レーザー遠隔センサーに関する知識の普及
2023-10-10
レーザーレンジのセンサーが動作している場合、レーザーエミッティングダイオードが最初にターゲットをターゲットにし、レーザーパルスを放出します。ターゲットに反映された後、レーザーはすべての方向に散乱します。散乱光の一部はセンサーレシーバーに戻り、雪崩フォトダイオードに画像化される前に光学システムによって受信されます。雪崩フォトダイオードは、内部増幅機能を備えた光学センサーであり、非常に弱い光学信号を検出し、それらを対応する電気信号に変換できます。一般的なタイプはレーザー範囲のセンサーです。これは、光パルスの放出から戻りおよび受信までの時間を記録および処理することにより、目標距離を測定します。光の速度が速すぎるため、レーザーセンサーは伝送時間を正確に測定する必要があります。
たとえば、光の速度が約3 * 10 ^ 8m/sの場合、1mmの解像度を達成するために、送信時間範囲のセンサーの電子回路は、次の非常に短い期間を区別できる必要があります。
0.001m/（3 * 10 ^ 8m/s）= 3ps
3psの時間を区別するには、これは電子技術の高い要件であり、実装コストが高すぎます。しかし、今日のレーザー範囲のセンサーは、単純な統計原理である平均ルールを使用して、1mmの解像度を達成し、応答速度を確保するために、この障害を巧みに回避します。
主要な機能
高い方向性、高単色性、高輝度などのレーザーの特性を利用することにより、非接触の長距離測定を実現できます。レーザーセンサーは、一般的に、長さ、距離、振動、速度、方向などの物理量の測定、および欠陥の検出と大気汚染物質の監視に使用されます。
レーザーレンジ
精密な長さの測定は、精密機械的製造業と光学加工業界の重要な技術の1つです。最新の長さの測定は、主に光波の干渉現象を利用しており、その精度は主に光の単色に依存します。レーザーは最も理想的な光源であり、過去に最適な単色光源（Krypton-86ランプ）の100000倍純粋です。したがって、レーザー長の測定には、範囲が広く高精度があります。光学原理によれば、単色光の最大測定可能な長さlと波長はλとスペクトル線の幅Δを決定できますδクリプトン86ランプで測定できる最大長は38.5センチメートルであり、より長いオブジェクトでは、セグメント化された測定が必要です。ヘリウムネオンガスレーザーを使用すると、最大数十キロメートルを測定できます。一般に、数メートル以内の長さを測定すると、0.1マイクロメートルの精度が得られます。
レーダーセンサー範囲
その原則は、ラジオレーダーの原則と同じです。レーザーがターゲットを狙って放出した後、その往復時間が測定され、次に光の速度を掛けて往復距離を取得します。高い方向性、高単色性、およびレーザーの高出力の利点により、これらは距離を測定し、ターゲット配向を決定し、受信システムの信号対雑音比の改善、測定精度を確保するために重要です。したがって、レーザーレンジファインダーはますます評価されています。レーザーの範囲ファインダーに基づいて開発されたLIDARは、距離を測定するだけでなく、ターゲットの向き、運用速度、および加速度を測定できます。 500〜2000キロメートルの範囲の範囲で、数メートルの誤差を持つRubyレーザーを使用したLidarなど、人工衛星の範囲と追跡に成功裏に使用されています。少し前までに、LDMシリーズの範囲のセンサーを開発した研究開発センターがまだあり、数キロメートルの測定範囲内でマイクロメートルレベルで精度を達成できます。ルビーレーザー、ネオジムガラスレーザー、二酸化炭素レーザー、およびガリウムアルセニドレーザーは、レーザー範囲ファインダーの光源としてよく使用されます。
レーザー振動測定
ドップラーの原理に基づいて、オブジェクトの振動速度を測定します。ドップラーの原理とは、波源の観測者または受信波が伝播波の媒体に比べて動く場合、観測者によって測定される周波数は、波源によって放出される振動周波数だけでなく、波源または観察者の運動速度の大きさと方向にも依存するという原理を指します。測定された周波数と波源の周波数の差は、ドップラー周波数シフトと呼ばれます。振動方向が方向と一致する場合、ドップラー周波数シフトfd = v/λ（vは振動速度λが波長です。レーザードップラー振動速度測定機器では、光の往復により、FD = 2V/λ.このタイプの振動メーターは、測定中の光学部品による対応するドップラー周波数シフトにオブジェクトの振動を変換し、光学検出器はこの周波数シフトを電気信号に変換します。回路部品による適切な処理の後、ドップラー信号プロセッサに送信され、ドップラー周波数シフト信号を振動速度に対応する電気信号に変換し、最終的に磁気テープに記録されます。この振動メーターは、波長6328アンストローム（拡張）を持つヘリウムネオンレーザーを使用し、光周波数変調のためにアコーストープモジュレーターを使用し、クォーツクリスタルオシレーターとアコーストープティックモジュレーターの駆動源としての駆動源として発電機を使用します。信号。その利点は使いやすく、固定参照フレームは必要ありません。オブジェクト自体の振動に影響を与えない、幅広い測定周波数範囲、高精度、大きなダイナミックレンジ。欠点は、測定プロセスが他の迷光によって大きく影響を受けることです。
レーザー速度測定
また、ケプラーの原理に基づいたレーザー速度測定法でもあり、一般的にレーザードップラー速度計として使用されます（レーザー流量計を参照）。風洞気流速度、ロケット燃料流速、航空機ジェット気流速度、大気風速、粒子サイズと化学反応における収束速度を測定できます。
