Hoạt động và sử dụng cảm biến đo khoảng cách bằng laser
1. Phát triển cảm biến khoảng cách laser thời gian di chuyển
Ứng dụng của laser trong lĩnh vực phát hiện rất rộng rãi, nội dung kỹ thuật rất phong phú và tác động đến sản xuất và đời sống xã hội cũng rất rõ ràng. Đo phạm vi laser là một trong những ứng dụng sớm nhất của laser. Điều này là do tia laser có nhiều ưu điểm như tính định hướng mạnh, độ sáng cao và độ đơn sắc tốt. Trước năm 1965, Liên Xô đã sử dụng tia laser để đo khoảng cách giữa trái đất và mặt trăng (380'103km) với sai số chỉ 250m. Năm 1969, người Mỹ đổ bộ lên mặt trăng bằng tấm phản xạ phía sau trên mặt trăng, đồng thời còn sử dụng tia laser để đo khoảng cách giữa trái đất và mặt trăng, với sai số chỉ 15cm. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng thời gian truyền tia laser để đo khoảng cách là xác định khoảng cách mục tiêu bằng cách đo thời gian cần thiết để tia laser quay đi quay lại. . Ngay lập tức:. Mặc dù phạm vi laser theo thời gian vận chuyển có nguyên lý và cấu trúc đơn giản, trước đây nó chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và quân sự, nhưng hiếm khi được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp. Bởi vì giá của cảm biến đo khoảng cách laser quá cao, thường là vài nghìn đô la. Hầu như tất cả người dùng công nghiệp đang tìm kiếm một cảm biến cho phép phát hiện khoảng cách chính xác trên khoảng cách xa hơn. Vì trong nhiều trường hợp, việc lắp đặt cảm biến ở cự ly gần sẽ bị giới hạn bởi vị trí vật lý và môi trường sản xuất, cảm biến khoảng cách laser thời gian vận chuyển ngày nay sẽ giải quyết được vấn đề cho các kỹ sư trong những trường hợp như vậy.
2. Nguyên lý làm việc
Khi cảm biến laser thời gian chuyển tiếp hoạt động, diode laser sẽ nhắm vào mục tiêu và phát ra các xung laser. Sau khi bị mục tiêu phản xạ, ánh sáng laser sẽ phân tán ra mọi hướng. Một phần ánh sáng tán xạ quay trở lại bộ thu cảm biến, nơi nó được hệ thống quang học thu giữ và ghi ảnh lên điốt quang tuyết lở. Photodiode tuyết lở là một cảm biến quang học có khả năng khuếch đại bên trong để có thể phát hiện các tín hiệu ánh sáng cực kỳ mờ. Khoảng cách đến mục tiêu có thể được xác định bằng cách ghi lại và xử lý thời gian trôi qua kể từ khi xung ánh sáng được gửi đi cho đến khi nhận được lại. Thời gian vận chuyển Cảm biến laser phải xác định thời gian vận chuyển với độ chính xác cực cao vì tốc độ ánh sáng rất nhanh. Ví dụ: tốc độ ánh sáng khoảng 3'108m/s, để đạt được độ phân giải 1mm, mạch điện tử của cảm biến phạm vi thời gian vận chuyển phải có khả năng phân biệt thời gian cực ngắn sau: 0,001m¸ (3`108m/s)=3ps Để phân biệt thời gian 3ps, đây là một yêu cầu quá cao đối với công nghệ điện tử và chi phí thực hiện quá cao. Nhưng các cảm biến laser thời gian vận chuyển giá rẻ ngày nay đã vượt qua trở ngại này một cách khéo léo bằng cách sử dụng nguyên tắc thống kê đơn giản, quy tắc trung bình, để đạt được độ phân giải 1 mm và đảm bảo phản hồi nhanh.
3. Giải quyết các vấn đề mà công nghệ khác không thể giải quyết được
Cảm biến khoảng cách laser thời gian truyền có thể được sử dụng ở những nơi mà các công nghệ khác không thể sử dụng được. Ví dụ, một cảm biến quang điện thông thường có chức năng đếm ánh sáng phản xạ từ mục tiêu cũng có thể thực hiện một số lượng lớn nhiệm vụ phát hiện vị trí chính xác khi mục tiêu ở rất gần. Tuy nhiên, khi mục tiêu ở xa hoặc màu sắc của mục tiêu thay đổi, các cảm biến quang điện thông thường khó có thể đối phó được. Mặc dù các cảm biến khử nhiễu nền tiên tiến và cảm biến tam giác hoạt động tốt khi màu sắc của mục tiêu thay đổi, nhưng hiệu suất của chúng trở nên kém dự đoán hơn khi góc mục tiêu không cố định hoặc mục tiêu quá sáng. Ngoài ra, cảm biến tam giác thường có phạm vi giới hạn trong phạm vi 0,5m. Tuy nhiên, cảm biến siêu âm cũng thường được sử dụng để phát hiện các vật thể ở khoảng cách xa hơn và vì chúng không phải là quang học nên chúng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi màu sắc. Tuy nhiên, cảm biến siêu âm đo khoảng cách dựa trên tốc độ âm thanh nên chúng có một số nhược điểm cố hữu và không thể sử dụng trong các tình huống sau. ①Khi mục tiêu cần đo không vuông góc với đầu dò của cảm biến. Bởi vì mục tiêu phát hiện siêu âm phải nằm trong một góc không quá 10 độ so với góc phương vị thẳng đứng của cảm biến. ②Khi đường kính chùm tia được yêu cầu nhỏ. Bởi vì chùm siêu âm thông thường có đường kính 0,76cm khi cách cảm biến 2m. ③Những trường hợp cần có các điểm sáng nhìn thấy được để hiệu chỉnh vị trí. ④ dịp nhiều gió. ⑤ dịp chân không. ⑥ Những trường hợp có độ dốc nhiệt độ lớn. Vì trong trường hợp này tốc độ âm thanh sẽ thay đổi. ⑦ Những trường hợp cần phản ứng nhanh. Cảm biến khoảng cách laser có thể giải quyết việc phát hiện tất cả các trường hợp trên.
