第五节 第五节 激光式传感器 激光式传感器 z激光是在20世纪60年代初问世的。 z特点：方向性强、亮度高、单色性 z应用：工农业、军事、医学、科研等各个方面 测距、通信、准直、定向、打孔、切割、焊接， 精密检测、定位、长度基准和光频标准。 z激光测量装置＝激光器＋光学零件＋光电器件 将被测量（如长度、速度等）转换成电信号 返回 一、激光干涉仪 （一）基本工作原理 （二）单频激光干涉仪 （三）双频激光干涉仪 二、激光测微测头 （二）三角法测头 （二）全息离焦测头 返回上一页下一页 一、激光干涉仪 一、激光干涉仪 z激光干涉传感器以激光为光源， 测量精度高，测量精度可达10 -7 ～10 -8 量 级，分辨力高，量程大，可达几十米。 激光干涉传感器可用作普通干涉系统， 用来测长。 也可用作全息干涉系统，用来检测复杂 表面等 返回上一页下一页 （一）基本工作原理 （一）基本工作原理 z基本工作原理：光的干涉原理 P x S B M 2 M 1 迈 克 尔 逊 干 涉 仪 迈 克 尔 逊 干 涉 仪 返回上一页下一页 测量位移x的基本公式： x＝N λ 0 /(2n) 式中n ——空气折射率； λ 0 ——真空光波波长； N ——干涉条纹亮暗变化的数目。 缺点 缺点：用于位移测量只能输出一路信号， 不能辨别M 2 的移动方向 应用 应用：测量直线度、平面度等形位误差以及粗糙度 以被测表面取代M 2 ，根据干涉条纹的弯曲变形 进行计算和测量 返回上一页下一页 （二）单频激光干涉仪 （二）单频激光干涉仪 11 10 8 9 7 6 2 4 3 5 1 He-Ne 激光 单频激光干涉仪光路原理 单频激光干涉仪光路原理 1、5―1/4波片2―偏振分光镜3、4―角隅棱镜6―分光镜 7―反射镜8、9―偏振片10、11―光电二极管 返回上一页下一页 （三）双频激光干涉仪 （三）双频激光干涉仪 f 2 f 1 7 f 2 f 1 10 9 8 1 3 5 4 2 He-Ne 激光 6 f 1 f 2 V 双频激光干涉仪光路原理 双频激光干涉仪光路原理 1―分光镜2―1/4波片3―偏振分光镜4、5―角锥棱镜 6―反射镜7、8―检偏器9、10―光电器件 返回上一页下一页 单频和双频激光干涉仪技术 单频和双频激光干涉仪技术 z在精密长度计量中得到了广泛地应用 如线纹尺、光栅的检定，量块自动测量， 精密丝杆动态测量、工件尺寸、坐标尺 寸的精密测量等。 z激光干涉仪还应用于精密定位，例如， 感应同步器的刻划、集成电路制作等。 返回上一页下一页 二、激光测微测头 二、激光测微测头 z绝对距离传感器， z激光方向性将激光聚焦成很小的斑点， 很高的纵向灵敏度， 非常高的横向分辨力， z常用作扫描测头。 三角法测头 离焦法测头 返回上一页下一页 (一 一 )三角法测头 三角法测头 z利用几何三角关系实现位移测量 半导体激光器 θ d 0 d 1 δ x 成象物镜 聚焦镜 被测表面 接收面 激 光 三 角 测 头 激 光 三 角 测 头 θ δ sin 1 0 d d x = 线阵CCD 位置PSD 返回上一页下一页 （二）全息离焦测头 （二）全息离焦测头 c) S 1 S 2 S 3 S 4 S 1 S 2 S 3 S 4 S 1 S 2 S 3 S 4 4 a) b) 2 1 3 H 2 H 1 P1 P2 o 1－半导体激光器2－全息光学元件 3－物镜4－光电探测器 返回上一页下一页