基本介紹
- 中文名：雷射感測器
- 採用技術：雷射技術
- 組成：雷射器等
- 優點：能實現無接觸遠距離測量
主要分類,工作原理,主要功能,雷射測長,雷射測距,雷射測振,雷射測速,套用案例,發展前景,
主要分類
雷射器按工作物質可分為 4種。①固體雷射器：它的工作物質是固體。常用的有紅寶石雷射器、摻釹的釔鋁石榴石雷射器 (即YAG雷射器)和釹玻璃雷射器等。它們的結構大致相同，特點是小而堅固、功率高，釹玻璃雷射器是目前脈衝輸出功率最高的器件，已達到數十兆瓦。②氣體雷射器：它的工作物質為氣體。現已有各種氣體原子、離子、金屬蒸氣、氣體分子雷射器。常用的有二氧化碳雷射器、氦氖雷射器和一氧化碳雷射器，其形狀如普通放電管，特點是輸出穩定，單色性好,壽命長,但功率較小，轉換效率較低。③液體雷射器:它又可分為螯合物雷射器、無機液體雷射器和有機染料雷射器，其中最重要的是有機染料雷射器，它的最大特點是波長連續可調。④半導體雷射器：它是較年輕的一種雷射器，其中較成熟的是砷化鎵雷射器。特點是效率高、體積小、重量輕、結構簡單，適宜於在飛機、軍艦、坦克上以及步兵隨身攜帶。可製成測距儀和瞄準器。但輸出功率較小、定向性較差、受環境溫度影響較大。
532nm綠光固體雷射器-(型號:mw|408x306工作原理
雷射感測器工作時，先由雷射發射二極體對準目標發射雷射脈衝。經目標反射後雷射向各方向散射。部分散射光返回到感測器接收器，被光學系統接收後成像到雪崩光電二極體上。雪崩光電二極體是一種內部具有放大功能的光學感測器，因此它能檢測極其微弱的光信號，並將其轉化為相應的電信號。 常見的是雷射測距感測器，它通過記錄並處理從光脈衝發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。雷射感測器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。
雷射PM2.5感測器 - TF-LP01
雷射PM2.5感測器 - TF-LP01例如，光速約為3*10^8m/s，要想使解析度達到1mm，則傳輸時間測距感測器的電子電路必須能分辨出以下極短的時間：
0.001m/(3*10^8m/s)=3ps
要分辨出3ps的時間，這是對電子技術提出的過高要求，實現起來造價太高。但是如今的雷射測距感測器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡單的統計學原理，即平均法則實現了1mm的解析度，並且能保證回響速度。
主要功能
利用雷射的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現無接觸遠距離測量。雷射感測器常用於長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用於探傷和大氣污染物的監測等。
雷射測長
精密測量長度是精密機械製造工業和光學加工工業的關鍵技術之一。現代長度計量多是利用光波的干涉現象來進行的，其精度主要取決於光的單色性的好壞。雷射是最理想的光源，它比以往最好的單色光源（氪-86燈）還純10萬倍。因此雷射測長的量程大、精度高。由光學原理可知單色光的最大可測長度L與波長λ和譜線寬度δ之間的關係是L=λ/δ。用氪－86燈可測最大長度為38.5厘米，對於較長物體就需分段測量而使精度降低。若用氦氖氣體雷射器，則最大可測幾十公里。一般測量數米之內的長度，其精度可達0.1微米。
雷射測距
它的原理與無線電雷達相同，將雷射對準目標發射出去後，測量它的往返時間，再乘以光速即得到往返距離。由於雷射具有高方向性、高單色性和高功率等優點，這些對於測遠距離、判定目標方位、提高接收系統的信噪比、保證測量精度等都是很關鍵的，因此雷射測距儀日益受到重視。在雷射測距儀基礎上發展起來的雷射雷達不僅能測距，而且還可以測目標方位、運運速度和加速度等，已成功地用於人造衛星的測距和跟蹤，例如採用紅寶石雷射器的雷射雷達，測距範圍為500～2000公里,誤差僅幾米。不久前，真尚有的研發中心研製出的LDM系列測距感測器，可以在數千米測量範圍內的精度可以達到微米級別。常採用紅寶石雷射器、釹玻璃雷射器、二氧化碳雷射器以及砷化鎵雷射器作為雷射測距儀的光源。
雷達感測器測距
雷達感測器測距雷射測振
它基於都卜勒原理測量物體的振動速度。都卜勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對於傳播波的媒質而運動，那么觀察者所測到的頻率不僅取決於波源發出的振動頻率而且還取決於波源或觀察者的運動速度的大小和方向。所測頻率與波源的頻率之差稱為都卜勒頻移。在振動方向與方向一致時多普頻移fd=v/λ，式中v 為振動速度、λ為波長。在雷射都卜勒振動速度測量儀中，由於光往返的原因,fd =2v/λ。這種測振儀在測量時由光學部分將物體的振動轉換為相應的都卜勒頻移,並由光檢測器將此頻移轉換為電信號,再由電路部分作適當處理後送往都卜勒信號處理器將都卜勒頻移信號變換為與振動速度相對應的電信號，最後記錄於磁帶。這種測振儀採用波長為6328埃(┱)的氦氖雷射器，用聲光調製器進行光頻調製，用石英晶體振盪器加功率放大電路作為聲光調製器的驅動源，用光電倍增管進行光電檢測，用頻率跟蹤器來處理都卜勒信號。它的優點是使用方便，不需要固定參考系,不影響物體本身的振動,測量頻率範圍寬、精度高、動態範圍大。缺點是測量過程受其他雜散光的影響較大。
雷射測速
它也是基都卜勒原理的一種雷射測速方法,用得較多的是雷射都卜勒流速計(見雷射流量計),它可以測量風洞氣流速度、火箭燃料流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風速和化學反應中粒子的大小及匯聚速度等。
套用案例
車輛寬高的超限檢測
採用雷射感測器進行快速測量，利用PC工控機和可視化編程軟體VB的網路核心與感測器進行數據的實時傳輸及處理，同時還設計了界面友好的上位機控制軟體。現場試驗數據表明，該系統實時性好、測量精度高，具有一定的實用價值。
高速公路收費站
用於高速公路收費站，以進行車輛的計數及安全保護。馬來西亞Teras公司就已將上百套BEA雷射感測器套用於其手動和自動收費站系統。雷射感測器採用飛行時間（TOF）測量原理，可在檢測區域內形成4個平面，以對車輛進行檢測，同時，該產品還具有防追尾、車輛安全保護等功能。雷射感測器較之傳統光幕具有靈敏度高、精確性高、安裝方便、性價比高、穩定性強等優勢。
谷歌第二代無人車：配備雷射感測器
谷歌第二代無人駕駛車原型車除了頂部的雷射感測器依然相當明顯，其他感測器都設定得非常隱蔽。
車輛的前後方和兩側都貼有明顯的谷歌無人車標誌。谷歌無人車的控制駕駛原理是通過車子四周安裝的諸多感測器，持續不斷地收集車輛本身以及四周的各種精確數據，通過車內的處理器進行分析和運算，再根據計算結果來控制車子行駛。無人車會藉助GPS設備與感測器，精準定位車輛位置以及前行速度，判斷周圍的行人、車輛、腳踏車、信號燈以及諸多其他物體。
在這輛雷克薩斯的車頂帶有一個360°旋轉的雷射全息感測器，可以幾乎同時感應到車子前、側與後方的狀況。感測器收集的數據會通過綠色的數據線，輸入到位於車輛右後側的處理器中。這個雷射感測器也可以讓無人車進行全球精準定位。車前原本L型的雷克薩斯車標也被拆除，取而代之的是一個雷達感測器；用於測量前方距離以及車輛速度，以便判別前方車況，控制車輛安全加速與減速。
車胎輪轂上也帶有位置感測器，用於探測車輪轉動，幫助車輛進行定位。谷歌無人車的心臟——處理器位於車輛的右後側，來自各個感測器的數據信息都會通過數據導線傳輸到這裡，通過軟體進行分析和處理，以便精確感測與判斷無人車附近的不同物體。除了分析和判斷無人車周圍物體當前的位置，無人車還需要通過軟體進行計算，準確預判每個物體可能的下一步位置。最後無人車會根據所有收集的數據做出安全駕駛的決策，包括控制車速以及周圍車距。
發展前景
2008年全球感測器市場容量為506億美元，東歐、亞太區和加拿大成為感測器市場增長最快的地區，而美國、德國、日本依舊是感測器市場分布最大的地區。真尚有公司等世界高端感測器製造商開始進入中國大陸，並且設立了技術開發部門。就世界範圍而言，感測器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。
一些感測器市場比如壓力感測器、溫度感測器、流量感測器、水平感測器已表現出成熟市場的特徵。流量感測器、壓力感測器、溫度感測器的市場規模最大，分別占到整個感測器市場的21%、19%和14%。感測器市場的主要增長來自於無線感測器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統)感測器、生物感測器等新興感測器。其中，無線感測器在2007-2010年複合年增長率預計會超過25%。
全球的感測器市場在不斷變化的創新之中呈現出快速增長的趨勢。有關專家指出，感測器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代感測器的開發和產業化，競爭也將日益激烈。在高端技術感測器領域，真尚有等國際感測器巨頭也已經進入國內市場，並直接在中國設立技術研發部。新技術的發展將重新定義未來的感測器市場，比如無線感測器、光纖感測器、智慧型感測器和金屬氧化感測器等新型感測器的出現與市場份額的擴大。
