激光位移传感器：原理、应用与特性

激光位移传感器是一种精密的测量设备，它利用激光折射原理进行复杂度较高的距离、厚度、长度和速度测量。这种传感器的核心技术建立在激光的基础之上，尤其是其独特的激光特性。 激光，全称受激辐射的光放大，是指原子或分子在高能级上的粒子受到特定光子激发后，从高能级跃迁至低能级并辐射出具有相同性质的光，形成强烈的单色性和相干性。单色性使得激光具有特定的波长，这是普通光源无法比拟的。相干性则意味着激光波的叠加区域可以产生稳定的干涉图案，表现出高度的稳定性。此外，激光还具有良好的指向性，即光束的发散角非常小，这使得激光能够精确地聚焦和定向传输。 激光器的工作原理涉及到粒子数反转和光振荡放大。首先，为了形成受激辐射，需要使高能级的原子数量超过低能级，即实现粒子数反转，这是激光器工作的基础。增益介质是实现这一现象的关键，它在外界激发下产生粒子数反转分布，如图9.4.3所示。 激光器通常包含一个工作物质和光学共振腔。工作物质是具有粒子数反转的系统，而共振腔则是由高反射率的反射镜构成，如平行平面镜，它们共同构成一个封闭的光路。当受激辐射光在腔内来回反射时，经过工作物质多次放大，使得激光的能量集中，形成单向且强度极高的输出。这个过程被称为振荡放大，如图9.4.4所示。 激光位移传感器的设计巧妙地利用了这些特性，它能精确测量微小的距离变化，广泛应用于工业自动化、机器人技术、测量仪器等领域，例如在自动化生产线上的物体位置检测、机器人导航以及精密加工过程中的尺寸控制等。其优点包括高精度、非接触测量和抗干扰性强，是现代工业和科学研究中不可或缺的测量工具。