激光技术给传感器带来了什么样的变化?

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”

激光技术和激光器是二十世纪六十年代出现的最重大的科学技术之一。由于其具有方向性强、亮度高、单色性好等特点，发展至今被广泛用于工农业生产、国防军事、医学卫生、科学研究等方面，如用做长度基准和光频基准以及测距、精密检测、定位等。

什么是激光？

激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 为普朗克常数，v 为光子频率。反之，在频率为v 的光的诱发下，处于能级E2 的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布),就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生大的受激辐射光，简称激光。

激光的三大显著特性

01

高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米。

02

高单色性，激光的频率宽度比普通光小10 倍以上。

03

高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。

激光技术的应用

1、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。激光发射器通过镜头将可见红色激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD线性相机接受，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。

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。

2、激光测长

精密测量长度是精密机械制造工业和光学加工工业的关键技术之一。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。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源（氪-86灯）还纯10万倍。

利用激光精密测量长度。将激光和迈克尔逊干涉仪相结合，可得到激光干涉测长仪。测量时，干涉仪的一臂不动，另一臂从被测长度的起点移动到终点，记录下相应干涉条纹变化的数目，就可以计算出长度值。由于激光的单色性，即相千性很好，可精密测量的长度非常长，可达几十米至几百米。

并且激光的波长较短，测量的精度非常高，可达0.1微米。目前激光测长仪已被广泛用来进行各种精密长度测量，例如长度基准-米尺的精确测量，中国利用激光测长仪进行测量，误差小于o.2微米，达到了国际水平。在大规模集成电路生产中，要求制作的误差小于1微米。用普通机械精密丝杆定位，误差为4~5微米，不能满足要求。激光测长仪的精度较高，将激光测长仪的传动装置改装成快动和微动相结合的运动系统，就构成一台激光微定位仪，可以满足超大规模集成电路的生产要求。

3、激光测振

基于多普勒原理测量物体的振动速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的观察者相对于传播波的媒质而运动，那么观察者所测到的频率不仅取决于波源发出的振动频率而且还取决于波源或观察者的运动速度的大小和方向。所测频率与波源的频率之差称为多普勒频移。在振动方向与方向一致时多普频移fd=v/λ，式中v为振动速度、λ为波长。

当应用相干激光光束测量振动的物体时，由于多普勒效应，激光的频率会发生调制，产生激光多普勒效应，表现为激光频偏（fd）。通过激光干涉技术，将指向物体并反射回来的激光光束同参考激光光束干涉，最终在光电探测器（PD）探测得到多普勒频偏（fd），进而获得振动物体物理参数。

它的优点是使用方便，不需要固定参考系,不影响物体本身的振动,测量频率范围宽、精度高、动态范围大。缺点是测量过程受其他杂散光的影响较大。

4、激光测速

它也是基于多普勒原理的一种激光测速方法,用得较多的是激光多普勒流速计(见激光流量计),可测量风洞气流速度、火箭燃料流速、飞行器喷射气流流速、大气风速和化学反应中粒子的大小及汇聚速度等。

激光技术在传感器上的应用

相信大家对激光传感器都不陌生，激光传感器是新型测量仪表，由激光器、激光检测器和测量电路组成。是利用激光技术进行测量的传感器，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

精密机械制造工业和光学加工工业，必须要实现精密测量，需要光源有优秀的单色性，这是普通光源无法满足的。那么高量程、高精度的测量，激光传感器可轻松满足应用；它的高方向性、高单色性和高功率等优点是它不费吹灰之力就可打败普通光电的杀手锏。