激光傳感器

　　

激光測(cè)距傳感器是以激光器作為光源進(jìn)行測(cè)距。根據(jù)激光工作的方式分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。紅寶石、釹玻璃等固體激光器，用于脈沖式激光測(cè)距；氦氖、氬離子、氪鎘等氣體激光器工作于連續(xù)輸出狀態(tài)，用于相位式激光測(cè)距。

　　

激光測(cè)距儀由于激光的單色性好、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)，加上電子線路半導(dǎo)體化集成化，與光電測(cè)距儀相比，不僅可以日夜作業(yè)、而且能提高測(cè)距精度，顯著減少重量和功耗，使測(cè)量到人造地球衛(wèi)星、月球等遠(yuǎn)目標(biāo)的距離變成現(xiàn)實(shí)。

 

　

航天測(cè)距

　　

　　

傳輸時(shí)間激光傳感器工作時(shí)，先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)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(xué)系統(tǒng)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(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。

 

激光傳感器原理圖

　　

如果光以速度c在空氣中傳播在A、B兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下列表示。

　　

D=ct/2

　　

式中：

　　

D——測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離；

　　

c——速度；

　　

t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。

　　

由上式可知，通過(guò)測(cè)量光傳播的時(shí)間t就可以測(cè)量A、B距離。

　　

　　

測(cè)量范圍廣，響應(yīng)速度快；

　　

遠(yuǎn)距離測(cè)量無(wú)需反光板；

　　

測(cè)量精度高量程大；

　　

905納米安全激光對(duì)人眼無(wú)傷害；

　　

體積小安裝調(diào)試方便；

　　

在線式連續(xù)測(cè)量達(dá)到無(wú)人值守連續(xù)監(jiān)測(cè)。

 

 

　

紅外線傳感器

　　

紅外測(cè)距傳感是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按探測(cè)機(jī)理可分成為光子探測(cè)器和熱探測(cè)器。紅外傳感技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　

　　

紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，利用的紅外測(cè)距傳感器LDM301發(fā)射出一束紅外光，在照射到物體后形成一個(gè)反射的過(guò)程，反射到傳感器后接收信號(hào)，然后利用CCD圖像處理接收發(fā)射與接收的時(shí)間差的數(shù)據(jù)。

　　

經(jīng)信號(hào)處理器處理后計(jì)算出物體的距離。這不僅可以使用于自然表面，也可用于加反射板。紅外線測(cè)距測(cè)量距離遠(yuǎn)，具有很高的頻率響應(yīng)，適合于惡劣的工業(yè)環(huán)境中。

　　

　　

1、遠(yuǎn)距離測(cè)量，在無(wú)反光板和反射率低的情況下能測(cè)量較遠(yuǎn)的距離；

　　

2、有同步輸入端，可多個(gè)傳感器同步測(cè)量；

　　

3、測(cè)量范圍廣，響應(yīng)時(shí)間短；

　　

4、外形設(shè)計(jì)緊湊，易于安裝，便于操作；

 

 

　

微波雷達(dá)傳感器

　　

24GHz雷達(dá)傳感器是一種可以將微波回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為一種電信號(hào)的裝換裝置，是雷達(dá)測(cè)速儀，水位計(jì)，汽車(chē)ACC輔助巡航系統(tǒng)，自動(dòng)門(mén)感應(yīng)器等的核心芯片。

　　

通過(guò)發(fā)射與接收頻率為24.125GHz左右的微波來(lái)感應(yīng)物體的存在，運(yùn)動(dòng)速度，靜止距離，物體所處角度等，采用平面微帶天線技術(shù)，具有體積小.集成化程度高.感應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。

　　

　　

1、CW多普勒雷達(dá)傳感器

　　

將24GHz選為發(fā)射頻率，利用發(fā)送與接收信號(hào)的頻率差，通過(guò)公式計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)的速度。經(jīng)過(guò)參考信號(hào)與回波信號(hào)的混頻，雙通道傳感器輸出兩個(gè)頻率幅度相同，相位差為90°的中頻信號(hào)IF1和IF2,根據(jù)90°相位引導(dǎo)的信號(hào)類(lèi)型，可識(shí)別物體的運(yùn)動(dòng)方向（遠(yuǎn)離或靠近）

　　

2、FMCW 雷達(dá)傳感器

　　

如果要測(cè)量一個(gè)參數(shù)，如靜態(tài)物體到傳感器的距離，那么選用線性升坡或降坡作為發(fā)射頻率的時(shí)間相關(guān)函數(shù)就足夠了，并定期重復(fù)這些坡，以期得到可能的平均值。根據(jù)延遲效應(yīng)的計(jì)算公式可以得到物體的距離。

　　

　　

1、測(cè)距原理簡(jiǎn)單，制作方便，成本低；

　　

2、對(duì)雨、雪、霧等傳透力強(qiáng)，衰減小。

　　

距離傳感器自投放使用以來(lái)，越來(lái)越多在社會(huì)各個(gè)應(yīng)用方面得以普及，從防盜安防產(chǎn)品到工業(yè)物位料位檢測(cè)，對(duì)射/反射產(chǎn)量計(jì)數(shù)，水位檢測(cè)，交通流量，汽車(chē)車(chē)長(zhǎng)測(cè)量，高速公路汽車(chē)防追尾預(yù)警，霧天車(chē)輛防撞，人體移動(dòng)、機(jī)場(chǎng)空中飛鳥(niǎo)探測(cè)驅(qū)趕，智能化控制、醫(yī)療，水文流速/水位、生命特怔探測(cè) 自動(dòng)門(mén)控制器，長(zhǎng)檢測(cè)距離控制，燈光控制開(kāi)關(guān)、糧食水分儀傳感器、混凝土濕度測(cè)量傳感器、治安探測(cè)器等。

　　

由于距離傳感器的應(yīng)用范圍非常廣泛，以下僅列舉幾例典型的距離傳感器應(yīng)用。

　　

可以實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)功能，如入侵檢測(cè)，通過(guò)視頻分析還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)數(shù)的其他應(yīng)用程序，如無(wú)人看管的行李，違規(guī)停車(chē)，機(jī)動(dòng)巡邏對(duì)象，圍欄攀爬，交行，走錯(cuò)了方向。有些系統(tǒng)允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)使用單一監(jiān)視攝像機(jī)的輸入。

　　

此外，入侵檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性發(fā)揮重要的作用。紅外傳感器，能實(shí)現(xiàn)基本的入侵檢測(cè)，視頻分析可以提供即時(shí)反饋系統(tǒng)狀態(tài)，并打開(kāi)篡改檢測(cè)，輕松搞定房屋丈量與房屋驗(yàn)收。

　　
房屋丈量一直是房管部門(mén)既關(guān)心又費(fèi)心的工作，房屋勘丈面積圖是直接作為產(chǎn)權(quán)證的附圖，具有法律效力。直接關(guān)系到老百姓的經(jīng)濟(jì)利益，所以房屋丈量誤差的控制尤為顯得重要。

 

房屋丈量驗(yàn)收

　　

利用皮尺或鋼卷尺進(jìn)行建筑面積的丈量，雖然也可以滿(mǎn)足基本要求，然而在長(zhǎng)距離測(cè)量，測(cè)層高，不易到達(dá)地的測(cè)量上存在較大誤差，而且存在勞動(dòng)強(qiáng)度大工作繁雜等缺點(diǎn)，因此像激光測(cè)距儀等儀器就變得必不可少。

　　

激光測(cè)距儀使用簡(jiǎn)便，測(cè)量數(shù)據(jù)精確（1.5毫米精度），工作效率提高（可非接觸測(cè)量），完全拋棄了一根皮尺（或鋼卷尺）丈量房屋的方法，減少勘丈誤差，保證了面積量算精度，量算結(jié)果使業(yè)主更加信服。

　　

　　

統(tǒng)計(jì)表明，70%～90%的交通事故是由于駕駛員操作失誤造成的。在美國(guó)、日本等國(guó)家，消費(fèi)者選購(gòu)汽車(chē)的著眼點(diǎn)已把駕駛汽車(chē)的安全程度放在第一位。

　　

如果拋開(kāi)駕駛的熟練程度和駕駛經(jīng)驗(yàn)外，最有效的降低事故的方法就是讓車(chē)具有碰撞報(bào)警或主動(dòng)避撞功能。

　　

隨著人們對(duì)交通安全的不斷重視，推動(dòng)了汽車(chē)前向碰撞報(bào)警系統(tǒng)、前向主動(dòng)避撞系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)等先進(jìn)車(chē)輛主動(dòng)安全技術(shù)的飛速發(fā)展。

 

汽車(chē)主動(dòng)安全系統(tǒng)

　　

上述系統(tǒng)的共同點(diǎn)是通過(guò)車(chē)用測(cè)距雷達(dá)測(cè)量主車(chē)與目標(biāo)車(chē)之間的距離、相對(duì)速度以及相對(duì)方位角等信息，并將其傳送給系統(tǒng)的控制單元。車(chē)用測(cè)距雷達(dá)俗稱(chēng)車(chē)用雷達(dá)，是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是當(dāng)前智能交通、信號(hào)處理以及傳感器工業(yè)的研究熱點(diǎn)

 

　　

交通測(cè)速

　　

　　

由波士頓動(dòng)力公司為美軍研制的世界最先進(jìn)人形機(jī)器人“阿特拉斯”日前亮相，這一機(jī)器人將來(lái)或許能像人一樣在危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行救援工作。

 

　

 

“阿特拉斯”身高1.9米，體重150千克，由頭部、軀干和四肢組成，像人類(lèi)一樣用雙腿直立行走，令人聯(lián)想起科幻電影中的“終結(jié)者”。它的腦袋包括立體照相機(jī)和一個(gè)激光測(cè)距儀。它的“雙眼”是兩個(gè)立體感應(yīng)器，有兩只靈巧的手，還能在實(shí)時(shí)遙控下穿越比較復(fù)雜的地形。它動(dòng)力來(lái)至設(shè)置在一個(gè)場(chǎng)外的電源上。

　　

波士頓動(dòng)力公司發(fā)布在網(wǎng)上的最新視頻展示了“阿特拉斯”的能力。比如，它在傳送帶上大步前進(jìn)時(shí)，能躲開(kāi)傳送帶上突然出現(xiàn)的木板；它從高處跳下時(shí)能穩(wěn)穩(wěn)落地，還能兩腿分開(kāi)從陷阱兩邊走過(guò)，然后跑上樓梯；它能單腿站立，被從側(cè)面襲來(lái)的球撞擊后不會(huì)摔倒……

　　

 

　　

 

谷歌研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車(chē)?yán)冒惭b在汽車(chē)不同部位的攝像機(jī)、測(cè)距傳感器、激光雷達(dá)等設(shè)備以及精確詳細(xì)的導(dǎo)航地圖，依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬人工智能實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。據(jù)谷歌介紹，已在測(cè)試中的無(wú)人駕駛汽車(chē)已自主安全行駛累計(jì)超過(guò)30萬(wàn)英里(約48萬(wàn)公里)。

　　

其實(shí)不只是汽車(chē)，在手機(jī)、家用電器、可穿戴設(shè)備上，以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，越來(lái)越多的距離傳感器成為機(jī)器的“耳目”。即將給人們生活方式帶來(lái)更大變化的物聯(lián)網(wǎng)，其最核心的基礎(chǔ)技術(shù)也是各種傳感器。

　　

有科學(xué)家預(yù)言，包括距離傳感器在內(nèi)的各個(gè)傳感器，將像“人體的五官”一樣，在未來(lái)充滿(mǎn)各個(gè)領(lǐng)域和空間。

 

本文來(lái)源于傳感器技術(shù)。