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激光測距儀直徑測量的工作原理

2010-12-18

激光測距儀直徑測量的工作原理
直徑的測量
20世紀50年代末，出現了激光理論；20世紀60年代初，激光由于亮度高、單色性好、相干性好和方向性好等優點被廣泛應用于精密測量技術中；20世紀70年代起，激光測徑儀得到了發展，可以對棒材、線材和管材的外徑進行動態測量，測量范圍可以從十微米到幾百毫米，精確度可達0.1% ~ 1%。
1、激光測量直徑的工作原理
用束細光以恒定的速度掃描被測線材，同時由放在線材另一側的光電元件來接收光線。當光束掃描無線材區域時，由于沒有庶光物，所以光電元件接收到的光能，有信號輸出；當光束把掃描線材時，由于線材庶光，光電元件接收不到光能，故無信號輸出。光電元件輸出的電信號是一個方波脈沖，脈沖寬度與線材直徑成正比。測出這個肪沖的寬度，原則上就測量了線材的直徑。
為了得到細光束，這里采用氦-氖激光器，激光具有其他光束無法比擬的優點。為了使光束以恒定的速度掃描測量區域，這里采用同步電動機來帶動多面棱鏡旋轉，光線經過棱鏡反射后，形成速度恒定的掃描光線，再經過前透鏡將旋轉的光束變成平行移動的光束來掃描測量區域，通過透鏡再把平行光束會聚到光電元件上，光電元件把光信號轉變成電信號。本儀器利用石英晶體振蕩器的振蕩周期作為測量線材脈沖寬度的時間基準。
激光器發出的細光束，經光路透射到多面棱鏡上，由于棱鏡隨著電動機勻速轉動，那么反射光線以反射點O（O點為前透鏡的焦點）為中心勻速旋轉起來；此光線經過前透鏡折射后則變為平行的掃描光束，此光束會先經過路徑OABO，隨著棱鏡的旋轉，它會向路徑AO’B’O’移動。平行掃描光束，經后透鏡聚焦在光電元件O（O為后透鏡的焦點）上，光電元件把光信號轉變成電信號，此信號是一個方波脈沖信號（低電平對應著線材遮光部分）。如果激光束很細，以至于可以看成理想的幾何光線，那么線材脈沖就是一個理想的方波。
2、誤差分析
實質上光線掃描的線速度是不均勻的，即不是勻速的，這導到了原理誤差。原理誤差隨著線材中心位置偏離光軸而增大，當增大焦距F時，可減小誤差，但F的增大會降低儀表的讀數精確度。此測量第統采用了透鏡，由于存在透鏡像差或系統裝校不合適，掃描光線不是嚴格的平行光線，光線或多或少地存在會聚或發射散等，這些都會導致出現測量誤差。另外，由于激光束不是幾何光線，它有一定的線性度，當它與線材相遇時，光電元件輸出的光電流是一個逐漸變化的過程，因此線材脈沖的上升和下降沿有一定的過渡時間，導致整形后的線材脈沖寬度變化，這也可以引起相應的測量誤差。
思考題和習題
1、差動式自感傳器與簡單自感傳器的相比有哪些優缺點？
2、差動變壓器的測量電路中相敏整流器的作用是什么？
3、霍爾式傳感器測量位移的原理是什么？霍爾式傳感器在應用時有哪些優缺點？
4、試分析莫爾條紋放大作用的原理，并討論數量關系。
5、測速發電機的工作原理是什么，應用上有什么特點？
6、反射式光電轉速傳感器的結構和工作原理是什么？
7、電子吊車秤、電子料斗秤、電子平臺秤和電子皮帶秤分別可以應用于哪些不同場合？
8、從測量原理分析，有哪些傳感器可以用于測量加速度？
9、傳感器可以用于測量厚度，度分析它們的工作原理？