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  • 傳輸時(shí)間激光測距傳感器

    作者:佚名 來源:本站整理 時(shí)間:2011-11-02 00:07 閱讀:1424 [投稿]
    一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展 激光在檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛,技術(shù)含量十分豐富,對社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多 ..
    一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展
    激光在檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛,技術(shù)含量十分豐富,對社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)。1965年前蘇聯(lián)利用激光測地球和月球之間距離(380′103km)誤差只有250m。1969年美國人登月后置反射鏡于月面,也用激光測量地月之距,誤差只有15cm。 
    利用激光傳輸時(shí)間來測量距離的基本原理是通過測量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來確定目標(biāo)距離。
    傳輸時(shí)間激光測距雖然原理簡單、結(jié)構(gòu)簡單,但以前主要用于軍事和科學(xué)研究方面,在工業(yè)自動(dòng)化方面卻很少見。由于激光測距傳感器售價(jià)太高,一般在幾千美元,高昂的價(jià)格一直是阻礙其廣泛應(yīng)用的主要原因。然而最近,激光測距傳感器由于技術(shù)上取得了重大進(jìn)展,使其價(jià)格已降到幾百美元,從而使它今后有可能成為許多長距離檢測場合最經(jīng)濟(jì)有效的檢測手段。 
    造成這樣大幅度降價(jià)的主要原因是最近兩種消費(fèi)產(chǎn)品的急劇增長。 
    其一是蜂窩電話。蜂;移動(dòng)通信自70年代出現(xiàn)以來,發(fā)展異常迅速,用戶幾乎年年翻番,尤其是近年來發(fā)展更為驚人。蜂窩電話的發(fā)展促使電信工業(yè)提供出性能極佳的低噪聲放大器。這種放大器的核心部件就是傳輸時(shí)間計(jì)時(shí)器。 
    其二是DVD播放機(jī)。DVD播放機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了低成本可見光二極管激光器的發(fā)展。這種二極管激光器發(fā)出的激光具有更好的聚焦特性,能實(shí)現(xiàn)超高密度數(shù)字存儲(chǔ)。與僅僅幾年前為CD機(jī)研制的紅外激光二極管相比,其聚焦特性要好許多倍。 
    正是這些新器件的出現(xiàn)再加上表面安裝電路板技術(shù)和清潔廉價(jià)的電源等,才使傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展躍上新臺(tái)階。 
    實(shí)際上,所有工業(yè)用戶都在尋找一種能在較遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)精密距離檢測的傳感器。因?yàn)樵S多情況下近距離安裝傳感器會(huì)受物理位置及生產(chǎn)環(huán)境的限制,如今的傳輸時(shí)間激光測距傳感器將為這類場合的工程師排憂解難。 
    二、工作原理 
    傳輸時(shí)間激光傳感器工作時(shí),先由激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器,被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器,因此它能檢測極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間,即可測定目標(biāo)距離。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時(shí)間,因?yàn)楣馑偬臁?nbsp;
     例如,光速約為3′108m/s,要想使分辨率達(dá)到1mm,則傳輸時(shí)間測距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時(shí)間: 
    0.001m¸(3′108m/s)=3ps 
    要分辨出3ps的時(shí)間,這是對電子技術(shù)提出的過高要求,實(shí)現(xiàn)起來造價(jià)太高。但是如今廉價(jià)的傳輸時(shí)間激光傳感器巧妙地避開了這一障礙,利用一種簡單的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,即平均法則實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率,并且能保證響應(yīng)速度。 
    三、解決其它技術(shù)無法解決的問題 
    傳輸時(shí)間激光距離傳感器可用于其它技術(shù)無法應(yīng)用的場合。例如,當(dāng)目標(biāo)很近時(shí),計(jì)算來自目標(biāo)反射光的普通光電傳感器也能完成大量的精密位置檢測任務(wù)。但是,當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)內(nèi)或目標(biāo)顏色變化時(shí),普通光電傳感器就難以應(yīng)付了。 
    雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測量傳感器在目標(biāo)顏色變化的情況下能較好地工作,但是,在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r,其性能的可預(yù)測性變差。此外,三角測量傳感器一般量程只限于0.5m以內(nèi)。  
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