基于激光干涉效应的传感器
激光干涉位移传感器回波原理
激光干涉位移传感器回波原理
激光干涉位移传感器是一种非接触式测量设备，可用于测量物体表面的微小位移。
其基本原理是利用激光干涉的原理，将激光束分成两束并照射到被测物体表面，经过反射后再次合并，形成干涉图案。
通过对干涉图案的分析，可以测量出被测物体的位移。
在激光干涉位移传感器中，激光器发出的激光束经过光学元件的调整和分束，形成两束光线，一束直接照射到被测物体表面，另一束经过反射镜反射后再照射到被测物体表面，与第一束光线相交形成干涉图案。
当被测物体发生微小位移时，两束光线的光程差发生变化，干涉图案也会发生变化。
通过对干涉图案的分析，可以得到被测物体的位移大小。
回波原理指的是，激光束照射到被测物体表面后，经过反射后再次回到激光干涉位移传感器中，与另一束光线相交形成干涉图案。
这种干涉图案与直接照射到被测物体表面的光线形成的干涉图案有所
不同，但仍然可以通过分析得到被测物体的位移大小。
总之，激光干涉位移传感器的基本原理是利用激光干涉的原理测量被测物体表面的微小位移，回波原理则是指激光束照射到被测物体表面后反射回来与另一束光线相交形成的干涉图案。
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激光传感器的工作原理
激光传感器的工作原理激光传感器是一种基于激光技术的高精度、高灵敏度的测量设备，广泛应用于工业、环保、医疗、能源等领域。
本文将介绍激光传感器的工作原理及其应用。
一、激光传感器的基本组成激光传感器由三部分组成：发光器、接收器和信号处理器。
其中发光器负责发射激光信号，接收器负责接受反射回来的信号，信号处理器负责处理接收到的信号并输出测量结果。
二、激光传感器的工作原理激光传感器主要利用激光在介质中的传播和反射特性来进行测量。
具体工作原理如下：1.光的传播激光发射器向待测物体发射激光束，激光束在空气中传播时几乎不会发生散射和吸收，因此激光束的能量保持不变，能够远距离传播。
2.光的反射当激光束照射到待测物体表面时，一部分能量会被物体吸收或散射，但大部分能量会被物体表面反射回来。
这些反射光线会被接收器接收到，进而通过信号处理器进行分析。
3.测量距离通过测量激光束从发射器到物体表面的时间差，可以计算出距离。
激光束发射后，经过一段时间后，接收器会接收到反射回来的信号。
利用光速恒定的特性和时间差可以求出物体表面距离。
三、激光传感器的优点和应用激光传感器具有高精度、高灵敏度、广测量范围、快速反应等优点。
它可以被广泛应用于下列领域中：1.工业制造：激光传感器可以被用于精度高、速度快的零件检测、定位和测量。
可以用于测量机床加工时工件的距离和位置，以保证加工精度。
2.环境监测：激光传感器可以快速准确地测量大气、水资源、土壤等环境参数，例如通过测量水位来监测洪水。
3.医疗应用：激光传感器可以被应用于眼科手术、血糖测量和激光治疗等方面，广泛用于临床医学。
4.能源领域：激光传感器可以被用于监测油井的油气流量、井口压力，以及发电站锅炉的水位、流量和压力等。
激光传感器具备高精度、稳定可靠、快速响应等优点，应用范围广泛，是现代传感技术的重要研究方向之一。
四、激光传感器的分类激光传感器可以按照测量方式、应用行业和工作原理等不同标准分类。
光栅位移传感器工作原理
光栅位移传感器工作原理
光栅位移传感器通常使用光栅腔体结构，并根据物体的位移改变光栅干涉图案的特征，从而实现位移测量。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 激光发射：传感器通过激光器发射出一束单色、相干的激光光束。
2. 光栅结构：光栅位移传感器的关键部分是光栅，其由许多狭缝或光栅条组成。
光栅的条间距和条宽度具有精确的设计。
3. 干涉：被测物体与光栅之间形成干涉。
当激光光束经过光栅和被测物体后，光束被分成两个或多个光路，这些光路在后续的光程中会发生相位差。
4. 探测器：干涉光束进入光栅位移传感器的光电检测器中，检测器将干涉图案转化为电信号。
5. 信号处理：信号处理电路对传感器输出的电信号进行处理，如放大、滤波和分析。
通过测量干涉光的相对强度和相位差，可以计算出被测物体的位移。
总的来说，光栅位移传感器通过干涉效应实现位移测量，光栅的特殊结构和光栅与被测物体之间的相互作用使得光的干涉图案与物体位移相关联，从而实现对位移的测量。
激光位移传感器的工作原理
激光位移传感器的工作原理激光位移传感器是一种利用激光技术测量目标物体与传感器之间距离或位移的设备。
它广泛应用于工业自动化、机器人导航、三维建模等领域。
激光位移传感器的工作原理可简单概括为发射激光束，接收并分析激光束被目标物体反射后的特性，最后计算出位移值。
激光发射器通常使用激光二极管或激光二极管阵列。
它们能够产生连续波或脉冲激光束。
激光束被发射后，聚焦成一个很小的光斑，射向目标物体。
接收器通常采用光电二极管或光电二极管阵列。
当激光束照射到目标物体上时，一部分光会被目标物体表面反射回来。
接收器接收到反射光，并将其转化为电信号。
信号处理模块对接收到的电信号进行放大和滤波处理。
由于反射光的强度会随着目标物体与传感器的距离变化而变化，信号处理模块需要将这些微弱的信号放大到合适的水平，以便后续处理。
计算模块对处理后的信号进行分析和计算。
首先，它需要将信号转化为距离或位移值，并校准传感器的误差。
通常，该模块会采用时间差法、三角法或干涉法等测量原理来计算出位移值。
然后，它还可以结合其他传感器的数据，进行更精确的位移测量和姿态估计。
1.时间差法：利用激光束从发射到接收的时间差来计算位移。
当激光束照射到目标物体上后，通过测量激光束从发射到接收的时间差，可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
2.三角法：利用三角形的几何关系来计算位移。
激光位移传感器通常采用三角形的基线法或多基线法。
基线法是通过测量激光束在同一平面上的两个不同位置的反射点，根据它们与传感器之间的距离和角度，计算出目标物体到传感器的距离和位移。
多基线法则是在三维空间中使用多个不同位置的激光束测量点，通过测量这些点之间的距离和角度关系，计算出目标物体的三维位置和姿态。
3.干涉法：利用激光束的干涉来计算位移。
激光位移传感器通常使用相干激光束，将其分为参考光和测量光。
参考光是由激光器发出的一束光，经过分束器分成两束，其中一束作为参考光束，另一束经过反射器射向目标物体，被目标物体反射后，再次经过反射器和分束器的合并，并与参考光束相干干涉。
激光干涉位移传感器回波原理
激光干涉位移传感器回波原理
激光干涉位移传感器是一种高精度、高灵敏度的测量仪器。
它广泛应用于机械制造、航空航天、电子半导体、光学等领域。
其测量精度高达亚微米级别，是工程测量领域不可或缺的重要设备。
激光干涉位移传感器的工作原理是基于光的干涉原理。
激光干涉位移传感器的原理是利用激光波的相干性，通过光路中的干涉效应测量被测物体的位移。
传感器由激光源、光路、检测器、计算机等部件组成，其基本工作原理如下：
激光光源发出的激光束经过分束器后被分成两束光线，分别沿两个光路传播到被测物体表面。
其中一束光线直接射向被测物体表面，成为参考光。
另一束光线射向被测物体表面后被反射回来，成为测量光。
经过干涉产生的光路差会导致在检测器中形成不同的光强分布。
通过检测器测量这两束光的干涉条纹，就可以获得被测物体的位移信息。
激光干涉位移传感器与传统的机械式传感器相比，其测量精度更高、更加灵敏。
传感器所测量的是被测物体表面微小的位移变化，因此在测量中需要考虑诸多影响因素。
例如，光电检测器的光敏度、光路长度、光路稳定性、热漂移、机械振动等。
这些因素都可能对传感器的测量精度产生影响。
因此，为了保证测量精度，需要采取一系列措施
来减小这些影响。
总体而言，激光干涉位移传感器是一种高度精确和高灵敏的测量仪器。
其工作原理基于光的干涉原理，通过干涉产生的光路差测量被测物体
的位移。
该传感器在机械制造、航空航天、光学、电子半导体等领域
具有广泛应用，并且随着现代科技的不断发展，其应用范围也在不断
扩大。
基于迈克尔逊干涉 原理的光纤传感器研究
共用一个双 面反射镜
由于传输光偏 振态对于相干 光通信和光纤 干涉仪以及干 涉型光纤传感 器的影响非常 明显，所以要 对光的偏振态 实施控制
光纤Michelson 干涉传感器的特点
1) 抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、 使用安全
2) 灵敏度高 3) 重量轻、体积小、可挠曲 4) 测量对象广泛 5) 传输损耗小 6) 传输容量大 7) 成本低
光纤Michelson 干涉传感器的应用
1） 应用于教学 2） 测量微位移 3） 测量折射率 4） 测量微应变、应力 5） 测量磁场的强弱 6） 测量压力
基于迈克尔逊干涉 原理的
光纤传感器研究
物类一班 李晓宁
200731020090
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和 莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的 精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实 现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条 纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折 够引起测量臂的长度、折射率、直径的
本
变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振 等方面发生变化，测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干
原
涉（比较），使输出的光的相位(或振幅)发生变化
理
光纤Michelson 干涉仪系统原理
He- Ne 激光通过耦合透镜 L 进入单模光纤后被一个称 为FDC的装置分成强度相 的两束，分别进入参考臂 和测量臂中传播。 两干涉 臂中传播的光线经各自光 纤端面的反射镜M1、M2 反射重新返回光纤中，当 干涉仪两个臂间的光程差 小于光源的相干长度时， 两束光在FDC 的另一输出 端将发生干涉。输出的干 涉信号进入光电探测器D。 这样光电探测器D 就给出 了干涉强度和两束光光程 差之间的函数关系。
激光位移传感器的原理
激光位移传感器的原理
首先，激光位移传感器由激光发射器、光路系统、光电探测器和信号处理电路组成。
激光发射器发射出稳定的激光光束，光路系统将激光光束引导到目标物体表面，并经过反射后返回到光电探测器。
光电探测器接收到反射光信号后，将其转换为电信号并传送给信号处理电路进行处理。
其次，激光位移传感器的原理是基于激光干涉原理。
当激光光束照射到目标物体表面时，部分光束被反射回来并与原始光束发生干涉。
由于目标物体表面的微小位移会导致反射光束的相位发生变化，因此通过测量干涉光束的相位变化就可以得到目标物体的位移信息。
另外，激光位移传感器还利用光电检测技术来实现对干涉光束的精确测量。
光电探测器能够将光信号转换为电信号，并且具有高灵敏度和快速响应的特点，可以实现对干涉光束相位变化的高精度测量。
总的来说，激光位移传感器通过激光干涉原理和光电检测技术实现了对目标物体位移的精确测量。
它具有测量精度高、响应速度快、非接触测量等优点，广泛应用于工业自动化、机器人技术、精密加工等领域。
随着激光技术和光电检测技术的不断进步，激光位移传感器的测量精度和稳定性将得到进一步提升，为工业生产和科学研究提供更加可靠的测量手段。
激光位移传感器的工作原理
激光位移传感器的工作原理
激光位移传感器是一种使用激光技术测量物体位移的传感器。
其工作原理基于光的干涉原理和三角测量原理。
激光位移传感器一般由激光发射器和接收器组成。
激光发射器发出一束激光，激光束被物体反射后经过光学透镜汇聚到接收器上。
接收器接收到的激光信号被转换为电信号，并通过电路处理得到位移信息。
在测量中，激光束照射在被测物体上的某一点上。
被测物体表面上的点作为光的反射面，反射回来的光会与发射的光发生干涉。
干涉产生的光程差与物体与传感器的距离成正比。
通过测量这个光程差的变化，可以求得物体与传感器之间的距离变化，即位移。
具体测量时，利用三角函数的关系，将物体与传感器之间的距离变化转化为光程差的变化。
通过测量光程差的变化，再经过一系列的信号处理，可以得到物体的位移信息。
激光位移传感器的工作原理可以用来测量微小的位移，具有高精度、高灵敏度、非接触和快速响应等特点。
在许多工业和科学领域，激光位移传感器都被广泛地应用于位移测量、振动分析、材料力学测试等。
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目录
一、激光干涉的基本原理 (2)
二、激光干涉传感器的类型 (3)
2.1单频激光干涉传感器 (3)
2.2 双频激光干涉传感器 (3)
三、常用激光干涉传感器及介绍 (4)
3.1CO2激光干涉仪 (4)
3.2Ne-Xe激光干涉仪 (4)
3.3 He-Ne激光干涉仪 (5)
3.4 变波长激光干涉仪 (5)
3.5线性调频半导体激光干涉仪 (5)
四、激光干涉传感器的应用 (5)
五、激光干涉传感器的功能特点 (6)
六、参考文献 (7)
基于激光干涉效应的传感器
摘要：以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉传感器有单频的和双频的两种。
单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。
双频激光干涉仪是1970年出现的，它适宜在车间中使用。
激光干涉传感器在极接近标准状态下的测量精确度很高，可达1×10-7。
关键词：激光干涉；传感器；精密测长
一、激光干涉的基本原理
两频率相同，振动方向相同的光波叠加
I=I 1+I 2+221I I COS δ =δλπ∆2
λ为光波波长，Δ为光程差。
Δ =n 1l 1- n 2l 2 n 1,n 2为两光波所通过介质的折射率；
l 1，l 2为两光波传播的距离。
计算光程差时要注意从光疏媒质到光密媒质，光反射时（近于垂直入射）的“半波损失”，反射光振动方向与入射光相反，光程附加λ/2（相位为π）。
①=δ2πm 即 Δ= m λ （m 为整数）
当光程差为波长的整数倍，干涉条纹为亮条纹 （极大值）
②=δ（2m+1）π 即 Δ= （2m+1）λ/2
当光程差为半波长的奇数倍，干涉条纹为暗条纹 （极小值）。
COS δ
δ 2π π 0
二、激光干涉传感器的类型
2.1单频激光干涉传感器
如图2.1所示，从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。
当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式式中λ为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。
使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
图2.1 单频激光干涉传感器原理图
2.2 双频激光干涉传感器
如图2.2所示，在全内腔He-Ne激光器上加约0.03T的轴向磁场，由于塞曼效应和牵引效应，发出一束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，它们的频率差大约是1.5MHz左右。
这束光经1/4波片之后成为两个互相垂直的线偏振光，再经平行光管准直和扩束。
从平行光管出来的这束光经过析光镜反射出一小部分作为参考光束通过45°放置的检偏器。
并由马吕斯定律可知，两个垂直方向的线偏振光在45°方向上投影，形成新的线偏振光并产生拍频。
这个拍频频率恰好等于激光器所发出的两个光频的差值即（f1-f2），约为1.5MHz。
经光电元件接受进入前置放大器和计算机。
另一部分透过析光镜沿院方向射向偏振分光棱镜。
互相垂直的线偏振光f1和f2被分开。
f2射向参考立体直角锥棱镜后返回，f1透过偏振分光棱镜到立体直角锥棱镜——测量棱镜，这时如果它以速度v运动，那么f1的返回光便有了变化成为（f1±Δf）。
这束光返回后重新通过偏振分光棱镜并与f2的返回光会合，然后到45°放置的检偏器上产生拍频被光电元件接收，进入前置放大器和计算机。
计算机对两路信号进行比较，计算它们之间的差值±Δf（即多普勒频差）。
进而可以根据立体直角棱镜移动度数和时间求得被测长度。
图2.2 双频激光干涉传感器原理图
三、常用激光干涉传感器及介绍
3.1 C O2激光干涉仪
CO2激光器是一种非常适合无导轨激光测量的光源，它在10.6μm波段具有丰富的谱线，相邻谱线的波长差分布也比较均匀，构成的“合成波长链”的波长可从10.6μm到25m，因此，CO2激光干涉仪一直是无导轨激光干涉仪的研究重点。
从1979年开始，由直流干涉系统到各种形式的光外差系统，CO2激光干涉仪历经多次改进，其中一种典型方案是上世纪九十年代澳大利亚研制的外差干涉仪，它通过激光器的腔长控制，顺序输出6种波长，用声光调制器的零级衍射作为本振光，构成外差系统，测量精度可达4×10-8。
3.2 N e-Xe激光干涉仪
Ne-Xe激光器可以输出3.53μm和3.37μm两个波长，合成波长为84.2μm。
从“合成波长链”的角度考虑，波长过短难以保证测量结果的唯一性，为此，系统加入了He-Ne激光器的3.39μm谱线，将“合成波长链”延伸到464μm。
Ne-Xe激光干涉仪的最大优点是结构简单，测量精度可达1.8×10-7。
3.3He-Ne激光干涉仪
中国计量科学研究院研制的纵向塞曼He-Ne激光干涉仪，与成都工具研究所开发的双频激光干涉仪不同，其稳频点选在两条激光增益曲线之间，产生一对频差为1080MHz的左、右旋偏振光（这两个偏振光不在同一增益曲线上），合成波长为278mm。
利用光栅测量干涉的剩余相位。
系统测量长度可达100m，测量精度为±（40+1.5×10-6）。
3.4变波长激光干涉仪
变波长激光干涉仪采用两个激光器，利用谐振腔长与输出频率的关系，构成“无级”的波长系列，在理想的环境下，13m长度范围的测量精度为70μm。
3.5线性调频半导体激光干涉仪
近年来，半导体激光器线性调频技术的发展，为无导轨激光干涉仪提供了一个理想的光源，成为无导轨激光干涉技术研究的热点。
1995年，德国采用了外腔可调谐式半导体激光器，其外腔由全息光栅组成，通过改变光栅的角度进行频率选择，相干长度可达100m，40m 长度范围的分辨率可达40μm。
四、激光干涉传感器的应用
1、几何精度检测可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。
2、位置精度的检测及其自动补偿可检测数控机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度等。
利用雷尼绍ML10激光干涉仪不仅能自动测量机器的误差，而且还能通过RS232接口自动对其线性误差进行补偿，比通常的补偿方法节省了大量时间，并且避免了手工计算和手动数控键入而引起的操作者误差，同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度，另外操作者无需具有机床参数及补偿方法的知识。
3、数控转台分度精度的检测及其自动补偿现在，利用ML10激光干涉仪加上RX10转台基准还能进行回转轴的自动测量。
它可对任意角度位置，以任意角度间隔进行全自动测量，
其精度达±1。
新的国际标准已推荐使用该项新技术。
它比传统用自准直仪和多面体的方法不仅节约了大量的测量时间，而且还得到完整的回转轴精度曲线，知晓其精度的每一细节，并给出按相关标准处理的统计结果。
4、双轴定位精度的检测及其自动补偿雷尼绍双激光干涉仪系统可同步测量大型龙门移动式数控机床，由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度，而且还能通过RS232接口，自动对两轴线性误差分别进行补偿。
5、数控机床动态性能检测利用RENISHAW动态特性测量与评估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析（FFT），滚珠丝杠的动态特性分析，伺服驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性（低速爬行）分析等。
五、激光干涉传感器的功能特点
1、激光干涉仪可以同时测量线性定位误差、直线度误差(双轴)、偏摆角、俯仰角和滚动角等，以及测量速度、加速度、振动等参数，并评估机床动态特性等。
2、激光干涉仪的光源——激光，具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。
3、激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来使用。
4、仪器应放置在干燥、清洁以及无振动的环境中应用。
5、在移动仪器时，为防止导轨变形，应托住底座再进行移动。
6、仪器的光学零件在不用时，应在清洁干燥的器皿中进行存放，以防止发霉。
7、尽量不要去擦拭仪器的反光镜、分光镜等，如必须擦拭则应当小心擦拭，利用科学的方法进行清洁。
8、导轨、丝杆、螺母与轴孔部分等传动部件，应当保持良好的润滑。
因此必要时要使用精密仪表油润滑。
9、在使用时应避免强旋、硬扳等情况，合理恰当的调整部件。
10、避免划伤或腐蚀导轨面丝杆，保持其不失油。
六、参考文献
[1] Renishaw公司.激光干涉仪原理及应用概述
[2] /view/1264056.htm
[3] /z/a/index_1395_1.html
[4]薛实福,李庆祥,王伯雄,徐毓娴,于水. 新型单频激光干涉技术[J]. 清华大学学报(自然科学版),1993,02:39-45.
[5]田清政. 激光干涉技术在测速中的应用[J]. 火炸药,1980,04:12-22.
[6]茅振华,孙鲁涌,慎励进. 数控机床精度的激光干涉法测试与补偿[J]. 机电工
程,1999,04:52-53.
[7]刘合伟,钱梦騄. 激光干涉法测量微小振动[J]. 声学技术,2001,02:75-77.。