《传感器原理与应用》课程教学课件（讲稿）激光传感器

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激光式传感器

利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无 接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、 速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物 的监测等。 ·激光式传感器具有以下优点： 1.结构、原理简单可靠； 2.抗干扰能力强，适应于各种恶劣的工作环境； 3.分辨率较高（如在测量长度时能达到几个纳米），示值 误差小； 4.稳定性好，宜用于快速测量

• 激光式传感器具有以下优点： 1. 结构、原理简单可靠； 2. 抗干扰能力强，适应于各种恶劣的工作环境； 3. 分辨率较高（如在测量长度时能达到几个纳米），示值 误差小； 4. 稳定性好，宜用于快速测量。 利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无 接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、 速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物 的监测等

一.激光传感器的原理及组成 ·激光传感器是利用激光技 术进行测量的传感器，一 般是由激光器，光学零件 和光电器件所构成的，它 能把被测物理量（如长 度，流量，速度等)转换 成光信号，然后应用光电 转换器把光信号变成电信 号，通过相应电路的过 滤，放大，整流得到输出 信号，从而算出被测量

一 . 激光传感器的原理及组成 • 激光传感器是利用激光技 术进行测量的传感器，一 般是由激光器，光学零件 和光电器件所构成的，它 能把被测物理量（如长 度，流量，速度等）转换 成光信号，然后应用光电 转换器把光信号变成电信 号，通过相应电路的过 滤，放大，整流得到输出 信号，从而算出被测量

二.激光传感器的分类 激光式传感器按工作原理不同可分为三类： 1.激光干涉传感器 2.激光衍射传感器 3.激光扫描传感器 其中以激光干涉传感器的应用居多

激光式传感器按工作原理不同可分为三类： 1. 激光干涉传感器 2. 激光衍射传感器 3. 激光扫描传感器 其中以激光干涉传感器的应用居多。 二. 激光传感器的分类

激光干涉传感器是以光的干涉现象为基础的。 波长（频率)相同、相位相关的两束光具有 相干性，即当他们相互交叠时，会出现光强 增强或减弱的现象，产生干涉条纹。利用干 涉条纹随被测长度的变化而变化的原理可实 现长度计量

激光干涉传感器是以光的干涉现象为基础的。 波长（频率）相同、相位相关的两束光具有 相干性，即当他们相互交叠时，会出现光强 增强或减弱的现象，产生干涉条纹。利用干 涉条纹随被测长度的变化而变化的原理可实 现长度计量

三.激光传感器特性及用途 1.激光测长 现代长度计量多是利用光波的干涉现象来进行的，其精度主要取决于光的 单色性的好坏。激光测长的量程大、精度高。 由光学原理可知单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ之间的关 系是：L=入216。 若用氢氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度， 其精度可达0.1微米。 ■黄入光 叠光茉的干涉条纹 ■参为光买 勿出5国

三. 激光传感器特性及用途 1. 激光测长 现代长度计量多是利用光波的干涉现象来进行的，其精度主要取决于光的 单色性的好坏。 激光测长的量程大、精度高。 由光学原理可知单色光的最大可测长度 L与波长λ和谱线宽度δ之间的关 系是：L=λ2/δ。 若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度， 其精度可达0.1微米

2.激光测距 它的原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时 间，再乘以光速即得到往返距离。 由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判 定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的，因此 激光测距仪日益受到重视。 在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方 位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用 红宝石激光器的激光雷达，测距范围为500~2000公里，误差仅几米。 目前常采用红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光 器作为激光测距仪的光源

2. 激光测距 它的原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时 间，再乘以光速即得到往返距离。 由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判 定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的，因此 激光测距仪日益受到重视。 在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方 位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用 红宝石激光器的激光雷达，测距范围为500～2000公里,误差仅几米。 目前常采用红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光 器作为激光测距仪的光源

3.激光测厚 利用三角测距原理，位于℃型架的上、下方分别有一个精密激光测距传 感器，由激光器发射出的调制激光打到被测物的表面，通过对线阵CCD 的信号进行采样处理，线阵CCD摄像机在控制电路的控制下同步得到被 测物到C型架之间的距离，通过传感器反馈的数据来计算中间被测物的 厚度。由于检测是连续进行的，因此就可以得到被测物的连续动态厚度 值。 R8232轴出 光器 计算机 核测篆上表面 无衍射光学系流 被测膜下表面 习寸发流过

3. 激光测厚 利用三角测距原理，位于C型架的上、下方分别有一个精密激光测距传 感器，由激光器发射出的调制激光打到被测物的表面，通过对线阵 CCD 的信号进行采样处理，线阵CCD摄像机在控制电路的控制下同步得到被 测物到C型架之间的距离，通过传感器反馈的数据来计算中间被测物的 厚度。由于检测是连续进行的，因此就可以得到被测物的连续动态厚度 值

3.1单激光位移传感器测厚 被测体放在测量平台上，测量出传感器到平台表面距离，然后再测 出传感器到被测体表面间距，经计算后测出厚度。要求被测体与测 量平台之间无气隙，被测体无翘起。这些严格要求只有在离线情况 能实现

3.1 单激光位移传感器测厚 被测体放在测量平台上，测量出传感器到平台表面距离，然后再测 出传感器到被测体表面间距，经计算后测出厚度。要求被测体与测 量平台之间无气隙，被测体无翘起。这些严格要求只有在离线情况 能实现

3.2双激光位移传感器测厚 在被测体上方和下方各安装一个激光位移传感器，被测体 厚度D=C-(A+B)。其中，C是两个传感器之间距离，A是 上面传感器到被测体之间距离，B是下面传感器到被测体 之间距离。在线厚度测量用这种方法优点是可消除被测体 振动对测量结果的影响。但同时对传感器安装和性能有要 求。保证测量准确性的条件是：两个传感器发射光束必须 同轴，以及两个传感器扫描必须同步。同轴是靠安装实 现，而同步要靠选择有同步端激光传感器

3.2 双激光位移传感器测厚 在被测体上方和下方各安装一个激光位移传感器，被测体 厚度D=C-(A+B)。其中，C是两个传感器之间距离，A是 上面传感器到被测体之间距离，B是下面传感器到被测体 之间距离。在线厚度测量用这种方法优点是可消除被测体 振动对测量结果的影响。但同时对传感器安装和性能有要 求。保证测量准确性的条件是：两个传感器发射光束必须 同轴，以及两个传感器扫描必须同步。同轴是靠安装实 现，而同步要靠选择有同步端激光传感器