر دارند. سنسورهای اولتراسونیک نیز اغلب برای تشخیص اجسام در فواصل دورتر استفاده می‌شوند و چون نوری نیستند، تحت تأثیر تغییرات رنگ قرار نمی‌گیرند. با این حال، سنسورهای اولتراسونیک فاصله را بر اساس سرعت صوت اندازه گیری می کنند، بنابراین دارای معایب ذاتی هستند و در شرایط زیر قابل استفاده نیستند. ① زمانی که هدف مورد اندازه گیری عمود بر مبدل سنسور نباشد. زیرا هدف تشخیص اولتراسونیک باید در زاویه ای بیش از 10 درجه از آزیموت عمودی حسگر قرار گیرد. ②زمانی که قطر تیر باید کوچک باشد. زیرا قطر پرتو اولتراسونیک زمانی که 2 متر از سنسور فاصله دارد 0.76 سانتی متر است. ③ مواردی که برای کالیبراسیون موقعیت به نقاط نور مرئی نیاز است. ④ مناسبت های بادی. ⑤ موارد خلاء. ⑥ مواردی که گرادیان دما زیاد است. زیرا در این صورت سرعت صوت تغییر می کند. ⑦ مواردی که نیاز به پاسخ سریع دارند. سنسور فاصله لیزری می تواند تشخیص همه موارد فوق را حل کند.