BALLUFF传感器，巴鲁夫传感器，德国BALLUFF传感器
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BALLUFF传感器原理与应用 激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量 电路组成。激光传感器是新型测量仪表，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。 激光和激光器—— 它 激光和激光器——激光是 20 世纪 60 年代出现的重大的科学技术成就之一。 —— 发展迅速，已广泛应用于国防、、医学和非电测量等各方面。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 量受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强大的 受激辐射光，简称激光。激光具有 3 个重要特性： （1）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； （2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小 10 倍以上； （3）高亮度，利用激光束会聚可产生达几百万度的温度。 激光器按工作物质可分为 4 种： （1）固体激光器：它的工作物质是固体。常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝 石榴石激光器 (即 YAG 激光器)和钕玻璃激光器等。它们的结构大致相同，特点 是小而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率的器件，已达到数 十兆瓦。 （2）气体激光器：它的工作物质为气体。现已有各种气体原子、离子、金属蒸 气、 气体分子激光器。 常用的有二氧化碳激光器、 氦氖激光器和一氧化碳激光器， 其形状如普通放电管，特点是输出稳定，单色性好,寿命长,但功率较小，转换效 率较低。 （3） 液体激光器:它又可分为螯合物激光器、 无机液体激光器和有机染料激光器， 其中重要的是有机染料激光器，它的特点是波长连续可调。 BALLUFF传感器，巴鲁夫传感器，德国BALLUFF传感器
（4）半导体激光器：它是较年轻的一种激光器，其中较成熟的是砷化镓激光器。 特点是效率高、体积小、重量轻、结构简单，适宜于在飞机、军舰、坦克上以及 步兵随身携带。可制成测距仪和瞄准器。但输出功率较小、定向性较差、受环境 温度影响较大。 应用——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。 激光测长—— 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 光是理想的光源，它比以往好的单色光源（氪-86 灯）还纯 10 万倍。因此 激光测长的量程大、精度高。由光学原理可知单色光的可测长度 L 与波长 λ 和谱线宽度 δ 之间的关系是 L=λ2/δ。用氪－86 灯可测长度为 38.5 厘 米，对于较长物体就需分段测量而使精度降低。若用氦氖气体激光器，则可 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。 激光测距—— 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。 激光测厚—— 激光测厚—— 利用三角测距原理，上位于 C 型架的上、下方分割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。 影响激光测厚精度的安装因素： 和其它传感器测厚一样，要实现精密测厚需要注意以下条件，否则再好的传感器 也测不准。精密测厚，选精密激光位移传感器很重要，但如果两个传感器不能同 步工作，安装不同轴，则根本测不准： （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。 （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。 不同步将代来很大误差：如果被测体存在振动频率 20HZ，振幅 1mm，如果信号不 同步延迟 1ms，那么就会带来 125?m 误差。 安装使两个激光同轴，不但确保被测体同一位置上的厚度，同时降低了被测体倾 斜带来的误差。以被测体运动方向不同轴为例，当不同轴 1mm，被测体倾斜 2° 可带来 35?m 误差。 激光三角漫反射位移传感器用于测厚有明显优点： （1）非常小的测量光斑，是点光斑面积，它比面积型非接触电容、电涡流传感 器需要的面积小很多， 对被测体面积几乎无要求， 适合测量非常小面积尺寸厚度； （2）较远的测量范围起始间距。它比非接触电容、电涡流传感器起始间距大很 多。这样传感器可以远离被测体，免受碰坏，及被测体热辐射影响； （3）有很大的测量范围，这是其它传感器很难做到的； （4）与被测体材料无关，即金属非金属体，非透明有漫反射条件表面都能测。 （5）用激光测厚取代同位素测厚，可以消除对用户的放射性损害。 激光测振—— 激光测振—— 它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。在激光多普勒振动速度测量仪中，由于光往返的 原因,fd =2v/λ。这种测振仪在测量时由光学部分将物体的振动转换为相应的多 普勒频移,并由光检测器将此频移转换为电信号BALLUFF传感器，巴鲁夫传感器，德国BALLUFF传感器
