米德克：激光測距傳感器的原理

本期文章是由米德克傳感器（上海）有限公司給大家講解激光測距傳感器的原理

英文名稱為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（簡稱LASER），意思為原子受激輻射的光，故稱激光，激光的產生原理，是原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級，再從高能級回落到低能級的時候，所釋放的能量以光子的形式放出，被引誘（激發）出來的光子束（激光）。

激光與普通光源相比，具有單色性、高亮度、方向性等優勢，被應用于工業生產和科研實驗等各個領域，激光測距便是其中應用較為的一項技術。

特點

激光測距技術是一項非接觸式的工業測量技術，與傳統的接觸式測距技術相比具有以下的特點[1]：

激光測距時，無需與測量表面進行接觸，物體的表面不會產生形變

激光測距時被測物體表面不會發生磨損，降低了額外的損失

在很多特殊的環境下，沒有條件用常規測量工具接觸測量，只能使用激光測距技術

02 三種常見的激光測距原理

（1）激光脈沖測距法[2]

激光脈沖測距法工作時，先由激光發射二極管對準目標發射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。通過測量光脈沖往返待測點的時間，乘以光速并除以2，計算出被測目標的距離，計算公式如下：

D=ct/2

其中，D:測量點A、B間的距離，c：光速，t：光脈沖往返AB兩點間1次所需時間

（2）激光相位測距[3]

激光相位測距的原理，是將一低頻調制信號對發射光波的光強進行調制, 利用測定“調制光波”往返于被測距離的相位差, 間接求得待測距離D。其距離的一般計算公式為：

其中，?：調制光在距離為 2D 上的相位差, c : 調制光的傳播速度, t : 調制光在待測距離往返一次所需要的時間, f : 調制光的頻率。

如下圖所示, A 表示調制光波的發射點, B 表示安置反射器的地點, A′表示所發出的調制光波經反射器反射后的接收地點。AA′兩點間的距離即是待測距離D的2倍。故: ? =N1·2π+Δ?1 , 由于N1并不是一個定值, 所以這可能引起多值解。為解決這一問題, 我們常采用多個頻率的調制信號來測定同一距離。該頻率在相位測距中也稱為測尺頻率，測尺頻率的波長稱為測尺長度，當被測距離小于測尺長度時, 則不存在多值解，由于測尺長度越大，測量精度就越低，所以出于精度的考慮，我們需要將測尺長度控制在合適的范圍內。

（3）激光三角法測距[1]

使一束激光以特定角度照射到待測物體的參考位置上，然后激光在待測物體上會發生散射、漫反射，將光敏傳感器件放置在另一特定位置接收經透鏡匯聚后的散射光、漫反射光。待測物體發生位移后，再使一束激光以特定角度照射到待測物體的待測位置上，將光敏傳感器期間放置在同一特定位置接收此時的散射光、漫反射光，因為待測物移前后激光散射漫反射后的光路不同，光敏傳感器件上光斑中心位置也不同，將前后兩次光斑中心位置代入幾何三角關系中，從而計算出物體的位移距離。

以上就是本期關于激光測距傳感器的原理的講解，希望可以幫助到您，MIDEKER作為中國激光測距傳感器的行業先導者，擁有數十年激光傳感器設計研發和生產制造經驗，潛心工藝技術，注重服務品質，為顧客提供各種激光測距傳感器及現場解決方案。