激光探測(cè)技術(shù)講解

1、激光探測(cè)技術(shù)激光技術(shù)用于檢測(cè)工作主要是利用激光的優(yōu)異特性，將它作為光源，配以相應(yīng) 的光電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它具有精度高、測(cè)量范圍大、檢測(cè)時(shí)間短、非接觸式等 優(yōu)點(diǎn)，常用于測(cè)量長(zhǎng)度、位移、速度、振動(dòng)等參數(shù)。當(dāng)測(cè)定對(duì)象物受到激光照 射時(shí)，激光的某些特性會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)定其響應(yīng)如強(qiáng)度、速度或種類(lèi)等， 就可以知道測(cè)定物的形狀、物理、化學(xué)特征，以及他們的變化量。響應(yīng)種類(lèi) 有：光、聲、熱，離子，中性粒子等生成物的釋放，以及反射光、透射激光技術(shù)用于檢測(cè)工作主要是利用激光的優(yōu)異特性，將它作為光源，配 以相應(yīng)的光電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它具有精度高、測(cè)量范圍大、檢測(cè)時(shí)間短、非接 觸式等優(yōu)點(diǎn)，常用于測(cè)量長(zhǎng)度、位移、速度、振動(dòng)

2、等參數(shù)。當(dāng)測(cè)定對(duì)象物受到 激光照射時(shí)，激光的某些特性會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)定其響應(yīng)如強(qiáng)度、速度或種 類(lèi)等，就可以知道測(cè)定物的形狀、物理、化學(xué)特征，以及他們的變化量。響應(yīng) 種類(lèi)有：光、聲、熱，離子，中性粒子等生成物的釋放，以及 反射 光、透射 光、散射光等的振幅、相位、頻率、偏振光方向以及傳播方向等的變化。激光測(cè)距激光測(cè)距的基本原理是：將光速為 C 的激光射向被測(cè)目標(biāo)，測(cè)量它返 回的時(shí)間，由此求得激光器與被測(cè)目標(biāo)間的距離 d 。即：d= ct/2式中 t- 激光發(fā)出與接收到返回信號(hào)之間的時(shí)間間隔?？梢?jiàn)這種激光測(cè) 距的精度取決于測(cè)時(shí)精度。由于它利用的是脈沖激光束，為了提高精度，要求 激光脈沖寬度窄，光

3、 接收器 響應(yīng)速度快。所以，遠(yuǎn)距離測(cè)量常用輸出功率較大 的固體激光器與二氧化碳激光器作為激光源；近距離測(cè)量則用砷化鎵半導(dǎo)體激 光器作為激光源。激光測(cè)長(zhǎng)從光學(xué)原理可知，單色光的最大可測(cè)長(zhǎng)度 L與光源波長(zhǎng)入和譜線寬度 入的關(guān)系用普通單色光源測(cè)量，最大可測(cè)長(zhǎng)度78cm若被測(cè)對(duì)象超過(guò)78cm就須分段測(cè)量，這將降低測(cè)量精度。若用氦氖激光器作光源，則最大可 測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)幾十公里。通常測(cè)長(zhǎng)范圍不超過(guò)10m其測(cè)量精度可保證在0.1卩m以?xún)?nèi)。激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量的原理是利用激光的特性相干性，對(duì)相位變化的信息進(jìn) 行處理。由于光是一種高頻電磁波，直接觀測(cè)其相位的變化比較困難，因此使 用干涉技術(shù)將相位差變換為光強(qiáng)的

4、變化，觀測(cè)起來(lái)就容易的多。通常利用基準(zhǔn) 反射面的參照光和觀測(cè)物體反射的觀測(cè)光產(chǎn)生的干涉，或者是參照光和通過(guò)觀 測(cè)物體后相位發(fā)生變化的光之間的干涉，就可以非接觸地測(cè)量被測(cè)物體的距離 以及物體的大小，形狀等，其測(cè)量精度達(dá)到光的波長(zhǎng)量級(jí)。因?yàn)楣獾牟ㄩL(zhǎng)非常 短，所以測(cè)量精度相當(dāng)高。激光雷達(dá)激光雷達(dá)是用于向空中發(fā)射激光束，并對(duì)其散射信號(hào)光進(jìn)行分析與處 理，以獲知空氣中的懸浮分子的種類(lèi)和數(shù)量以及距離，利用短脈沖激光，可以 按時(shí)間序列觀測(cè)每個(gè)脈沖所包含的信息，即可獲得對(duì)象物質(zhì)的三維空間分布及 其移動(dòng)速度、方向等方面的信息。如果使用皮秒級(jí)的脈沖激光，其空間分辨率 可以達(dá)到10cm以下。激光照射在物體上后，會(huì)發(fā)

5、生散射，按照光子能量是否 發(fā)生變化，散射分為彈性散射和非彈性散射兩種類(lèi)型。彈性散射又有瑞利散射 和米氏散射之分。相對(duì)于激光波長(zhǎng)而言，散射體的尺寸非常小時(shí)，稱(chēng)為瑞利散 射；與激光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)纳⑸洌Q(chēng)之為米氏散射。瑞利散射強(qiáng)度與照射激光波長(zhǎng) 的四次方成反比，所以，通過(guò)改變波長(zhǎng)的測(cè)量方式就可以和米氏散射區(qū)別開(kāi)。 相應(yīng)地，非彈性散射也有拉曼散射和布里淵散射兩種。拉曼散射是指光遇到原 子或分子發(fā)生散射時(shí)，由于散射體的固有振動(dòng)以及回轉(zhuǎn)能和能量的交換，致使 散射光的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。拉曼散射所表現(xiàn)出的特征，因組成物質(zhì)的分子 結(jié)構(gòu)的不同而不同，因此，將接收的散射光譜進(jìn)行分光，通過(guò)光譜分析法可以 很容易鑒定分子種類(lèi)。所以，通過(guò)測(cè)量散射光，就可以測(cè)定空氣中