激光为什么可以测距？它有怎样的特点？科普激光传感器

科技中的激光测距、测速、测长等，这些仪器中都少不了激光传感器的存在，那激光传感器又是什么呢?

激光传感器原理——介绍

激光技术和激光器是二十世纪六十年代出现的最重大的科学技术。激光技术与应用的迅猛发展，和多个学科相结合，形成新兴的交叉学科。

如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光学、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。

激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展，使得激光器的应用范围扩展到几乎国民经济的所有领域。本文主要介绍激光传感器的原理。

激光传感器原理——原理

激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。

常见的是激光测距传感器，它通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离，还有一种是激光位移传感器。

激光传感器原理——激光的特点

激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 为普朗克常数，v 为光子频率。反之，在频率为v 的光的诱发下，处于能级E2 的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。

激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级(即粒子数反转分布),就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生大的受激辐射光，简称激光。激光具有3 个重要特性。[1]

Ⅰ ：高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。

Ⅱ：高单色性，激光的频率宽度比普通光小10 倍以上。

Ⅲ：高方向性(即高定向性，光速发散角小)，激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米。

激光传感器原理——激光测长

现代精密测量长度是精密机械制造工业和光学加工工业的关键技术之一。

长度计量多是利用光波的干涉现象来进行的，其精度主要取决于光的单色性的好坏。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源(氪-86灯)还纯10万倍。因此激光测长的量程大、精度高。由光学原理可知单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系是L=λ/δ。用氪-86灯可测最大长度为38.5厘米，对于较长物体就需分段测量而使精度降低。若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度，其精度可达0.1微米。

激光传感器原理——激光测振

它基于多普勒原理测量物体的振动速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的观察者相对于传播波的媒质而运动，那么观察者所测到的频率不仅取决于波源发出的振动频率而且还取决于波源或观察者的运动速度的大小和方向。所测频率与波源的频率之差称为多普勒频移。在振动方向与方向一致时多普频移

fd=v/λ

式中;v 为振动速度,λ为波长。

在激光多普勒振动速度测量仪中，由于光往返的原因,fd =2v/λ。这种测振仪在测量时由光学部分将物体的振动转换为相应的多普勒频移,并由光检测器将此频移转换为电信号,再由电路部分作适当处理后送往多普勒信号处理器将多普勒频移信号变换为与振动速度相对应的电信号，最后记录于磁带。

这种测振仪采用波长为6328埃(┱)的氦氖激光器，用声光调制器进行光频调制，用石英晶体振荡器加功率放大电路作为声光调制器的驱动源，用光电倍增管进行光电检测，用频率跟踪器来处理多普勒信号。它的优点是使用方便，不需要固定参考系,不影响物体本身的振动,测量频率范围宽、精度高、动态范围大。缺点是测量过程受其他杂散光的影响较大。

激光传感器原理——激光测距

原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时间，再乘以光速即得到往返距离。由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的。

因此激光测距仪日益受到重视。在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用红宝石激光器的激光雷达，测距范围为500～2000公里,误差仅几米。不久前，真尚有的研发中心研制出的LDM系列测距传感器，可以在数千米测量范围内的精度可以达到微米级别。常采用红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光器作为激光测距仪的光源。

总结：激光传感器其原理是将光学系统接受到的图像映射到雪崩光电二极管上，由雪崩光电二极管将微弱的光信号变换为相应的电信号，从而进行检测激光。

超声波传感器是如何测距的？

超声波传感器的测距原理

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面

HC-SR04

超声波测距原理

最常用的超声测距的方法是回声探测法，如下图，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2

超声波测距原理

特点

1、频率越高，精度也越高，但检测距离越近（空气衰减增大）；

2、输出功率越高、灵敏度越高，检测距离也越远；

3、通常检测角度小的，测距范围略远；

应用场景

1、机器人避障

2、物体测距

3、液位检测

4、公共安防

5、停车场检测

相关问答

这个不好说,因为各种环境影响...以下为距离参考激光测距传感器测量距离范围0.-60米---200米,要使用反光板全程精度误差1.5毫米超声波的一般就几十米这个不...

超声波和激光测距传感器各自的原理:超声波测距传感器:是根据超声波在空气中的传播速度为已知,超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发...

用24GHZ雷达传感器测距就可以了,优点当然是不受外界环境干扰、探测距离远、军用转民用技术。远距离都是用雷达来实现而不是超声波。雷达(radar)原...

1、打开手机屏幕,找到黑色的“测距仪”app。2、进入到“测距仪”软件界面后,根据软件提示,移动手机。3、将手机移动到想要测量距离的方向...1、打开手机屏...

定义距离传感器是利用测时间来实现测距离的原理,以检测物体的距离的一种传感器。编辑本段原理通过发射特别短的光脉冲,并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来...

红外测距传感器,如果是夏普的,接口就是(传感器眼睛朝上):信号-地-电源。信号呢直接给单片机AD输入端口;地和电源连接单片机系统地和电源(为防止电源扰动...

[回答]车前测距监控系统可能不反应、反应滞后或反应异常:-在传感器区域之外、与本车相距较近行驶的车辆...-在本车前方近处切换到本车所在车道的车辆。...

deebot激光测距的传感器被卡住可能原因如下:拨动激光测距传感器,是否有阻塞感,如果有可能里面有异物挡住激光测距传感器转动,取出异物或者转动没有阻塞感后...

超声波凹陷检测。超声波传感器还可以确保将可能在制造或其他工业环境中使用的任何传送带,电线或电缆放置在应有的位置。电缆下垂会减慢或停止生产线,这些传感...

可能不充分说明问题因为石头t7plus激光测距传感器的异常情况多种多样,出现异常的原因可能是传感器硬件故障、光源能量不足或物体反射率太低等多种原因。因此需...