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激光測距儀直徑測量的工作原理

2010-12-18

激光測距儀直徑測量的工作原理
直徑的測量
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)用于精密測量技術(shù)中；20世紀(jì)70年代起，激光測徑儀得到了發(fā)展，可以對棒材、線材和管材的外徑進(jìn)行動態(tài)測量，測量范圍可以從十微米到幾百毫米，精確度可達(dá)0.1% ~ 1%。
1、激光測量直徑的工作原理
用束細(xì)光以恒定的速度掃描被測線材，同時由放在線材另一側(cè)的光電元件來接收光線。當(dāng)光束掃描無線材區(qū)域時，由于沒有庶光物，所以光電元件接收到的光能，有信號輸出；當(dāng)光束把掃描線材時，由于線材庶光，光電元件接收不到光能，故無信號輸出。光電元件輸出的電信號是一個方波脈沖，脈沖寬度與線材直徑成正比。測出這個肪沖的寬度，原則上就測量了線材的直徑。
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法比擬的優(yōu)點(diǎn)。為了使光束以恒定的速度掃描測量區(qū)域，這里采用同步電動機(jī)來帶動多面棱鏡旋轉(zhuǎn)，光線經(jīng)過棱鏡反射后，形成速度恒定的掃描光線，再經(jīng)過前透鏡將旋轉(zhuǎn)的光束變成平行移動的光束來掃描測量區(qū)域，通過透鏡再把平行光束會聚到光電元件上，光電元件把光信號轉(zhuǎn)變成電信號。本儀器利用石英晶體振蕩器的振蕩周期作為測量線材脈沖寬度的時間基準(zhǔn)。
激光器發(fā)出的細(xì)光束，經(jīng)光路透射到多面棱鏡上，由于棱鏡隨著電動機(jī)勻速轉(zhuǎn)動，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；此光線經(jīng)過前透鏡折射后則變?yōu)槠叫械膾呙韫馐斯馐鴷冉?jīng)過路徑OABO，隨著棱鏡的旋轉(zhuǎn)，它會向路徑AO’B’O’移動。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，光電元件把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，此信號是一個方波脈沖信號（低電平對應(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，可減小誤差，但F的增大會降低儀表的讀數(shù)精確度。此測量第統(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聚或發(fā)射散等，這些都會導(dǎo)致出現(xiàn)測量誤差。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，光電元件輸出的光電流是一個逐漸變化的過程，因此線材脈沖的上升和下降沿有一定的過渡時間，導(dǎo)致整形后的線材脈沖寬度變化，這也可以引起相應(yīng)的測量誤差。
思考題和習(xí)題
1、差動式自感傳器與簡單自感傳器的相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？
2、差動變壓器的測量電路中相敏整流器的作用是什么？
3、霍爾式傳感器測量位移的原理是什么？霍爾式傳感器在應(yīng)用時有哪些優(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、電子平臺秤和電子皮帶秤分別可以應(yīng)用于哪些不同場合？
8、從測量原理分析，有哪些傳感器可以用于測量加速度？
9、傳感器可以用于測量厚度，度分析它們的工作原理？

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