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科学技术中的激光测距、测速、测长等，在这些仪器中都离不开激光传感器的存在，那么什么是激光传感器呢？

激光传感器原理 - 简介

激光技术和激光是 20 世纪 60 年代出现的最重要的科学技术。 激光技术和应用的快速发展，与多个学科相结合，形成了一个新的交叉学科。

如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。

激光传感器由激光器、激光探测器和测量电路组成。 激光传感器是一种新型的测量仪器。 其优点是可实现非接触远距离测量、速度快、精度高、测量范围大、抗光、抗电干扰能力强。

这些交叉技术和新学科的出现极大地促进了传统产业和新兴产业的发展，使得激光的应用几乎扩展到国民经济的各个领域。 本文主要介绍激光传感器的原理。

激光传感器原理-原理

激光传感器工作时，激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。 被目标反射后，激光向四面八方散射。 部分散射光返回传感器接收器，在那里被光学系统捕获并成像到雪崩光电二极管上。 雪崩光电二极管是一种具有内部放大功能的光学传感器，因此它可以检测极微弱的光信号并将其转换为相应的电信号。

常见的一种是激光测距传感器，它通过记录和处理从光脉冲发出到接收返回所经过的时间来测量目标的距离，另一种是激光位移传感器。

激光传感器原理-激光的特性

激光不同于普通光，需要用激光产生。 激光器的工作物质，正常情况下，大部分原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发跃迁至高能级E2。 光子能量E=E2-E1=hv，其中h是普朗克常数，v是光子频率。 反之，在频率为v的光的感应下，能级E2的原子会跃迁到较低的能级释放能量而发光，这称为受激发射。

激光首先使工作物质的原子异常地大部分处于高能级（即粒子数的反转分布），可以使受激辐射过程占主导地位，从而产生频率为v的感应光被增强，并能通过平行镜形成雪崩放大产生大的受激辐射光光纤光谱仪的原理，简称激光。 激光有 3 个重要特性。 [1]

Ⅰ：亮度高，采用激光束会聚，最高温度可达数百万度。

Ⅱ：高单色性，激光的频宽比普通光小10倍以上。

Ⅲ：高方向性（即方向性高，光速发散角小），激光束的扩展范围从几公里到几厘米。

激光传感器原理-激光测长

现代精密测长技术是精密机械制造行业和光学加工行业的关键技术之一。

长度测量多是利用光波的干涉现象进行的，其精度主要取决于光的单色性。 激光是最理想的光源，比过去最好的单色光源（氪86灯）纯净10万倍。 因此，激光测长范围大，精度高。 根据光学原理，单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ的关系为L=λ/δ。 氪86灯可测量的最大长度为38.5厘米。 对于较长的物体，需要分段测量，精度会降低。 如果使用氦氖气体激光器，最多可以测量几十公里。 一般测量几米以内的长度，精度可达0.1微米。

激光传感器原理-激光振动测量

它基于多普勒原理测量物体的振动速度。 多普勒原理是指如果波源或接收波的观察者相对于传播波的介质运动，则观察者测得的频率不仅取决于波源发出的振动频率，还取决于波的运动波源或观察者的大小和速度方向。 被测频率与波源频率之差称为多普勒频移。当振动方向与波源方向一致时的多普勒频移

fd=v/λ

在公式; v 是振动速度，λ 是波长。

在激光多普勒振动测速仪中，由于光往返，fd=2v/λ。 测振仪测量时，光学部分将物体的振动转换成相应的多普勒频移，光电探测器将频移转换成电信号，然后电路部分进行适当的处​​理，送至多个多普勒信号处理器将多普勒频移信号转换成与振动速度对应的电信号，最后记录在磁带上。

本测振仪采用波长为6328埃（┱）的氦氖激光器，采用声光调制器进行光频调制，采用石英晶体振荡器加功放电路作为声光调制器的驱动源，并使用光电倍增管进行光电检测，并用频率跟踪器处理多普勒信号。 其优点是使用方便，不需要固定参考系，不影响物体本身的振动，测量频率范围广，精度高，动态范围大。 缺点是测量过程受其他杂散光影响较大。

激光传感器原理——激光测距

原理与无线电雷达相同。 激光对准目标发射后，测量其往返时间，再乘以光速即为往返距离。 由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于远距离测量、确定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度至关重要。

因此，激光测距仪越来越受到人们的重视。 在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达，不仅可以测量距离，还可以测量目标方位角、行进速度和加速度等，已成功应用于激光等人造卫星的测距和跟踪。使用红宝石激光雷达，测距500到2000公里光纤光谱仪的原理，误差只有几米。 不久前，真人研发中心研制的LDM系列测距传感器，在数公里的测量范围内可达到微米级。 红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器和砷化镓激光器通常用作激光测距仪的光源。

总结：激光传感器的原理是将光学系统接收到的图像映射到雪崩光电二极管上，雪崩光电二极管将微弱的光信号转换成相应的电信号来检测激光。