现代距离测量技术研究比较

距离传感器的综述

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【摘要】：距离测量广泛应用于方向控制、定位控制系统中，有广阔的市场。本文对目前距离测量方法，测试仪器等做了总结，并介绍了当前距离测量的意义、方法、原理及现状，以及各种测量方法的测量原理及方法的简单对比，方便人们可以在生产生活中结合实际灵活运用各种测量技术。

【关键词】：距离测量；传感器；测量原理

目录

一、距离测量的意义 (3)

二、目前测量距离的方法及原理 (3)

2.1 激光测距方法及原理 (3)

a）激光测距的方法 (3)

b）激光测距的原理 (3)

2.2 微波雷达测距方法及原理 (5)

a）微波雷达测距的方法 (5)

b）微波雷达测距的原理 (6)

2.3 超声波测距方法及原理 (6)

a）超声波测距的方法 (6)

b）超声波测距的原理 (6)

2.3 红外线测距方法及原理 (6)

a）红外线测距的方法 (7)

b）红外线测距的原理 (7)

三、目前距离测量的现状................................................................................................. .7

3.1 激光测距的现状 ................................................................................................. .8

3.2 微波雷达测距的现状 (8)

3.3 超声波测距的现状.............................................................................................. .9

3.4 红外线测距的现状 (9)

四、测量原理和方法对比 (9)

4.1激光传感器的测量原理与方法对比： (9)

4.2微波传感器的测量原理与方法对比： (10)

4.3超声波传感器的测量原理与方法对比： (10)

4.4红外传感器的测量原理与方法对比： (10)

五、结论 (11)

[参考文献] (12)

一、距离测量的意义

现代科学技术的发展，进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距等新型测量技术。本文将简单介绍当前距离测量的意义、方法、原理及现状，以及各种测量方法的测量原理及方法的简单对比，方便人们可以在生产生活中结合实际灵活运用各种测量技术。

二、目前测量距离的方法及原理

现代科学技术的发展迅猛，而在距离测量方面也是如此：先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距等新型测量技术。现在将简单介绍当前距离测量的方法及原理：

2.1 激光测距方法及原理

激光方向性强，单色、相干性好，这些特点使得激光测距可以应用在多个领域。激光测距传感器是由激光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。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。

a）激光测距的方法

目前激光测距的方法主要有两种：脉冲测距法和相位测距法。

脉冲测距法：激光二极管发出光脉冲，经被测目标反射后，光脉冲回到传感器接收系统，测量其发射和接收脉冲的时间间隔，即光脉冲在待测距离上的往返传播时间t。脉冲法测距精度大多为米的量级。

相位测距法：它是通过测量连续调制的光波在待测距离上往返传播所发生的相位变化，间距测量时间t。这种方法测量精度较高，因而在大地和工程测量中得到了广泛的应用。b）激光测距的原理

①相位法激光测距技术原理

当今市场上主流的激光测距仪是基于相位法的激光测距仪。这是因为基于相位法的激光测距仪轻易地就可以克服超声波测距的一大缺陷：误差过大，使测量精度达到毫米级别。而基于此法的激光测距仪主要的缺点在于电路复杂、作用距离较短（一百米左右，经过众多科

学工作者的努力，现在也有作用距离在几百米的相位法激光测距仪）。

相位法激光测距技术，是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。该方法一般需要在待测物处放置反射镜，将激光原路反射回激光测距仪，由接收模块的鉴波器进行接收处理。也就是说，该方法是一种有合作目标要求的被动式激光测距技术。如下图所示：

由图所显示的关系，我们可以知道，用正弦信号调制发射信号的幅度，通过检测从目标反射的回波信号与发射信号之间的相移φ，通过计算即可以得到待测距离。

D=ct/2 ①

t=φ/ω ②

ω=2nf ③

φ=N+Δφ ④

D=（N+Δφ）*c/(4nf) ⑤

其中，D 是待测距离，也即测距仪与目标物间距离；C 是光速，等于299792458m/s （假设光速未受环境影响）；t 是往返测距仪与目标物间距离一次的时间；φ是激光光束往返一次后所形成的相位差；Δφ是激光光束往返一次后所形成的相位差不足半波长的部分；N 是相位差中半波长的个数；ω是调制信号的角频率。由于N 的个数在激光飞行之后并不能确定，所以这就导致了基于相位法的激光测距仪只能测定Δφ，相位差中不足半波长的部分。这就形成了相位法的内伤：最长作用距离固定，由调制光的波长决定。但是从另一方面看，相位法激光测距仪可以准确地测量半个波长内的相位差，这也成就了相位法激光测距仪

最为突出的优点：测量精度高，可达到毫米级别。

②脉冲法激光测距技术原理 相位法与超声波测速测距所用方法相类似，最大测量距离通常为几百米，能较容易达到毫米的数量级，但是按照该方法设计的测距仪的最大测量距离是受到限制的，不可扩展。该