雷射測距傳感器的原理及應用剖析

2021-02-25 OFweek雷射

雷射測距傳感器是先由雷射二極體對準目標發射雷射脈衝，經目標反射後雷射向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統接收後成像到雪崩光電二極體上。雪崩光電二極體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。記錄並處理從光脈衝發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。

雷射傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。要分辨出3ps的時間，這是對電子技術提出的過高要求，實現起來造價太高。

但是如今的雷射傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡單的統計學原理，即平均法則實現了1mm的解析度，並且能保證響應速度。

遠距離雷射測距儀在工作時向目標射出一束很細的雷射，由光電元件接收目標反射的雷射束，計時器測定雷射束從發射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離；LED白光測速儀成像在儀表內部集成電路晶片CCD上，CCD晶片性能穩定，工作壽命長，且基本不受工作環境和溫度的影響。因此，LED白光測速儀測量精度有保證，性能穩定可靠。

雷射測距傳感器的應用

汽車防撞探測器：一般來說，大多數現有汽車碰撞預防系統的雷射測距傳感器使用雷射光束以不接觸方式用於識別汽車在前或者在後形勢的目標汽車之間的距離，當汽車間距小於預定安全距離時，汽車防碰撞系統對汽車進行緊急剎車，或者對司機發出報警，或者綜合目標汽車速度、車距、汽車制動距離、響應時間等對汽車行駛進行即時的判斷和響應，可以大量的減少行車事故。在高速公路上使用，其優點更加明顯。

車流量監控：使用方式一般固定到高速或者重要路口的龍門架上，雷射發射和接收垂直地面向下，對準一條車道的中間位置，當有車輛通行時，雷射測距傳感器能實時輸出所測得的距離值的相對改變值，進而描繪出所測車的輪廓。這種測量方式一般使用測距範圍小於30米即可，且要求雷射測距速率比較高，一般要求能達到100赫茲就可以了。這對於在重要路段監控可以達到很好的效果，能夠區分各種車型，對車身高度掃描的採樣率可以達到10釐米一個點（在40Km/h時，採樣率為11釐米一個點）。對車流限高，限長，車輛分型等都能實時分辨，並能快速輸出結果。

無人機：著機器人（Robot）、無人機（Drone）、無人搬運車、自動駕駛等新概念系統的興起，連帶刺激測距與避障（Obstacle Avoidance）技術需求。其中測距為避障的基礎，並有多種技術可以實現測距，包含無線射頻（Radio Frequency；RF）、超音波（Ultrasonic）、紅外線（Infrared）以及雷射／雷射（Laser）等。這些技術各有其優缺點，且成本也有差異性。

其中，紅外線與雷射屬光電半導體技術，分別運用紅外線二極體（Infrared Light－Emitting Diode；IR LED）及雷射二極體（Laser Diode；LD）的發波，而後接收回波來辨識物體的距離，紅外線技術適合短距離運用，雷射技術則適合長距離範疇。另外，常見的避障技術還有無線射頻、超音波技術等，它們則常見於汽車領域應用。

（文章來源於OFweek公眾平臺）


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