激光技術(shù)和激光器是二十世紀六十年代出現的*重大的科學(xué)技術(shù)之一。 激光技術(shù)與應用的迅猛發(fā)展，已與多個(gè)學(xué)科相結合，形成新興的交叉學(xué)科，如光電子學(xué)、信息光學(xué)、激光光譜學(xué)、非線(xiàn)性光學(xué)、超快激光學(xué)、量子光學(xué)、光纖光學(xué)、導波光學(xué)、激光醫學(xué)、激光生物學(xué)、激光化學(xué)等。 這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現， 使得激光器的應用范圍擴展到幾乎國民經(jīng)濟的所有領(lǐng)域。

激光傳感器原理

激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量?jì)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現無(wú)接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。

激光與普通光不同，需要用激光器產(chǎn)生。激光器的工作物質(zhì)，在正常狀態(tài)下，多數原子處于穩定的低能級E1，在適當頻率的外界光線(xiàn)的作用下，處于低能級的原子吸收光子能量激發(fā)而躍遷到高能級E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 為普朗克常數，v 為光子頻率。反之，在頻率為v 的光的誘發(fā)下，處于能級E2 的原子會(huì )躍遷到低能級釋放能量而發(fā)光，稱(chēng)為受激輻射。激光器首先使工作物質(zhì)的原子反常地多數處于高能級（即粒子數反轉分布),就能使受激輻射過(guò)程占優(yōu)勢，從而使頻率為v 的誘發(fā)光得到增強，并可通過(guò)平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而產(chǎn)生大的受激輻射光，簡(jiǎn)稱(chēng)激光。

激光具有3 個(gè)重要特性。

（1）高方向性（即高定向性，光速發(fā)散角?。?，激光束在幾公里外的擴展范圍不過(guò)幾厘米。

（2）高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10 倍以上。

（3）高亮度，利用激光束會(huì )聚更高可產(chǎn)生達幾百萬(wàn)度的溫度。

兩種激光傳感器主要原理

利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現無(wú)接觸遠距離測量。激光傳感器常用于長(cháng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監測等?？傊?，激光傳感器的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛了，下面介紹兩種激光傳感器主要原理和應用。

1 、激光位移傳感器

激光位移傳感器能夠利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現無(wú)接觸遠距離測量。激光位移傳感器(磁致伸縮位移傳感器)就是利用激光的這些優(yōu)點(diǎn)制成的新型測量?jì)x表，它的出現，使位移測量的精度、可靠性得到極大的提高，也為非接觸位移測量提供了有效的測量方法。

2、 激光測距傳感器

激光測距傳感器的原理與無(wú)線(xiàn)雷達相同，將激光對準目標發(fā)射出去后，測量它的往返時(shí)間，再乘以光速既得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點(diǎn)，這些對于測遠距離、判定目標方位、提高接受系統的性噪比、保證測量精度等都是很關(guān)鍵的，因此激光測距儀日益受到重視。

激光傳感器的獨特性

激光傳感器可用于其它技術(shù)無(wú)法應用的場(chǎng)合。例如，當目標很近時(shí)，計算來(lái)自目標反射光的普通光電傳感器也能完成大量的精密位置檢測任務(wù)。但是，當目標距離較遠內或目標顏色變化時(shí)，普通光電傳感器就難以應付了。

雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測量傳感器在目標顏色變化的情況下能較好地工作，但是，在目標角度不固定或目標太亮時(shí)，其性能的可預測性變差。此外，普通光電三角測量傳感器一般量程只限于0.5m 以?xún)?。超聲波傳感器雖然也經(jīng)常用于檢測距離較遠的物體，而且由于它不是光學(xué)裝置，所以不受顏色變化的影響。但是，超聲波傳感器是依據聲速測量距離的，因此存在一些固有的缺點(diǎn)，不能用于以下場(chǎng)合。

1、待測目標與傳感器的換能器不相垂直的場(chǎng)合。

因為超聲波檢測的目標必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以?xún)取?

2、需要光束直徑很小的場(chǎng)合。因為一般超聲波束在離開(kāi)傳感器2m 遠時(shí)直徑為0.76cm。

3、需要可見(jiàn)光斑進(jìn)行位置校準的場(chǎng)合。

4、多風(fēng)的場(chǎng)合。

5、真空場(chǎng)合。

6、溫度梯度較大的場(chǎng)合遙因為這種情況下會(huì )造成聲速的變化。

7、需要快速響應的場(chǎng)合

而激光傳感器能解決上述所有場(chǎng)合的檢測。

激光傳感器在機械制造業(yè)中的應用

激光傳感器的作用主要包括激光測長(cháng)、激光測距、激光測振、激光測速。利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現無(wú)接觸遠距離測量。激光傳感器常用于長(cháng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監測等。

激光測長(cháng)

精密測量長(cháng)度是精密機械制造工業(yè)和光學(xué)加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F代長(cháng)度計量多是利用光波的干涉現象來(lái)進(jìn)行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是*理想的光源，它比以往更好的單色光源還純10萬(wàn)倍。因此激光測長(cháng)的量程大、精度高。

激光測距

它的原理與無(wú)線(xiàn)電雷達相同，將激光對準目標發(fā)射出去后，測量它的往返時(shí)間，再乘以光速即得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點(diǎn)，這些對于測遠距離、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(guān)鍵的，因此激光測距儀日益受到重視。在激光測距儀基礎上發(fā)展起來(lái)的激光雷達不僅能測距，而且還可以測目標方位、運運速度和加速度等，已成功地用于人造衛星的測距和跟蹤。

激光測振

它基于多普勒原理測量物體的振動(dòng)速度。這種測振儀在測量時(shí)由光學(xué)部分將物體的振動(dòng)轉換為相應的多普勒頻移，并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后送往多普勒信號處理器將多普勒頻移信號變換為與振動(dòng)速度相對應的電信號，然后記錄于磁帶。它的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，不需要固定參考系，不影響物體本身的振動(dòng)，測量頻率范圍寬、精度高、動(dòng)態(tài)范圍大。缺點(diǎn)是測量過(guò)程受其他雜散光的影響較大。

激光測速

它也是基多普勒原理的一種激光測速方法，用得較多的是激光多普勒流速計（見(jiàn)激光流量計），它可以測量風(fēng)洞氣流速度、火箭燃料流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風(fēng)速和化學(xué)反應中粒子的大小及匯聚速度等。