تشغيل واستخدام أجهزة استشعار قياس المسافة بالليزر
1. تطوير أجهزة استشعار مسافة الليزر لوقت العبور
إن تطبيق الليزر في مجال الكشف واسع جدًا، والمحتوى الفني غني جدًا، كما أن تأثيره على الإنتاج الاجتماعي والحياة واضح جدًا أيضًا. يعد نطاق الليزر أحد أقدم تطبيقات الليزر. وذلك لأن الليزر يتمتع بالعديد من المزايا مثل الاتجاه القوي والسطوع العالي وأحادية اللون الجيدة. قبل عام 1965، استخدم الاتحاد السوفييتي الليزر لقياس المسافة بين الأرض والقمر (380×103 كم) مع خطأ قدره 250 مترًا فقط. وفي عام 1969، هبط الأمريكيون على القمر ومعهم عاكس خلفي على القمر، واستخدموا أيضًا الليزر لقياس المسافة بين الأرض والقمر، وكان الخطأ 15 سم فقط. المبدأ الأساسي لاستخدام وقت إرسال الليزر لقياس المسافة هو تحديد المسافة المستهدفة عن طريق قياس الوقت اللازم لليزر للتحرك ذهابًا وإيابًا. . الآن:. على الرغم من أن تحديد المدى بالليزر عبر الزمن له مبدأ وهيكل بسيط، إلا أنه كان يستخدم بشكل أساسي في الأبحاث العسكرية والعلمية في الماضي، ولكنه نادر في الأتمتة الصناعية. لأن سعر جهاز استشعار مدى الليزر مرتفع للغاية، بشكل عام عدة آلاف من الدولارات. يبحث جميع المستخدمين الصناعيين تقريبًا عن مستشعر يتيح الكشف الدقيق عن المسافة عبر مسافات أطول. لأنه في كثير من الحالات، سيكون تركيب أجهزة الاستشعار من مسافة قريبة محدودًا بالموقع الفعلي وبيئة الإنتاج، فإن مستشعر مسافة الليزر لوقت العبور اليوم سوف يحل المشكلة للمهندسين في مثل هذه المناسبات.
2. مبدأ العمل
عندما يعمل مستشعر الليزر وقت العبور، يتم توجيه صمام ثنائي الليزر نحو الهدف ويصدر نبضات ليزر. وبعد أن ينعكس ضوء الليزر على الهدف، ينتشر ضوء الليزر في كل الاتجاهات. يعود جزء من الضوء المبعثر إلى جهاز استقبال المستشعر، حيث يتم التقاطه بواسطة النظام البصري وتصويره على الثنائي الضوئي الانهياري. الثنائي الضوئي الانهياري عبارة عن مستشعر بصري مزود بتضخيم داخلي حتى يتمكن من اكتشاف الإشارات الضوئية الخافتة للغاية. يمكن تحديد المسافة إلى الهدف من خلال تسجيل ومعالجة الوقت المنقضي من وقت إرسال النبضة الضوئية حتى استلامها مرة أخرى. يجب أن تحدد أجهزة استشعار الليزر وقت العبور وقت العبور بدقة متناهية لأن سرعة الضوء سريعة جدًا. على سبيل المثال، تبلغ سرعة الضوء حوالي 3´108 م/ث، ومن أجل تحقيق دقة تبلغ 1 مم، يجب أن تكون الدائرة الإلكترونية لمستشعر نطاق وقت العبور قادرة على تمييز الوقت القصير للغاية التالي: 0.001m¸ (3´108m/s)=3ps لتمييز وقت 3ps، يعد هذا مطلبًا باهظًا للتكنولوجيا الإلكترونية، وتكلفة التنفيذ مرتفعة جدًا. لكن أجهزة استشعار الليزر الرخيصة المستخدمة في زمن العبور تتحايل بدقة على هذه العقبة، باستخدام مبدأ إحصائي بسيط، وهو القاعدة المتوسطة، لتحقيق دقة تبلغ 1 ملم ولضمان استجابة سريعة.
3. حل المشكلات التي لا يمكن حلها بالتقنيات الأخرى
يمكن استخدام أجهزة استشعار مسافة الليزر الخاصة بوقت العبور حيث لا يمكن استخدام التقنيات الأخرى. على سبيل المثال، يمكن لجهاز الاستشعار الكهروضوئي الشائع الذي يحسب الضوء المنعكس من الهدف أن يقوم أيضًا بعدد كبير من مهام الكشف الدقيق عن الموقع عندما يكون الهدف قريبًا جدًا. ومع ذلك، عندما يكون الهدف بعيدًا أو يتغير لون الهدف، يصعب على أجهزة الاستشعار الكهروضوئية العادية التعامل معه. في حين أن أجهزة استشعار قمع الضوضاء الخلفية وأجهزة استشعار التثليث المتقدمة تعمل بشكل جيد عندما يتغير لون الهدف، فإن أدائها يصبح أقل قابلية للتنبؤ عندما لا تكون زاوية الهدف ثابتة أو يكون الهدف ساطعًا للغاية. بالإضافة إلى ذلك، أجهزة استشعار التثليث بشكل عام لها نطاق محدود في حدود 0.5m. غالبًا ما تُستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أيضًا لاكتشاف الأشياء على مسافات أكبر، ولأنها ليست بصرية، فإنها لا تتأثر بتغيرات اللون. ومع ذلك، تقوم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بقياس المسافة بناءً على سرعة الصوت، لذا فهي بها بعض العيوب المتأصلة ولا يمكن استخدامها في المواقف التالية. ①عندما لا يكون الهدف المراد قياسه متعامدًا مع محول طاقة المستشعر. لأن هدف الكشف بالموجات فوق الصوتية يجب أن يكون ضمن زاوية لا تزيد عن 10 درجة من السمت الرأسي للمستشعر. ②عندما يكون قطر الشعاع مطلوبًا أن يكون صغيرًا. لأن شعاع الموجات فوق الصوتية العام يبلغ قطره 0.76 سم عندما يكون على بعد 2 متر من المستشعر. ③المناسبات التي تتطلب وجود نقاط ضوئية مرئية لمعايرة الموضع. ④ مناسبات عاصف. ⑤ مناسبات الفراغ. ⑥ المناسبات التي يكون فيها التدرج في درجة الحرارة كبيرًا. لأنه في هذه الحالة ستتغير سرعة الصوت. ⑦ المناسبات التي تتطلب الاستجابة السريعة. يمكن لمستشعر مسافة الليزر حل اكتشاف جميع المناسبات المذكورة أعلاه.
