CN212539076U - 一种激光光斑直径检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光光斑直径检测系统,包括光电二极管阵列1、电压比较器2和单片机3,检测系统工作时,激光光斑对准照射在光电二极管阵列1上,单片机3驱动光电二极管阵列1工作,光电二极管阵列1按像素单元顺序输出各像素单元光电转换电压信号,电压信号经过电压比较器2与参考电压源VCOMP作比较后,电压信号被转换为数字方波信号,通过数字方波信号的下降沿触发单片机3中断,从而实现对激光光斑覆盖位置像素单元的计数,像素单元的数量用于计算激光光斑直径。检测系统的电路设计简单,技术指标能够满足激光产品对于激光光斑直径的检测需求,且检测系统成本大大降低,值得推广使用。
Description
技术领域
本实用新型属于激光技术领域,更具体地,涉及一种激光光斑直径检测系统。
背景技术
激光雷达是通过发射激光信号对周围空间进行扫描并获取空间参数的设备,广泛应用于地理测绘、环境探测、工业扫描或无人驾驶等行业。激光所发射的激光束,其激光扩散度由光学部件控制。理论上激光光斑越小能测量的物体尺寸越小。但在室外应用环境中,过小的激光点极易受到室外雨滴及雪花等环境因素的干扰。因此,在进行产品设计及出厂检验的时候,都需要对激光发出的激光束的光斑大小进行测试来选定合适的光斑大小,在测量精度及室外稳定性上达到最优化选择。
目前市场上存在的光斑检测系统主要是光束质量分析仪,售价高昂,而且它是采用红外面阵CCD作为光斑探测单元,功能繁多,对于激光系统单一的光斑检测需求来说,成本过高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本实用新型提供了一种激光光斑直径检测系统,其目的在于提供单一的激光光斑检测系统,由此解决目前检测激光光斑成本高昂的问题。
本实用新型采用如下技术方案:
为实现上述目的,本实用新型提供了一种激光光斑直径检测系统,包括光电二极管阵列1、电压比较器2和单片机3,所述光电二极管阵列1与电压比较器2相连,电压比较器2与所述单片机3相连,电压比较器2还连接参考电压源VCOMP,光电二极管阵列1与单片机3相连,检测系统工作时,激光光斑对准照射在光电二极管阵列1上,单片机3驱动光电二极管阵列1工作,光电二极管阵列1按像素单元顺序输出各像素单元光电转换电压信号,电压信号经过电压比较器2与参考电压源VCOMP作比较后,电压信号被转换为数字方波信号,通过数字方波信号的下降沿触发单片机3中断,从而实现对激光光斑覆盖位置像素单元的计数,像素单元的数量用于计算激光光斑直径。
作为对上述方案进一步的完善和补充,本实用新型还包括以下附加技术特征。
优选地,所述光电二极管阵列1由像素单元一维线性排列组成,各个像素单元的宽度及像素单元间的间距是一致的。
优选地,所述光电二极管阵列1上还直接集成有放大器,所述放大器用于对光电二极管阵列1的输出信号进行放大。
优选地,电压比较器2的正极连接参考电压源VCOMP,参考电压源VCOMP的电压值提前预设在电路上。
优选地,所述光电二极管阵列1的输出引脚与所述电压比较器2的负极相连,所述参考电压源VCOMP与所述电压比较器2的正极相连。
优选地,所述电压比较器2的输出引脚直接与所述单片机3的中断输入引脚连接。
优选地,所述光电二极管阵列1通过驱动管脚与所述单片机3的I/O口相连。
优选地,所述光电二极管阵列1与所述电压比较器2之间还可以增加电压跟随器4,所述电压跟随器4用于隔离光电二极管阵列1和后续电路。
优选地,所述光电二极管阵列1的输出引脚与所述电压跟随器4的负极相连,电压跟随器4输出引脚与所述电压比较器2负极相连。
优选地,所述单片机3还可以连接WIFI模块5,单片机3通过串口与所述WIFI模块5连接,以便于系统组网。
总体而言,通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有如下有益效果:
本实用新型利用光电二极管阵列上的像素单元检测激光的光斑直径,电路设计简单,技术指标能够满足激光产品对于激光光斑直径的检测需求,且检测系统成本对比光束质量分析仪大大降低,检测系统还可以具有WIFI组网功能,有助于推动激光产品对于激光光斑直径的批量化检测,使其在各领域进一步得到广泛应用。
附图说明
图1是实施例一中提供的激光光斑直径检测系统电路示意图;
图2是实施例二中提供的激光光斑直径检测系统电路示意图;
图3是实施例三中提供的激光光斑直径检测系统电路示意图;
图4是检测系统中光电二极管输出信号示意图;
图5是经电压跟随器处理后的输出信号示意图;
图6是计算激光光斑直径长度示意图。
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-光电二极管阵列;11-像素间距d;12-像素宽度L;13-激光光斑;14-激光光斑直径;2-比较器;3-单片机;4-电压跟随器;5-WIFI模块。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。此外,下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本实用新型的描述中,术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作,因此不应当理解为对本实用新型的限制。
实施例一:
如图1所示,本实施例一提供了一种激光光斑直径检测系统,包括光电二极管阵列1、电压比较器2和单片机3,所述光电二极管阵列1与电压比较器2相连,电压比较器2与所述单片机3相连,电压比较器2还连接参考电压源VCOMP,光电二极管阵列1与单片机3相连,检测系统工作时,激光光斑对准照射在光电二极管阵列1上,单片机3驱动光电二极管阵列1工作,光电二极管阵列1按像素单元顺序输出各像素单元光电转换电压信号,电压信号经过电压比较器2与参考电压源VCOMP作比较后,电压信号被转换为数字方波信号,通过数字方波信号的下降沿触发单片机3中断,从而实现对激光光斑覆盖位置像素单元的计数,像素单元的数量用于计算激光光斑直径。
本实施例一提供了一种激光光斑直径检测系统,工作原理是利用激光照射在光电二极管阵列的像素单元上,有激光光斑覆盖和无激光光斑覆盖的像素单元会产生电压变化,利用电压比较器将电压的变化转化为数字方波信号,计算有激光光斑覆盖的像素单元的个数,再根据像素单元的宽度及像素单元间的间距对激光的光斑直径进行计算。
需要指出的是激光光斑对准照射在光电二极管阵列的像素单元上是根据现有技术中已成熟的技术实现,在此不做赘述。
为了保证光电二极管阵列1上的像素单元宽度以及像素间距相等,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图6所示,光电二极管阵列1由像素单元一维线性排列组成,各个像素单元的宽度及像素单元间的间距是一致的,像素单元的宽度及像素单元间的间距在1mm以下。
只要准确的计算出光电二极管阵列1被激光光斑所覆盖的像素个数N,即可得到被测光斑的直径14:
D:表示被测光斑的直径;
d:表示像素单元之间的间距11;
L:表示单个像素单元的宽度12。
D=N×L+(N-1)×d
L和d可以由光电二极管阵列技术资料得到,为固定参数,只需要计算被光斑覆盖像素个数N。相应算法部分属于在提出本发明具体结构和实现原理基础上,基于本领域技术人员公知常识边可实现的内容,因此,不应该将相应的方法内容归为本发明的实质性改进点。
为了以防光电二极管阵列1的电压信号太弱,电压比较器2无法识别进行处理,在光电二极管阵列1输出信号时,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1上还直接集成有放大器,所述放大器用于对光电二极管阵列1的输出信号进行放大。
光电二极管把光信号转变成电流信号,再转化成可使用的电压信号时,若信号太弱后面连接的电路则无法进行识别和处理,本实用新型在光电二极管阵列上直接集成放大器,直接对光电二极管阵列模块的输出信号进行信号放大处理,保证光电二极管阵列1后面的电压比较器2可以进行信号识别和处理。
为了检测光电二极管阵列1的电压信号变化,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图4所示,电压比较器2的正极连接参考电压源VCOMP,参考电压源VCOMP的电压值提前预设在电路上。
照射在像素单元上的激光信号越强,则产生的电压变化△U越大,光斑中心位置处像素单元的光强最强,越靠近激光边缘位置像素单元的光强越弱。S1、S5对应的像素单元靠近光斑边缘位置,S3对应的像素单元靠近光斑中心位置。
为了将光电二极管阵列1输出的电压信号与参考电压源VCOMP作比较,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图1和图4所示,光电二极管阵列1的输出引脚与所述电压比较器2的负极相连,所述参考电压源VCOMP与所述电压比较器2的正极相连。光电二极管阵列1输出的电压信号与参考电压源VCOMP作比较之后,通过电压比较器2,电压信号转换成为了数字方波信号。
为了将数字方波信号传输至单片机上3,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图1和图5所示,电压比较器2的输出引脚直接与所述单片机3的中断输入引脚连接。数字方波信号的下降沿可以触发单片机3中断,从单片机3中断的次数可以判断激光光斑覆盖位置像素单元的数量,即光电二极管阵列1被激光光斑所覆盖的像素个数N。
为了方便单片机3驱使光电二极管阵列1开始工作,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1通过驱动管脚与所述单片机3的I/O口相连。单片机3通过I/O口向光电二极管阵列1的驱动管脚提供驱动信号,光电二极管阵列1接收到驱动信号后开始工作。
实施例二:
为了保证本检测系统信号传输过程的稳定性,在实施例一的基础上,本实用新型提供了一种激光光斑直径检测系统,如图6所示,结合本实用新型实施例二,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1与所述电压比较器2之间还可以增加电压跟随器4,所述电压跟随器4用于隔离光电二极管阵列1和后续电路。
如图2所示,本实施例二提供了一种激光光斑直径检测系统,包括光电二极管阵列1、电压比较器2、单片机3和电压跟随器4,所述光电二极管阵列1与电压跟随器4相连,电压比较器2与电压跟随器4相连,电压比较器2与所述单片机3相连,电压比较器2连接参考电压源VCOMP,光电二极管阵列1与单片机3相连。检测系统工作时,激光光斑对准照射在光电二极管阵列1上,单片机3驱动光电二极管阵列1工作,光电二极管阵列1按像素单元顺序输出各像素单元光电转换电压信号,电压信号经过电压比较器2与参考电压源VCOMP作比较后,电压信号被转换为数字方波信号,通过数字方波信号的下降沿触发单片机3中断,从而实现对激光光斑覆盖位置像素单元的计数,像素单元的数量用于计算激光光斑直径。
为了让电压跟随器4隔离光电二极管阵列1和后续电路,在电路设计时,结合本实用新型实施例二,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1的输出引脚与所述电压跟随器4的负极相连,电压跟随器4输出引脚与所述电压比较器2负极相连。
本实施例二提供了一种激光光斑直径检测系统,工作原理是利用激光照射在光电二极管阵列的像素单元上,有激光光斑覆盖和无激光光斑覆盖的像素单元会产生电压变化,利用电压比较器将电压的变化转化为数字方波信号,计算有激光光斑覆盖的像素单元的个数,再根据像素单元的宽度及像素单元间的间距对激光的光斑直径进行计算。
由于电压跟随器4具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性,可以缓冲、隔离前后级的相互干扰,保证电路的正常工作。因此与实施例一相比,实施例二中的检测系统在信号传输时会更加可靠。
为了保证光电二极管阵列1上的像素单元宽度以及像素间距相等,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图6所示,光电二极管阵列1由像素单元一维线性排列组成,各个像素单元的宽度及像素单元间的间距是一致的,像素单元的宽度及像素单元间的间距在1mm以下。
只要准确的计算出光电二极管阵列1被激光光斑所覆盖的像素个数N,即可得到被测光斑的直径14:
D:表示被测光斑的直径;
d:表示像素单元之间的间距11;
L:表示单个像素单元的宽度12。
D=N×L+(N-1)×d
L和d可以由光电二极管阵列技术资料得到,为固定参数,只需要计算被光斑覆盖像素个数N。
为了以防光电二极管阵列1的电压信号太弱,电压比较器2无法识别进行处理,在光电二极管阵列1输出信号时,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1上还直接集成有放大器,所述放大器用于对光电二极管阵列1的输出信号进行放大。
光电二极管把光信号转变成电流信号,再转化成可使用的电压信号时,若信号太弱后面连接的电路则无法进行识别和处理,本实用新型在光电二极管阵列上直接集成放大器,直接对光电二极管阵列模块的输出信号进行信号放大处理,保证光电二极管阵列1后面的电压比较器2可以进行信号识别和处理。
为了检测光电二极管阵列1的电压信号变化,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图4所示,电压比较器2的正极连接参考电压源VCOMP,参考电压源VCOMP的电压值提前预设在电路上。
照射在像素单元上的激光信号越强,则产生的电压变化△U越大,光斑中心位置处像素单元的光强最强,越靠近激光边缘位置像素单元的光强越弱。S1、S5对应的像素单元靠近光斑边缘位置,S3对应的像素单元靠近光斑中心位置。
为了将光电二极管阵列1输出的电压信号与参考电压源VCOMP作比较,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图2和图4所示,光电二极管阵列1的输出引脚与所述电压比较器2的负极相连,所述参考电压源VCOMP与所述电压比较器2的正极相连。光电二极管阵列1输出的电压信号与参考电压源VCOMP作比较之后,通过电压比较器2,电压信号转换成为了数字方波信号。
为了将数字方波信号传输至单片机上3,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图2和图5所示,电压比较器2的输出引脚直接与所述单片机3的中断输入引脚连接。数字方波信号的下降沿可以触发单片机3中断,从单片机3中断的次数可以判断激光光斑覆盖位置像素单元的数量,即光电二极管阵列1被激光光斑所覆盖的像素个数N。
为了方便单片机3驱使光电二极管阵列1开始工作,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1通过驱动管脚与所述单片机3的I/O口相连。单片机3通过I/O口向光电二极管阵列1的驱动管脚提供驱动信号,光电二极管阵列1接收到驱动信号后开始工作。
实施例三:
由于本检测系统需要把检测数据传到PC端做记录,为了便于单片机3向PC端传输数据,在实施例一或二的基础上,本实用新型提供了一种激光光斑直径检测系统,如图3所示,结合本实用新型实施例三,还存在一种优选的实现方案,具体的,单片机3还可以连接WIFI模块5,单片机3通过串口与所述WIFI模块5连接,以便于系统组网。由于检测数据是单片机算出来的,因此由单片机3连接WIFI模块5。
如图3所示,本实施例三提供了一种激光光斑直径检测系统,包括光电二极管阵列1、电压比较器2、单片机3、电压跟随器4和WIFI模块5,所述光电二极管阵列1与电压跟随器4相连,电压比较器2与电压跟随器4相连,电压比较器2与所述单片机3相连,电压比较器2连接参考电压源VCOMP,光电二极管阵列1与单片机3相连,单片机3通过串口与所述WIFI模块5连接。检测系统工作时,激光光斑对准照射在光电二极管阵列1上,单片机3驱动光电二极管阵列1工作,光电二极管阵列1按像素单元顺序输出各像素单元光电转换电压信号,电压信号经过电压比较器2与参考电压源VCOMP作比较后,电压信号被转换为数字方波信号,通过数字方波信号的下降沿触发单片机3中断,从而实现对激光光斑覆盖位置像素单元的计数,像素单元的数量用于计算激光光斑直径。
本实施例三提供了一种激光光斑直径检测系统,工作原理是利用激光照射在光电二极管阵列的像素单元上,有激光光斑覆盖和无激光光斑覆盖的像素单元会产生电压变化,利用电压比较器将电压的变化转化为数字方波信号,计算有激光光斑覆盖的像素单元的个数,再根据像素单元的宽度及像素单元间的间距对激光的光斑直径进行计算。
由于检测系统具有WIFI组网功能,有助于推动激光产品对于激光光斑直径的批量化检测,使其在各领域进一步得到广泛应用。
为了保证光电二极管阵列1上的像素单元宽度以及像素间距相等,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图6所示,光电二极管阵列1由像素单元一维线性排列组成,各个像素单元的宽度及像素单元间的间距是一致的,像素单元的宽度及像素单元间的间距在1mm以下。
只要准确的计算出光电二极管阵列1被激光光斑所覆盖的像素个数N,即可得到被测光斑的直径14:
D:表示被测光斑的直径;
d:表示像素单元之间的间距11;
L:表示单个像素单元的宽度12。
D=N×L+(N-1)×d
L和d可以由光电二极管阵列技术资料得到,为固定参数,只需要计算被光斑覆盖像素个数N。
为了以防光电二极管阵列1的电压信号太弱,电压比较器2无法识别进行处理,在光电二极管阵列1输出信号时,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1上还直接集成有放大器,所述放大器用于对光电二极管阵列1的输出信号进行放大。
光电二极管把光信号转变成电流信号,再转化成可使用的电压信号时,若信号太弱后面连接的电路则无法进行识别和处理,本实用新型在光电二极管阵列上直接集成放大器,直接对光电二极管阵列模块的输出信号进行信号放大处理,保证光电二极管阵列1后面的电压比较器2可以进行信号识别和处理。
为了检测光电二极管阵列1的电压信号变化,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图4所示,电压比较器2的正极连接参考电压源VCOMP,参考电压源VCOMP的电压值提前预设在电路上。
照射在像素单元上的激光信号越强,则产生的电压变化△U越大,光斑中心位置处像素单元的光强最强,越靠近激光边缘位置像素单元的光强越弱。S1、S5对应的像素单元靠近光斑边缘位置,S3对应的像素单元靠近光斑中心位置。
为了将光电二极管阵列1输出的电压信号与参考电压源VCOMP作比较,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图3和图4所示,光电二极管阵列1的输出引脚与所述电压比较器2的负极相连,所述参考电压源VCOMP与所述电压比较器2的正极相连。光电二极管阵列1输出的电压信号与参考电压源VCOMP作比较之后,通过电压比较器2,电压信号转换成为了数字方波信号。
为了将数字方波信号传输至单片机上3,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,如图3和图5所示,电压比较器2的输出引脚直接与所述单片机3的中断输入引脚连接。数字方波信号的下降沿可以触发单片机3中断,从单片机3中断的次数可以判断激光光斑覆盖位置像素单元的数量,即光电二极管阵列1被激光光斑所覆盖的像素个数N。
为了方便单片机3驱使光电二极管阵列1开始工作,结合本实用新型实施例,还存在一种优选的实现方案,具体的,光电二极管阵列1通过驱动管脚与所述单片机3的I/O口相连。单片机3通过I/O口向光电二极管阵列1的驱动管脚提供驱动信号,光电二极管阵列1接收到驱动信号后开始工作。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光光斑直径检测系统,其特征在于,包括光电二极管阵列(1)、电压比较器(2)和单片机(3),所述光电二极管阵列(1)与电压比较器(2)相连,电压比较器(2)与所述单片机(3)相连,电压比较器(2)还连接参考电压源VCOMP,光电二极管阵列(1)与单片机(3)相连,检测系统工作时,激光光斑对准照射在光电二极管阵列(1)上,单片机(3)驱动光电二极管阵列(1)工作,光电二极管阵列(1)按像素单元顺序输出各像素单元光电转换电压信号,电压信号经过电压比较器(2)与参考电压源VCOMP作比较后,电压信号被转换为数字方波信号,通过数字方波信号的下降沿触发单片机(3)中断实现对激光光斑覆盖像素单元的计数,像素单元的数量用于计算激光光斑直径。
2.如权利要求1所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述光电二极管阵列(1)由像素单元一维线性排列组成,各个像素单元的宽度及像素单元间的间距是一致的。
3.如权利要求1或2所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述光电二极管阵列(1)上还设置有放大器,所述放大器用于对光电二极管阵列(1)的输出信号进行放大。
4.如权利要求1所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述电压比较器(2)的正极连接参考电压源VCOMP,参考电压源VCOMP的电压值提前预设在电路上。
5.如权利要求1所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述光电二极管阵列(1)的输出引脚与所述电压比较器(2)的负极相连,所述参考电压源VCOMP与所述电压比较器(2)的正极相连。
6.如权利要求1所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述电压比较器(2)的输出引脚直接与所述单片机(3)的中断输入引脚连接。
7.如权利要求1所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述光电二极管阵列(1)通过驱动管脚与所述单片机(3)的I/O口相连。
8.如权利要求1所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述光电二极管阵列(1)与所述电压比较器(2)之间还可以增加电压跟随器(4),所述电压跟随器(4)用于隔离光电二极管阵列(1)和后续电路。
9.如权利要求8所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述光电二极管阵列(1)的输出引脚与所述电压跟随器(4)的负极相连,电压跟随器(4)输出引脚与所述电压比较器(2)负极相连。
10.如权利要求1或8所述的激光光斑直径检测系统,其特征在于,所述单片机(3)还可以连接WIFI模块(5),单片机(3)通过串口与所述WIFI模块(5)连接,以便于系统组网。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202021545514.2U CN212539076U (zh) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 一种激光光斑直径检测系统 |
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CN202021545514.2U CN212539076U (zh) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 一种激光光斑直径检测系统 |
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CN202021545514.2U Active CN212539076U (zh) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 一种激光光斑直径检测系统 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113552045A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-26 | 苏州苏信环境科技有限公司 | 一种粒子计数器的标定方法及工作方法 |
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2020
- 2020-07-30 CN CN202021545514.2U patent/CN212539076U/zh active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113552045A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-26 | 苏州苏信环境科技有限公司 | 一种粒子计数器的标定方法及工作方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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