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激光測(cè)距儀直徑測(cè)量的工作原理

2010-12-18

激光測(cè)距儀直徑測(cè)量的工作原理
直徑的測(cè)量
20世紀(jì)50年代末，出現(xiàn)了激光理論；20世紀(jì)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(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量技術(shù)中；20世紀(jì)70年代起，激光測(cè)徑儀得到了發(fā)展，可以對(duì)棒材、線材和管材的外徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量范圍可以從十微米到幾百毫米，精確度可達(dá)0.1% ~ 1%。
1、激光測(cè)量直徑的工作原理
用束細(xì)光以恒定的速度掃描被測(cè)線材，同時(shí)由放在線材另一側(cè)的光電元件來(lái)接收光線。當(dāng)光束掃描無(wú)線材區(qū)域時(shí)，由于沒(méi)有庶光物，所以光電元件接收到的光能，有信號(hào)輸出；當(dāng)光束把掃描線材時(shí)，由于線材庶光，光電元件接收不到光能，故無(wú)信號(hào)輸出。光電元件輸出的電信號(hào)是一個(gè)方波脈沖，脈沖寬度與線材直徑成正比。測(cè)出這個(gè)肪沖的寬度，原則上就測(cè)量了線材的直徑。
為了得到細(xì)光束，這里采用氦-氖激光器，激光具有其他光束無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。為了使光束以恒定的速度掃描測(cè)量區(qū)域，這里采用同步電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)多面棱鏡旋轉(zhuǎn)，光線經(jīng)過(guò)棱鏡反射后，形成速度恒定的掃描光線，再經(jīng)過(guò)前透鏡將旋轉(zhuǎn)的光束變成平行移動(dòng)的光束來(lái)掃描測(cè)量區(qū)域，通過(guò)透鏡再把平行光束會(huì)聚到光電元件上，光電元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。本儀器利用石英晶體振蕩器的振蕩周期作為測(cè)量線材脈沖寬度的時(shí)間基準(zhǔn)。
激光器發(fā)出的細(xì)光束，經(jīng)光路透射到多面棱鏡上，由于棱鏡隨著電動(dòng)機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，那么反射光線以反射點(diǎn)O（O點(diǎn)為前透鏡的焦點(diǎn)）為中心勻速旋轉(zhuǎn)起來(lái)；此光線經(jīng)過(guò)前透鏡折射后則變?yōu)槠叫械膾呙韫馐斯馐鴷?huì)先經(jīng)過(guò)路徑OABO，隨著棱鏡的旋轉(zhuǎn)，它會(huì)向路徑AO’B’O’移動(dòng)。平行掃描光束，經(jīng)后透鏡聚焦在光電元件O（O為后透鏡的焦點(diǎn)）上，光電元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，此信號(hào)是一個(gè)方波脈沖信號(hào)（低電平對(duì)應(yīng)著線材遮光部分）。如果激光束很細(xì)，以至于可以看成理想的幾何光線，那么線材脈沖就是一個(gè)理想的方波。
2、誤差分析
實(shí)質(zhì)上光線掃描的線速度是不均勻的，即不是勻速的，這導(dǎo)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(dāng)增大焦距F時(shí)，可減小誤差，但F的增大會(huì)降低儀表的讀數(shù)精確度。此測(cè)量第統(tǒng)采用了透鏡，由于存在透鏡像差或系統(tǒng)裝校不合適，掃描光線不是嚴(yán)格的平行光線，光線或多或少地存在會(huì)聚或發(fā)射散等，這些都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)測(cè)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(dāng)它與線材相遇時(shí)，光電元件輸出的光電流是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程，因此線材脈沖的上升和下降沿有一定的過(guò)渡時(shí)間，導(dǎo)致整形后的線材脈沖寬度變化，這也可以引起相應(yīng)的測(cè)量誤差。
思考題和習(xí)題
1、差動(dòng)式自感傳器與簡(jiǎn)單自感傳器的相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？
2、差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路中相敏整流器的作用是什么？
3、霍爾式傳感器測(cè)量位移的原理是什么？霍爾式傳感器在應(yīng)用時(shí)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？
4、試分析莫爾條紋放大作用的原理，并討論數(shù)量關(guān)系。
5、測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理是什么，應(yīng)用上有什么特點(diǎn)？
6、反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理是什么？
7、電子吊車秤、電子料斗秤、電子平臺(tái)秤和電子皮帶秤分別可以應(yīng)用于哪些不同場(chǎng)合？
8、從測(cè)量原理分析，有哪些傳感器可以用于測(cè)量加速度？
9、傳感器可以用于測(cè)量厚度，度分析它們的工作原理？

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