知识 · 激光测距原理
激光测距原理:飞行时间法怎么算出距离
激光测距的原理是测光的往返时间:模块发出一个很短的激光脉冲,接收器等回波,用 d = c·t/2 算出距离,c 是光速。目标在 1 公里外,回波大约 6.67 微秒后到达;计时差 1 纳秒,距离就差约 15 厘米。
一次测量经过哪几步
激光二极管被一个几十纳秒宽的大电流脉冲驱动,发出脉冲光。光打到目标上,只有很小一部分沿原路返回,落到接收透镜和探测器(APD 或 SPAD)上。计时电路记下发射和接收的时间差,单片机把它换算成距离,再按协议从串口发出去。
单次回波太弱时,模块会累加多次脉冲再判断,所以远距离测量时刷新率会自动降低,规格书上写成"自适应 2–20 Hz"这类范围。
量程由什么决定
回到接收器的光随距离平方衰减,还取决于目标反射率和面积。所以每个量程数字都带条件,比如"30% 反射率、2.3 米 × 2.3 米目标、能见度 10 公里以上"。905 nm 受人眼安全限值约束,单脉冲能量有限,目录里 905 nm 最远做到 3 公里;1535 nm 允许的能量高得多,最远到 18 公里。
精度和光斑
精度主要看计时分辨率和回波波形。规格书通常写成两段,例如 LR1000E2:400 米以内 ±1 米,更远是 ±(1 + 0.001D) 米,1 公里处就是 ±2 米。
光束会发散。SPD1200Z2 的发散角小于 6 mrad,6 mrad 的光束在 100 米处约 0.6 米宽,在 1 公里处约 6 米宽。目标比光斑小时,一部分能量打空,量程和精度都会下降。
雨雾和深色目标
雾和雨会把脉冲散射掉一部分,还可能产生来自雾本身的提前回波,表现为偶发的短读数,需要软件滤波。深色、潮湿的表面反射少,同一个模块在这类目标上的量程会明显短于规格书数字。
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常见问题
激光测距和超声波测距有什么区别?
超声波测的是声音往返时间,声速约 343 米/秒,波束宽、量程一般在几米到十几米。激光用光速计时,光束窄,量程从几米到几十公里。
激光测距模块的激光对眼睛安全吗?
看规格书标注的激光等级。ERDI 型号手册里标注的是 IEC 60825-1 Class 1 的厂家声明,具体以每个型号的文件为准。
为什么远距离时刷新率会变低?
回波弱时模块要累加更多脉冲才能确认是真回波,所以每秒能给出的读数变少。
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