激光技術用於檢測工作主要是利用激光的優異特性,將它作為光源(yuán),配以相應的光電元件來實現的。它具有精度高、測量(liàng)範圍大、檢(jiǎn)測(cè)時間短、非接觸式等優點,常用於測量長度、位移、速度、振動等參(cān)數。當測定對象物受(shòu)到激光照射時(shí),激光的某些特性會發生變化,通過測定其響應(yīng)如強度、速度或種類等,就可以知道測定(dìng)物的形(xíng)狀、物理、化學特征,以及他們的變化量。響應種類有:光、聲、熱,離子,中性粒子等(děng)生成物的釋(shì)放,以及反射光、透射光、散射光等的振幅、相位、頻率、偏振(zhèn)光方向以及傳播方向等的變化。
激光測距(jù)
激光測距的基本原理(lǐ)是:將光速為 C 的激光射向被測目標,測量它返回的時間,由此求(qiú)得(dé)激(jī)光器與被測目標間的距離 d 。
即:d=ct/2
式中t—激光發出與(yǔ)接收到返回信號之(zhī)間的時間間隔。可見這種激光測距的(de)精度取決於測時精度。由(yóu)於它(tā)利用的是脈衝激(jī)光(guāng)束,為了提高精度,要求激光脈衝(chōng)寬度窄,光接收器響應速度快(kuài)。所以,遠(yuǎn)距離測量常用輸出功率較大的固體激光器(qì)與二氧化碳激光(guāng)器作為激光源;近距離測量則(zé)用(yòng)砷化镓半導體(tǐ)激光器(qì)作(zuò)為(wéi)激光源。
激光測長
從光學(xué)原理可知,單色光的最大可測(cè)長度L與光源波長(zhǎng)λ和譜線寬度(dù)Δλ的關係用普通單色光源測量,最大(dà)可測長度78cm。若被測對(duì)象超(chāo)過78cm,就須分段測量,這(zhè)將降低測量精度。若用氦氖激光器作光源,則最大可測長度可達幾十(shí)公裏。通常測長範圍不超過(guò)10m,其測量精度(dù)可保證在0.1μm以內。
激(jī)光幹涉測量
激光幹涉測(cè)量的原理是利用激光的特性-相幹性,對相位變化的(de)信息進行處理。由於光是(shì)一(yī)種高頻電磁波,直接觀測(cè)其相位的變化比較困難,因此使用幹涉技術將相位差(chà)變換為光強的變化,觀(guān)測(cè)起來就容(róng)易的多。通常利(lì)用基準反射麵的參照光和觀測物體反射的觀測光產生的幹涉(shè),或者(zhě)是參照光和(hé)通過觀測物體後相位發生變化的光之間的幹涉,就可以非(fēi)接觸地測量被測物體的距離以及物體的大小,形狀等,其測量(liàng)精度(dù)達(dá)到光的波(bō)長量級。因為光的波長非常短,所以測量精度相當高。
激光雷達
激光雷達是用於向空(kōng)中發射激光束,並對其散(sàn)射信號光進行分析與處理,以(yǐ)獲知空氣中的懸浮分子(zǐ)的種類(lèi)和數量以及距離,利用短脈衝激光,可以按時間序列觀(guān)測每個脈(mò)衝所包含的信(xìn)息,即可獲得對象物質的三維空間分布及其移動速度、方向等方麵的信(xìn)息。如果使用皮秒(miǎo)級的脈衝激(jī)光,其空間分辨率可以達到 10cm以下。激光(guāng)照射在物體上後,會發生散射,按照光子能量是否發生變化,散(sàn)射分(fèn)為彈性散射和非(fēi)彈性散射(shè)兩種類型。彈性散射又有瑞(ruì)利散射和米氏散射之分(fèn)。相對於激光波長而言,散射體的尺(chǐ)寸非常小時,稱為(wéi)瑞利散射;與激光波長相當的散射,稱之為米氏散射。瑞利散射強(qiáng)度與照射激光波長的四次方成反比,所以,通過改變波長的測量方式就可以和米氏散射區別開。相應地,非(fēi)彈(dàn)性散射也有拉曼散射和(hé)布裏淵散射兩種。拉曼散射(shè)是指光遇到原子或分(fèn)子發生散射時,由於散射體的固有振動以及回轉能和能量的交換,致使散射光的頻率發生變化(huà)的現象。拉曼散射所表現出的特征,因組成物(wù)質的分子結(jié)構的不(bú)同而不同,因此(cǐ),將接收的(de)散射光譜進行分光,通過光譜分析法可以很容易鑒(jiàn)定分子種類。所以,通過測(cè)量散射光,就可以測定空氣中是(shì)否有亂氣(qì)流(米氏散射(shè)),以及CO、NO等各種大氣汙染物的種類(lèi)及數量(拉曼散射)。由此(cǐ)可見,激光雷達技術在解決環境問題方麵(miàn)占(zhàn)據著舉足輕重的位置。