传输时间激光测距传感器
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摘要：虽然高精密激光距离传感器
已上市多年，但是由于其价格太高，
一直不能获得广泛应用。最近，由
于其价格的大幅度下降，使其成为
长距离检测场合一种最经济有效的
方法。本文介绍其原理、特性及应
用。 关键阗：激光传感器；距离检测。
文章编号：１００６・８ ８３Ｘ（２００２）０８．００６—０２
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＰ２１２．１４
一、传输时同激光距离传感器的
发展
激光在检测领域中的应用十分
广泛，技术含量十分丰富，对社会
生产和生活的影响也十分明显。激
光测距是激光最早的应用之一。这
是由于激光具有方向性强、亮度高、
单色性好等许多优点。１ ９６５年前苏
联利用激光测地球和月球之间距离
（３８０ｘｌＯ＿１ｒ皿）误差只有２５０ｍ。１９６９
年美国人登月后置反射镜于月面，
也用激光测量地月之距，误差只有
１５ｃｍ
利用激光传输时间来测量距离 的基本原理是通过测量激光往返目
标所需时间来确定目标距离。即：
￡＝ ｃｒ。
传输时间激光测距虽然原理简
单、结构简单，但以前主要用于军
事和科学研究方面，在工业自动化
方面却很少见。由于激光测距传感
器售价太高，一般在几千美元，高
昂的价格一直是阻碍其广泛应用的
主要原因。然而最近，激光测距传
感器由于技术上取得了重大进展，
使其价格已降到几百美元，从而使
： Ｌ・令 …◆ 它今后有可能： ： ：：： ： ： ： ：
成为许多长距： ： ： ： ： ： ： ： ：
离检测场合最 ： ： ： ： ： ： ：
经济有效的检 ： ： ：！： ： ： ： ： ：
测手段。 ： ： ： ： ： ： ： ：
造成这样：’：‘：’： ： ：’：‘： ：’：
大幅度降价的主要原因是最近两种
消费产品的急剧增长。
其一是蜂窝电话。蜂；移动通 信自７Ｏ年代出现以来，发展异常迅
速，用户几乎年年翻番，尤其是近
年来发展更为惊人。蜂窝电话的发展
促使电信工业提供出性能极佳的低
噪声放大器。这种放大器的核心部
件就是传输时间计时器。
其二是ＤＶＤ播放机。ＤＶＤ播
放机的发展推动了低成本可见光二
极管激光器的发展。这种二极管激
光器发出的激光具有更好的聚焦特
性，能实现超高密度数字存储。与
仅仅几年前为ＣＤ机研制的红外激
光二极管相比，其聚焦特性要好许
多倍。
正是这些新器件的出现再加上
表面安装电路板技术和清洁廉价的
电源等，才使传输时间激光距离传
感器的发展跃上新台阶。
实际上，所有工业用户都在寻
找一种能在较远距离实现精密距离
检测的传感器。因为许多情况下近
距离安装传感器会受物理位置及生
产环境的限制，如今的传输时间激
光测距传感器将为这类场合的工程
师排忧解难。
二、工作原理 ’
传输时间激光传感器工作时，
先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 赣鳓 淘 激 糍
： ： ： ：！： ： ： ： ： ： ： ： ：：： ： ：：： ：：：： ： ： ：；： ： ： ： ：；： ： ：；： ： ： ： ：：： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：：： ：；：： ０ ：ｊ：：： ： ：ｊ： ：ｊ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：：： ： ： ： ：：： ： ：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：： 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。传输时间激光传感器
必须极其精确地测定传输时间，因
为光速太快。
例如，光速约为３ｘｌ０。ｍ／ｓ，要
想使分辨率达到１ ｍｍ，则传输时间
测距传感器的电子电路必须能分辨
出以下极短的时间：
０．００１ｍ＋（３ｘｌ０。ｒｎ／ｓ）＝３ｐｓ
要分辨出３Ｐｓ的时间，这是对
电子技术提出的过高要求，实现起
来造价太高。但是如今廉价的传输
时间激光传感器巧妙地避开了这一
障碍，利用一种简单的统计学原理，
即平均法则实现了１ｍｍ的分辨率，
并且能保证响应速度。
三、解决其它技术无法解决的问
题
传输时间激光距离传感器可用
于其它技术无法应用的场合。例如，
当目标很近时，计算来自目标反射
光的普通光电传感器也能完成大量
的精密位置检测任务。但是，当目
标距离较远内或目标颜色变化时，
普通光电传感器就难以应付了。
虽然先进的背景噪声抑制传感
了 维普资讯 http://www.cqvip.com 涮 侮至蘑 器
： ： ： ：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：：：；： ： ： ： ：；： ： ： ： ： ： ： ： ： ：；： ： ： ： ： ： ： ：； ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：！： ： ： ： ： ： ： ：：： ： ： ： ： ：；：：：：： ： ：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：： 器和三角测量传感器在目标颜色变
化的情况下能较好地工作，但是，
在目标角度不固定或目标太亮时，
其性能的可预测性变差。此９ｌ，三
角测量传感器一般量程只限于０．５ｍ
以内。
超声波传感器虽然也经常用于
检测距离较远的物体，而且由于它
不是光学装置，所以不受颜色变化
的影响。但是，超声波传感器是依
据声速测量距离的，因此存在一些
固有的缺点，不能用于以下场合。
①待测目标与传感器的换能器
不相垂直的场合。因为超声波检测
的目标必须处于与传感器垂直方位
偏角不大于１０。角以内。
②需要光束直径很小的场合。
因为一般超声波束在离开传感器２ｍ
远时直径为０．７６ｃｍ。
③需要可见光斑进行位置校准
的场合。
④多风的场合。
⑤真空场合。
⑥温度梯度较大的场合。因为
这种情况下会造成声速的变化。
⑦需要快速响应的场合。
而激光距离传感器能解决上述
所有场合的检测。
四、在自动化领域的广泛用途
如今，自动检测和控制的方法
中，除了超声波传感器和普通光电
传感器９ｌ，又增加了一个能解决长 ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ：距离测量和检 ： ： ： ： ：：： ： ： ： 验的新方法一
： ： ： ： ： ： ： ： ：：传输时间激光
： ： ：：： ： ：：： ： ： ： 距离传感器。它
离荤 ！为各种不同场
：‘：’：‘： ： ：‘：‘：‘：‘：’：合提供了应用
的灵活性，这些场合可包括如下：
①设备定位。
②测量料包的料位。
③测量传送带上的物体距离和
物体高度。
④测量原木直径。
⑤保护高架起重机免于碰撞。
⑥无误差检查场合。
五、几个应用实例
１、测量传送带上箱子的宽度
使用两个发散型传输时间激光
传感器，在传送带的两侧面对面安
装。因为尺寸变化的箱子落到传送
带上的位置是不固定的，这样，每
个传感器都测量出自己与箱子的距
离，设一个距离为 ，另一个为 ｚ。
此信息送给ＰＬＣ，ＰＬＣ将两个传感
器间总的距离减去 和 ｚ，从而可
计算出箱子的宽度
２、保护液压成型冲模
机械手把一根预成型的管材放
进液压成型机的下部冲模中，操作
者必须保证每次放的位置准确。在
上部冲模落下之前，一个发散型传
感器测量出距离管子临界段的距
离，这样可保证冲模闭合前处于正
确位置。
３、二轴起重机定位
用两个反射型传感器面对反射
器安装，反射器安装在桥式起重机
的两个移动单元上。一个单元前后
运动，另一个左右运动。当起重机 技术－ｑ
＿ 应用 币’
驱动板架辊时，两个传感器监测各
自到反射器的距离，通过ＰＬＣ能连
续跟踪起重机的精确位置。
有了这种新式廉价传输时间激
光测距传感器，反射性或多颜色的
目标长距离位置检测即使在检测角
度变化的情况下也没问题了。
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作者简介
闫军：长春大学电子工程学院
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