激光测速与测距技术共74页
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激光多普勒测速和激光测距分析解析
2018/10/20
7
激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术基础 1. 多普勒效应 1）声多普勒效应原理 • 声波是依赖于介质传播的，离开介质就谈不上波的存在。 • 设声源的频率为 f，声波在媒质中的速度为v，波长λ=v/f ①声源不动，观测者相对于媒质以速度v1运动 • 设声源相对于介质静止，观测者迎向声源运动，则声波相 对于观测者的速度不再是v，而是v+v1，则观测者接收到声 v v1 v v1 v v1 波的频率为 f ' f v /f v
激光多普勒测速技术基础 1. 多普勒效应 • 当波源与观测者之间有相对运动时，观测者所接收到的频 率不等于波源振动频率，此现象称为多普勒效应。
2018/10/20
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激光多普勒测速技术
• 多普勒在其声学理论中指出，在声源、介质、观测者存在
相对运动时，观测者接收到的声波频率与声源频率不同的 声学多普勒效应与波源及观测者 现象就是声学多普勒效应。 相对于介质运动有关，光学多普 勒效应只与光源和观测者之间的 • 爱因斯坦在《论物体的电动力学 》中指出，当光源与观测 相对运动有关，因此，声学（机 者有相对运动时，观测者接收到的光波频率与光源频率不 械波）和光学（电磁波）的多普 同，即存在光（电磁波）多普勒效应。 勒效应有本质区别。
r1 1 t1 c
在观测者所在坐标系K中来看，此波列发射截止于t2时刻 （光源在S2处）。t2时刻光源发出的光波传到观测者的时 刻为
r2 r1 v 2 t 2 t2 (t 2 t1 ) cos c c c
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激光多普勒测速技术
激光多普勒测速技术基础 1. 多普勒效应 2）光多普勒效应原理
激光测距
激光在军事中的应用激光测距激光测距技术出现于20世纪60年代中期，最早在航空、航天中得到应用、随着激光技术和数字处理技术的发展，由于其优异的性能得到了广泛的应用。
激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。
根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。
氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。
激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定(又称激光测距)的仪器。
激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。
激光测距有脉冲法、相位法和脉冲—相位法。
脉冲法准确度低，相位法准确度高1.脉冲法测距过程：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。
光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。
另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
原理：测距机发射矩形波激光脉冲，入射被测目标后返回部分的激光由，c为光速，t为激光脉冲测距机接收。
测距机与目标物的距离L为 L=c t2往返时间。
在激光器发射功率一定的情况下，光电探测器接受的回波功率P L的大小与测距机的光学系统的透过率有关，与目标物物理性质有关，与被测距离L的大小有关。
在不同目标下的测距方程：漫反射大目标：P L=P T A R2πL2ρK f K R K T K2α漫反射小目标：P L=P T A O A R2πΩT LρK f K R K T K2α角反射棱镜合作目标：P L=P T A t A RΩtΩT LρK f K R K T K2α式中，P T为发射功率；A R为接收光学系统的有效面积，A O为目标的有效面积，A t为角反射棱镜的有效面积，ΩT为经发散光学系统激光发散角，Ωt为角反射棱镜的激光发散角，K T为干涉滤光片的峰值透过率，K R为接收系统的透过率，K T为发射系统透过率，Kα为单程大气透过率，ρ为目标反射率。
激光其它测量技术PPT课件
(S1 - S2 ) =
A0
或:d =
A0 V0 Vd
V0 d A0
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三、扫描镜电流计测径
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四、位相调制扫描测量技术
影响激光扫描测量精度的主要因素： 工件边缘的衍射现象
衍射使被测工件的边界模糊，用时间脉冲计数 时，必然引人误差，使前述的光点扫描测量精度 限制在士0.01 mm。 位相调制扫描测量技术采用空间调制光束来扫描工 件，通过测量位相，而不是测时间来获得被测件的 尺寸，测量精度可达士1 um，适合于各种高温、高 压下做非接触高精度现场测量。
• 近在工件外形尺寸测量中得到广泛应用，应用最 多的是侧量线材直径。
• 其原理: 用一束平行光以恒定的速度扫描线材，并由放在
线材对面的光电接收器接收，投射到光电接收器 上的光线在光束扫描线材时被遮断，所以光电接 收器输出的是一个方波脉冲，脉冲宽度与线材直 径成正比。
第22页/共46页
一、转镜扫描测径
L =ct =c = (m m) 2f
若测量出某一时刻的相位，则测出 波通过的距离
第37页/共46页
为方便测量出相位变化，一般采用反射式
2L = (m m)
则
L = (m m) =Ls (m m) 2
实际上： 1. cos为2π周期的函数，
不能直接测出m的变化量 2. 一般的检相电路,只能检
出0-2π之间的相位变化
2）测量为CCD1与CCD2输出电压的比值,因此两CCD 参数尽量一致, 其物理参数尽量一致的同时,曝光时间、 采样间隔应严格同步
3）由于求频率是由鉴频器的特性决定, 鉴频器应该 恒压、恒温措施
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§6.2 激光扫描测径技术
激光遥感测距离、速度、跟踪
2 2f 2 2
（Hz） R 为目标至参考点距离（m）；c 为光速(m/s) ； 为调制波波长（m）。
相位位移是以 2 为周期变化的，因此有 ＝（N n) 2 式中 N 为相位变化整周期数;△n 为
相位变化非整周期数. Rห้องสมุดไป่ตู้ (N n) ,式(1)表明,只要测出发射和接收光波的相位差,即可得到
激光遥感测距离、速度、跟踪
自从 1960 年人类利用红宝石研制出第一台激光器以来，激光以其单色性、高亮度和良好 的方向性的特点，广泛的运用于测距，测速，大气研究，海洋研究，军事等领域。
最成熟和最经典的测距方法是脉冲测距和相位测距。 脉冲测距是通过直接测量激光脉冲的往返传播时间进行测距的。激光脉冲的往返传播时 间由距离计数器测量。距离计数器的开门信号为激光主波采样信号,对应的关门信号为激光回 波信号,激光脉冲往返时间根据计数器在开、关门信号之间及数值求的. 由上述测量原理可知,时间间隔测量精度主要取决于距离计数器的时间分辨率和主、回波 出发点的一致性。距离计数器的时间分辨率由时标振荡器（晶振）频率决定 主、回波出发点的一致性取决于时间触发方式和激光脉冲波形稳定性。时间触发方式主 要有恒定阈值触发方式、恒比定时触发方式和波型数字转换方式三种。 相位测距通过强度调制的连续光波在往返传播过程中相位变化来测量光束的往返传播时 间，其计算公式如下， R c (1)； 为调制光波的相位变化（rad）， f 为调制频率
等激光调制和信号处理的体制测距。
由激光器分出一束宽脉冲光束，通过调制器将线性调频的激光束发射出去，回波信号与
未经调制的固定频率本振光混频后，经匹配滤波器对信号进行压缩，变成一个幅度增大的窄
脉冲，接下来和脉冲测距同样方法得到距离，它的特点是发射宽的光脉冲，回波处理后得到
（Hz） R 为目标至参考点距离（m）；c 为光速(m/s) ； 为调制波波长（m）。
相位位移是以 2 为周期变化的，因此有 ＝（N n) 2 式中 N 为相位变化整周期数;△n 为
相位变化非整周期数. Rห้องสมุดไป่ตู้ (N n) ,式(1)表明,只要测出发射和接收光波的相位差,即可得到
激光遥感测距离、速度、跟踪
自从 1960 年人类利用红宝石研制出第一台激光器以来，激光以其单色性、高亮度和良好 的方向性的特点，广泛的运用于测距，测速，大气研究，海洋研究，军事等领域。
最成熟和最经典的测距方法是脉冲测距和相位测距。 脉冲测距是通过直接测量激光脉冲的往返传播时间进行测距的。激光脉冲的往返传播时 间由距离计数器测量。距离计数器的开门信号为激光主波采样信号,对应的关门信号为激光回 波信号,激光脉冲往返时间根据计数器在开、关门信号之间及数值求的. 由上述测量原理可知,时间间隔测量精度主要取决于距离计数器的时间分辨率和主、回波 出发点的一致性。距离计数器的时间分辨率由时标振荡器（晶振）频率决定 主、回波出发点的一致性取决于时间触发方式和激光脉冲波形稳定性。时间触发方式主 要有恒定阈值触发方式、恒比定时触发方式和波型数字转换方式三种。 相位测距通过强度调制的连续光波在往返传播过程中相位变化来测量光束的往返传播时 间，其计算公式如下， R c (1)； 为调制光波的相位变化（rad）， f 为调制频率
等激光调制和信号处理的体制测距。
由激光器分出一束宽脉冲光束，通过调制器将线性调频的激光束发射出去，回波信号与
未经调制的固定频率本振光混频后，经匹配滤波器对信号进行压缩，变成一个幅度增大的窄
脉冲，接下来和脉冲测距同样方法得到距离，它的特点是发射宽的光脉冲，回波处理后得到
激光多普勒测速课件
信号处理与控制系统的性能直接影响测速结果的准确性和实时性，是整 个测速系统的关键部分。
03
激光多普勒测速技术实验方法
实验准备与操作流程
实验设备
激光多普勒测速仪、水槽、电源、信号发生器、示波器等。
实验材料
水、透明玻璃或有机玻璃板、测量尺等。
实验准备与操作流程
操作步骤
1
2
1. 安装激光多普勒测速仪，确保其稳定运行。
材料科学、纳米技术等领域。
在材料表面形貌测量中，激光多普勒测速技术可以测 量材料表面的粗糙度、形貌和纹理等信息，提供材料
表面的三维形貌和表面动力学特征。
激光多普勒测速技术还可以用于测量材料表面的应力 、应变和热流等参数，为表面工程和材料科学研究提
供重要数据。
06
结论与展望
技术总结
激光多普勒测速技术是一种非接触、无损、高 精度、高分辨率的测量 技术，具有广泛的应用 前景。
在流体速度测量中，激光多普勒测速技术可以测量液体、气体和等离子体等流体的速度，具有广泛的应 用范围。
激光多普勒测速技术可以测量流体的平均速度和瞬时速度，提供流场的速度分布和流速矢量等信息，为 流体力学研究和工程应用提供重要数据。
粒子速度测量
激光多普勒测速技术在粒子速度测量中 具有高精度、非接触和实时性的优点， 广泛应用于气溶胶、燃烧颗粒、生物细 胞等领域。
未来，激光多普勒测速技术将不断优化，提高测量精度和 稳定性，拓展应用范围，为科学研究和技术创新提供更多 可能性。
同时，随着技术的进步和应用需求的增加，激光多普勒测 速技术的成本将逐渐降低，使得更多的领域和行业能够受 益于该技术的应用。
THANKS
感谢观看
在粒子速度测量中，激光多普勒测速技术可 以测量粒子在气体或液体中的速度，提供粒 子的运动轨迹和速度分布等信息。
03
激光多普勒测速技术实验方法
实验准备与操作流程
实验设备
激光多普勒测速仪、水槽、电源、信号发生器、示波器等。
实验材料
水、透明玻璃或有机玻璃板、测量尺等。
实验准备与操作流程
操作步骤
1
2
1. 安装激光多普勒测速仪，确保其稳定运行。
材料科学、纳米技术等领域。
在材料表面形貌测量中，激光多普勒测速技术可以测 量材料表面的粗糙度、形貌和纹理等信息，提供材料
表面的三维形貌和表面动力学特征。
激光多普勒测速技术还可以用于测量材料表面的应力 、应变和热流等参数，为表面工程和材料科学研究提
供重要数据。
06
结论与展望
技术总结
激光多普勒测速技术是一种非接触、无损、高 精度、高分辨率的测量 技术，具有广泛的应用 前景。
在流体速度测量中，激光多普勒测速技术可以测量液体、气体和等离子体等流体的速度，具有广泛的应 用范围。
激光多普勒测速技术可以测量流体的平均速度和瞬时速度，提供流场的速度分布和流速矢量等信息，为 流体力学研究和工程应用提供重要数据。
粒子速度测量
激光多普勒测速技术在粒子速度测量中 具有高精度、非接触和实时性的优点， 广泛应用于气溶胶、燃烧颗粒、生物细 胞等领域。
未来，激光多普勒测速技术将不断优化，提高测量精度和 稳定性，拓展应用范围，为科学研究和技术创新提供更多 可能性。
同时，随着技术的进步和应用需求的增加，激光多普勒测 速技术的成本将逐渐降低，使得更多的领域和行业能够受 益于该技术的应用。
THANKS
感谢观看
在粒子速度测量中，激光多普勒测速技术可 以测量粒子在气体或液体中的速度，提供粒 子的运动轨迹和速度分布等信息。
激光长度测量ppt课件
Δf2：多普勒频移
f2
2V f2 c
f2dl 输出脉冲数： N
N l 2 2
2
2
l
PM2移动距离
特点： 具有很强的抗干涉性：单频激光干涉仪光强变化50%就不能 作。而对双频激光干涉仪，即使光强损失95%，仪器仍能正常 工作。 测量范围大（>60m）。
衍射测量
细丝的夫琅和费衍射和测径原理
细丝的直径测量
L
X
N sin d
NL XN d
相邻两条纹的间距：
L b d
激光脉冲测距原理
原理:通过发射激光脉冲控制计时器开门，接收返回的激光脉冲 控制计时器关门，测量出激光光束在待测距离上往返传播的时 间完成测距的。其计算公式为：
1 d ct 2
激光脉冲测距仪对光脉冲的要求 光脉冲应具有足够的强度。 光脉冲的方向性要好。 光脉冲的单色性要好。 光脉冲的宽度要窄。 d
解决办法：采用多个调制频率(即 n 个测尺)进行测距。 短测尺(称为精尺)测定精确的小数。 长测尺(称为粗尺)测定距离的大数。 比如： 精测距离 （精尺为10 m，f ＝15MHz)： 6.678 m 1 粗测距离 （粗尺为2000m，f2 ＝75kHz)： 1350 m 仪器显示距离 1356.678 m
O 干板 O’ O’’ 干板
L
L
干涉条纹A
PCB
激光散斑法
角度测量
1. Sagnac效应和角速度测量 环形干涉仪的不动时，顺时 针和反时针传播一周所需时 间相同，即
L t c
当干涉仪转动时，两束光 （顺时针和反时针）传播的时 间之差为：
4 S L tc c
激光长度测量
激光长度测量
激光测距(非常详细).ppt
?
? ? 2? L c
L? c ?? 2nf 2?
?t
短距离、
高精度， 精度可达 毫米级。
三、卫星激光测距
作为激光测距应用的最重要成果之一 ——卫星激光测距 Satellite Laser Ranging ,简称为 SLR）技术起源于二十世纪六 十年代，是目前单次测距精度最高的卫星观测技术，其测距精度已 达到毫米量级，对卫星的测轨精度可达到 1-3 cm。
激光测距是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来换算出 距离的，其换算公式为：
d ? ct 2
测距方法分类
脉冲测距法：测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后，光 脉冲回到测距仪接收系统，测量其发射和接收光脉冲的时 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，间接测量时间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。
第九讲 激光测距
电子工程学院光电子技术系
主要内容
8.1 概述 8.2 脉冲激光测距 8.3 多周期脉冲激光测距 8.4 相位激光测距
8.1 概述
激光测距的特点
激光测距仪与其它测距仪(如微波测距仪等)相比， 具备的特点： ? 探测距离远测距精度高 ? 抗干扰性强 ? 保密性好 ? 体积小 ? 重量轻
一、脉冲激光测距
由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标 反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
d ? ct 2
测程远，精度与激光脉宽有关，普通的纳秒 激光测距精度在米的量级 。
t 的测量：
开
结
始
束Байду номын сангаас
第6章 激光测速与测距技术
D．不知声速和火车车速，不能判断
26
3、以速度u=20m/s奔驰的火车,鸣笛声频率为 275Hz,已知常温下空气中的声速v=340m/s。 ⑴当火车驶来时,站在铁道旁的观察者听到的笛 声频率是多少？ 292Hz ⑵当火车驶去时,站在铁道旁的观察者听到的笛 声频率是多少？ 260Hz 4、一个观察者在铁路附近，当火车驶近时，他听 到的汽笛声频率为f1=440Hz，当火车驶远时，他听 到的频率为f2=392Hz，在大气中声音速度为 330m/s，求火车的速度？ 19m/s
27
5、静止不动的超声波探测器能发射频率为100 kHz的 超声波。有一车辆迎面驶来，探测器接收到从车辆反 射回的超声波频率为112 kHz。如果空气中的声速为 340 ms1 ，试求车辆的行驶速度。 解：超声波传向车辆时 超声波反射回探测器时
u V u
u u V
1
思考与讨论
当奔驰的列车向你驶来，并经过你的身 旁，而后又离开你驶向远方，在这一过程中， 你有没有注意到你耳朵中听到的列车的鸣笛 声有什么特殊的现象？
2
生活中的特殊现象
列车靠近时，鸣笛声越来越尖锐；列车远离 时，鸣笛声越来越低吟。是不是列车的扩音器的频 3 率本身发生了变化？
生活中的特殊现象
汽车驶近时，行驶的声音越来越尖锐；汽车 远离时，行驶的声音越来越低吟。是不是汽车行驶 4 的声音的频率本身也发生了变化？
xdx xudt c 2 (t * t )(dt * dt )
x u dt* (1 2 )dt 2 x y c
dt0 dt 1 β 2
c(t * t ) x 2 y 2
dt* (1 u cosθ )dt c
(1 u cosθ ) T * ν dt * c 0 dt0 T0 ν 1 β 2
激光雷达在测距与测速中的应用技巧
激光雷达在测距与测速中的应用技巧激光雷达是一种利用激光束进行测距和测速的设备，在现代科技中有着广泛的应用。
不同于传统的测距仪器，激光雷达的测量精度更高，测距速度更快，具有非常大的优势。
本文将探讨激光雷达在测距与测速中的应用技巧。
首先，激光雷达在测距方面的应用技巧。
激光雷达在测距时需要注意避免衰减和散射现象对测量结果的影响。
对于衰减现象，我们可以采用信号增益技术来增强接收到的激光信号强度，从而提高测距的精度。
而对于散射现象，我们可以通过合理设置激光雷达的参数来降低散射反射带来的误差。
此外，激光雷达的测距精度还受到大气密度和温度等因素的影响，因此在实际应用中需要进行补偿校正，以确保测距结果的准确性。
其次，激光雷达在测速方面的应用技巧。
激光雷达可以通过测量激光的频率变化来计算目标的速度。
在实际应用中，我们需要考虑到多种因素对测速的影响。
首先是目标的尺寸和形状，因为目标的反射面积和形状不同，接收到的激光信号强度也会有所不同，从而影响测速的准确性。
其次是目标的运动状态，快速移动的目标可能会导致测量精度下降，因此需要在设备选择和使用时加以考虑。
此外，环境条件（如光照、天气等）也会对测速结果产生影响，因此需要进行相应的校正和调整。
使用激光雷达进行测距和测速时，还需要注意设备的使用方法和技巧。
首先，需要保持设备的稳定。
激光雷达对于较小的抖动和震动非常敏感，因此在使用时需要注意避免设备的晃动。
其次，需要保持激光雷达的镜头清洁。
镜头的污染会导致激光信号的损失和散射，从而影响测量结果的准确性。
因此，定期清洁镜头是保持激光雷达性能的重要步骤。
此外，还需要注意避免遮挡物的干扰。
激光雷达需要发射和接收激光信号来进行测距和测速，因此遮挡物的存在会导致信号的损失和反射方向的改变，从而影响测量的精度。
最后，激光雷达在测距与测速方面的应用技巧不仅仅局限于以上所述。
随着技术的不断进步和创新，激光雷达在各个领域的应用也在逐渐扩展。
例如，在自动驾驶领域，激光雷达被广泛用于环境感知和障碍物检测，以实现自主导航和避障。
激光雷达测距测速原理
激光雷达测距测速原理1. 激光雷达通用方程激光雷达方程用来表示一定条件下，激光雷达回波信号的功率，其形式如下： r P 为回波信号功率，t P 为激光雷达发射功率，K 是发射光束的分布函数，12a a T T 分别是激光雷达发射系统到目标和目标到接收系统的大气透过率，t r ηη分别是发射系统和接收系统的透过率，t θ为发射激光的发散角，12R R 分别是发射系统到目标和目标到接收系统的距离，Γ为目标的雷达截面，r D 为接收孔径。
方程作用：激光雷达方程可以在研发激光雷达初期确定激光雷达的性能。
其次，激光雷达方程提供了回波信号与被探测物的光学性质之间的函数关系，因此可以通过激光雷达探测的回波信号，通过求解激光雷达方程获得有关大气性质的信息。
2. 激光雷达测距基本原理2.1 脉冲法脉冲激光雷达测距的基本原理是，在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲，激光脉冲到达目标后会反射回一部分被光功能接收器接收。
假设目标距离为L ，激光脉冲往返的时间间隔是t ，光速为c ，那么测距公式为L=tc/2。
时间间隔t 的确定是测距的关键，实际的脉冲激光雷达利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来确定时间t ，时钟晶体振荡器用于产生固定频率的电脉冲震荡∆T=1/f ，脉冲计数器的作用就是对晶体振荡器产生的电脉冲计数N 。
如图所示，信息脉冲为发射脉冲，整形脉冲为回波脉冲，从发射脉冲开始，晶振产生脉冲与计数器开始计数时间上是同步触发的。
因此时间间隔t=N ∆T 。
由此可得出L=NC/2f 。
图1 脉冲激光测距原理图2.2 相位法相位测距法也称光束调制遥测法，激光雷达相位法测距是利用发射的调制光和被目标反射的接受光之间光强的相位差包含的距离信息来实现被测距离的测量。
回波的延迟产生了相位的延迟，测出相位差就得到了目标距离。
假设发射处与目标的距离为D ，激光速度为c ，往返的间隔时间为t ，则有：图2 相位法测距原理图假设f 为调制频率，N 为光波往返过程的整数周期，∆ϕ为总的相位差。
激光测速(1).ppt
)νi
如图6-32可得
υ (es ei ) u es
ei
2u sin
2
νD
2uνi
c
sin
2
若入射光在真空中的波长为i，则有
νD
2uνi
c
sin
2
2u c i c
sin
2
u
i D 2 sin
2
7
双散射光束型多普勒测速
双散射光束型测速方法是通过检测在同一测量点上的两束散射光的多普 勒频差来确定被测点处流体的流速的。如图6-33所示为干涉条纹型。
D L
N
S D 2 L2 4 4N 2
光程差则可以表示为
L 4SN LD
c
c
提高测角精度的方法：加大直径、增加圈数。 实用的环形激光测角采用光纤陀螺仪。
图6-39 光纤陀螺仪示意图
13
第6章 激光在精密测量中的 应用（3）
6.5 激光多普勒测速 6.6 环形激光测量角度和角加速度
1
6.5 激光多普勒测速
激光多普勒测速的原理：用一束单色激光照射到 随流体一起运动的微粒上，测出其散射光相对于 入射光的频率偏移，即所谓的多普勒频移，进而 确定流体的速度。
2
运动微粒上接收到的光源入射光的频率
10
管道内水流的测量
双散射型测量光路
图6-36 测量管道内水流速度分布的激光多普勒测速系统原理图
11
环形激光精密测角
Sagnac效应：利用一种环形干涉仪，当环形干涉仪转动时，沿顺时 针方向传播和沿逆时针方向传播产生的光程差，测量该光程差引起的 干涉条纹变化，达到测角的目的。
tcw
1 c
dl
1 c2
第九章 激光测距.完整版PPT资料
可产生±1个脉冲当量的误差，且影响2次：
·对电路的性能要求很高。
上两式相减，并以L2代入得：
则脉冲激光测距中最小脉冲当量的公式：
连续激光经过高频调制后成为高频调制光，设调制频率为fυ，如图9-11所示。
对如图9-9所示的出窗探测系统，设接收物镜口径为D，视场角为w，在象面上光斑直径为φ，则当w很小时，可用下式建立它们之间的
图9-7
场镜的作用是减小探测器口径，并使孔径光栏成像在光 电探测器上
设计时满足以下关系：
1 l1 D
1 l
0 .8
0
1
f 2
1
l l
式中：β为横向放大倍率，φ0为光电探器光敏面直径。
解以上方程组，可得 l、f2和 值。
2、出窗探测系统（图9-8） 图9-8
（二）设计中几个光学参数的讨论 1、接受物镜相对孔径 D f 和探测器光敏面（φ0）的关系。
欲使激光能量充分利用，则要求At≤As，此时
At<As时，
A≤t 1 As
At As
max
但1 当
2、激光回波在单位立体角内所含的激光功率Pe（激光在目
标产生漫反射，其漫反射系数为ρ）
附注：几个概念
（1）*立体角（Ω）的概念：（如图9-2）
ds R 2（球面度）
图9-2
（2）一点光光源向三维空间幅射的立体角为：
二、光电读数（图9-4） 图9-4
因为 s12ct12cNfT(fT为晶振)频率 测距仪的最小脉冲正量δ为：
令N=1
则 c
2 fT
例：设fT=150MHz=1.5×108Hz，C=3×108m
则： 318 0 1m
21.518 0 三、测距精度
《激光测距》课件
激光测距技术的突破
目前，激光测距技术已经取得了很多突破，如高精度、高速度、高稳定性的测量，以及在复杂环境下 的测量能力。未来，激光测距技术有望实现更多突破，如实现更高精度的测量、更远距离的测量、更 小体积的设备等。
激光测距与其他技术的融合发展
要点一
激光测距与机器视觉技术的融合
要点二
激光测距与物联网技术的融合
激光测距在智能化和物联网领域的应用
智能化应用
激光测距技术在智能化领域有着广泛的应用 前景。例如，在智能制造中，激光测距技术 可以用于自动化生产线上的测量和定位；在 智能交通中，激光测距技术可以用于车辆距 离和速度的测量，提高交通安全性。
物联网应用
激光测距技术在物联网领域也有着重要的应 用价值。例如，在智能农业中，激光测距技 术可以用于农田面积和作物高度的测量，实 现精准农业管理；在智能安防中，激光测距 技术可以用于建筑物和设施的安全监测和预 警。
通过测量激光脉冲往返时间来计算距 离。精度高，但受限于光速和时间测 量精度。
通过测量激光光束在目标表面产生的 光斑位置来计算距离。具有结构简单 、测量范围大等优点，但精度较低。
相位激光测距
通过测量激光光束的相位变化来计算 距离。具有较高的测量精度和动态范 围，但易受环境影响。
激光测距系统的性能指标
THANK YOU
。
02
激光测距系统
激光测距系统的组成
激光发射器
用于产生激光束，通常 采用脉冲或连续波方式
。
目标反射器
用于将激光束反射回接 收器，通常为平面反射
镜或漫反射器。
接收器
用于接收反射回来的激 光束，并进行光电转换
。
信号处理单元
用于处理接收到的信号 ，计算出目标距离。
目前，激光测距技术已经取得了很多突破，如高精度、高速度、高稳定性的测量，以及在复杂环境下 的测量能力。未来，激光测距技术有望实现更多突破，如实现更高精度的测量、更远距离的测量、更 小体积的设备等。
激光测距与其他技术的融合发展
要点一
激光测距与机器视觉技术的融合
要点二
激光测距与物联网技术的融合
激光测距在智能化和物联网领域的应用
智能化应用
激光测距技术在智能化领域有着广泛的应用 前景。例如，在智能制造中，激光测距技术 可以用于自动化生产线上的测量和定位；在 智能交通中，激光测距技术可以用于车辆距 离和速度的测量，提高交通安全性。
物联网应用
激光测距技术在物联网领域也有着重要的应 用价值。例如，在智能农业中，激光测距技 术可以用于农田面积和作物高度的测量，实 现精准农业管理；在智能安防中，激光测距 技术可以用于建筑物和设施的安全监测和预 警。
通过测量激光脉冲往返时间来计算距 离。精度高，但受限于光速和时间测 量精度。
通过测量激光光束在目标表面产生的 光斑位置来计算距离。具有结构简单 、测量范围大等优点，但精度较低。
相位激光测距
通过测量激光光束的相位变化来计算 距离。具有较高的测量精度和动态范 围，但易受环境影响。
激光测距系统的性能指标
THANK YOU
。
02
激光测距系统
激光测距系统的组成
激光发射器
用于产生激光束，通常 采用脉冲或连续波方式
。
目标反射器
用于将激光束反射回接 收器，通常为平面反射
镜或漫反射器。
接收器
用于接收反射回来的激 光束，并进行光电转换
。
信号处理单元
用于处理接收到的信号 ，计算出目标距离。
激光测距原理课件
激光发射器的性能直接影响测距精度和测量范围，因此对其稳定性和可靠性要求较 高。
激光接收器
激光接收器用于接收反射回来的激光束， 并将其转换为电信号。
它通常由光电探测器、前置放大器和光 学系统组成，其中光电探测器将光信号 转换为电信号，前置放大器则对微弱的 电信号进行放大，光学系统则负责聚焦
和准直。
激光接收器的性能直接影响测距精度和 测量范围，因此对其灵敏度和抗干扰能
影响，从而提高测量精度。
优化数据处理算法
03
通过改进和优化数据处理算法，可以更准确地提取距量范围
研发超远距离激光测距仪
通过提高激光器的功率和采用超远距离探测器，可以扩大激光测 距的测量范围。
采用相位调制技术
相位调制技术可以消除激光束在大气中传播时的散射和折射效应， 从而扩大测量范围。
中精度激光测距
测量精度达到厘米级，广 泛应用于地形测绘、建筑 测量等领域。
低精度激光测距
测量精度达到米级，常见 于车辆导航、安全监控等 领域。
04 激光测距的应用
建筑测量
建筑物的长度、宽度、高度和距离等参数的测量
利用激光测距仪可以快速、准确地测量建筑物的各种参数，为施工提供可靠的数据支持。
施工过程监测
测量距离在百米以内，常 用于地形测绘、机器人定 位等。
中距离激光测距
测量距离在百米至千米之 间，广泛应用于建筑测量、 车辆导航等领域。
长距离激光测距
测量距离在千米至数十千 米，常见于大范围地形测 绘、气象观测等。
按测量方式分类
脉冲式激光测距
通过测量激光脉冲往返时间来计 算距离，具有测量精度高、测量
激光测距无需接触被测物体，可以方便地 测量难以接近或移动的物体。
激光接收器
激光接收器用于接收反射回来的激光束， 并将其转换为电信号。
它通常由光电探测器、前置放大器和光 学系统组成，其中光电探测器将光信号 转换为电信号，前置放大器则对微弱的 电信号进行放大，光学系统则负责聚焦
和准直。
激光接收器的性能直接影响测距精度和 测量范围，因此对其灵敏度和抗干扰能
影响，从而提高测量精度。
优化数据处理算法
03
通过改进和优化数据处理算法，可以更准确地提取距量范围
研发超远距离激光测距仪
通过提高激光器的功率和采用超远距离探测器，可以扩大激光测 距的测量范围。
采用相位调制技术
相位调制技术可以消除激光束在大气中传播时的散射和折射效应， 从而扩大测量范围。
中精度激光测距
测量精度达到厘米级，广 泛应用于地形测绘、建筑 测量等领域。
低精度激光测距
测量精度达到米级，常见 于车辆导航、安全监控等 领域。
04 激光测距的应用
建筑测量
建筑物的长度、宽度、高度和距离等参数的测量
利用激光测距仪可以快速、准确地测量建筑物的各种参数，为施工提供可靠的数据支持。
施工过程监测
测量距离在百米以内，常 用于地形测绘、机器人定 位等。
中距离激光测距
测量距离在百米至千米之 间，广泛应用于建筑测量、 车辆导航等领域。
长距离激光测距
测量距离在千米至数十千 米，常见于大范围地形测 绘、气象观测等。
按测量方式分类
脉冲式激光测距
通过测量激光脉冲往返时间来计 算距离，具有测量精度高、测量
激光测距无需接触被测物体，可以方便地 测量难以接近或移动的物体。
演示文稿激光测距非常详细
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（4）“郎伯”定律：
现在是28页\一共有70页\编辑于星期六
设光正入射到一漫反射体，设垂直于漫反射面反射的光强为IN， 若向任一方向漫反射的光强Ii满足下式：
即Ii=IN·Cosi
则该漫反射体称作“余弦幅射体”或“郎伯幅射体”。 设激光发射光轴与目标漫反射面法线重合，且主要反射能量集中
（优选）激光测距非常详细
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主要内容
8.1 概述 8.2 脉冲激光测距 8.3 多周期脉冲激光测距 8.4 相位激光测距
现在是2页\一共有70页\编辑于星期六
8.1 概述
激光测距的特点
激光测距仪与其它测距仪(如微波测距仪等)相比， 具备的特点： 探测距离远测距精度高 抗干扰性强 保密性好 体积小
制
计
机
算
计数器
开
脉冲分配器
机
箱
关
伺服系统
发射望远镜
SPAD
接收望远镜
转台
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测距精度与激光脉宽
测距精度是由于激光脉冲前后沿时间差造成的；
因此激光脉冲宽度影响测距精度：
LCt
表：测距精度与脉宽的比较
脉宽
10ns
100ps
测距精度
开
结束
始
t
时钟 脉冲
t=NT
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脉冲测距
激光脉冲测距仪的简化结构如下图所示：
现在是7页\一共有70页\编辑于星期六
激光脉冲测距仪的简化结构
测距仪对光脉冲的要求：
激光测距原理资料共49页文档
激光测距原理资料
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
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到的完全波的个数减少，即接
收到的频率减少。
11
多普勒效应的成因
1、波源朝观察者运动时
观察者感觉到波 变得密集，即波长 减小，接收到的频 率增大。
2、波源远离观察者运动时 观察者感到波变得稀疏，即波长增大，
接收到的频率减少。
12
多普勒效应
1、当波源与观察者有相对运动时，如果二 者相互接近，观察者接收到的频率增大； 如果二者相互远离，观察者接收到的频率 减小。
uVo uVo uVo
u
u
由此可见，观察者所接收的频率小于波源的频率
总之，波源静止，观察者以速率Vo运动时
u Vo
uLeabharlann 16 16三、观察者不动，波源相对于介质运动
波源的振动频率
观察者测得的频率
1. 波源向观察者运动
假定在t时刻，波源处 于S点处，经一个周期T 后，波传播到D点，波源 运动到C点。
观察者运动等效于波速的变化
u' u Vo
19 19
(uVo)
'
u'
'
s
umVs
uVo
umVs
波源和观察者相向运动时，V o 前取正号，V s 前为负号； 波源和观察者相反运动时，V s 前取正号，V o 前为负号
频率改变的原因：在观察者运动的情况下，频率
改变是由于观察者观测到的波数增加或减少；在波源
Vo 0 DO
18 18
' S C u T V sT (u V s)T
u u u
Vs
uVs uVs
由此看见，观察者所接收到的频率降低
C
S
四、波源和观察者都相对于介质运动
'
Vo DO
即 Vs 0,Vo 0 波源运动等效于波长的变化
' B C u T V s T (u V s)T (u V s)
观察者所接收的频率取决于单位时间内接收到波长的个数
' u
此时，波的频率即为波源的频率。
14 14
二、 波源相对于介质不动，观察者相对于介质运动
波源的振动频率
观察者测得的频率
1. 观察者向波源运动
uVo uVo uVo
u
u
由此可见，观察者所接收的频率大于波源的频率
15 15
2. 观察者以Vo离开波源运动
Vs
SC
'
Vo 0 DO
17 17
SC VsT
Vs
' S C u T V sT (u V s)T S
C
u
u uVs
u
uVs
'
由此看见，观察者所接收到的频率升高 '
2. 波源背离观察者运动
Vs
SC VsT
CS
' S C u T V sT (u V s)T
Vo 0 DO
思考与讨论
当奔驰的列车向你驶来，并经过你的身 旁，而后又离开你驶向远方，在这一过程中， 你有没有注意到你耳朵中听到的列车的鸣笛 声有什么特殊的现象？
1
生活中的特殊现象
列车靠近时，鸣笛声越来越尖锐；列车远离
时，鸣笛声越来越低吟。是不是列车的扩音器的频
率本身发生了变化？
2
生活中的特殊现象
汽车驶近时，行驶的声音越来越尖锐；汽车
就能知道血流的速度．这种方法俗称“彩超”，可以检查
心脏、大脑和眼底血管的病变。
23
多普勒效应的应用
应用5、军事应用(E-3“望楼” 预警机) 脉冲多普勒雷达，多谱勒导航仪
应用3、用多普勒效应测量其它星系向着还是远离地 球运动的速率。
宇宙中的星球都在不停地运动．测量星球上某些元素 发出的光波的频率，然后跟地球上这些元素静止时发光的 频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度。
应用4、临床上应用：彩色多普勒超声诊断系统
医生向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管
中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，
10
多普勒效应的成因
1、波源和观察者没有相对运动时 单位时间内波源发出几个
完全波，观察者在单位时间内就 接收到几个完全波，故观察者接 收到的频率等于波源的频率。 2、观察者朝波源运动时
观察者在单位时间内接收到 的完全波的个数增多，即接收 到的频率增大。
3、观察者远离波源运动时
观察者在单位时间内接收
运动的情况下，频率改变是由于波长的缩短或伸长。
20 20
多普勒效应中观测频率的计算
1、波源不动，观察者相对波源运动 1）观察者朝波源运动 f测v波波v人(1vv人 波)f波 2）观察者离波源运动 f测v波波v人(1vv人 波)f波
2、观察者不动，波源相对观察者运动
1）波源朝观察者运动 f测波v波 v源T波v波 v波 fv波 源 2）波源离观察者运动 f测波v波 v源T波v波 v波 f波 v源
2、当观察者逆着队伍 行走时，数经过的队 伍中的人数，每分钟 将大于30个人经过。
3、当观察者与队伍同向
行走且速度比队伍的小
时，数经过的队伍中的
人数，每分钟将小于30
个人经过。
9
多普勒效应的成因
1、声源完成一次全振动，向外发出一个波长 的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次 数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出 的完全波的个数。 2、观察者听到的声音的音调，是观察者接收 到的频率，即单位时间内接收到的完全波的 个数。 3、由于相对运动，声 源的频率没有变化， 而是观察者接收到的 频率发生了变化。
21
多普勒效应的应用
多普勒效应是波动过程共有的特征，一切 波（如电磁波和光波）都能发生多普勒效应。
应用1、雷达测速仪： 交通警察向行进中的 汽车发射一个已知频 率的电磁波（通常是 红外线），波被运动 的汽车反射回来时， 接收到的频率发生变 化，由此可指示汽车 的速度。
22
多普勒效应的应用
应用2、有经验的铁路工人可以从火车的汽笛声判断 火车的运动方向和快慢；有经验的战士可以从炮弹 飞行时的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去。
远离时，行驶的声音越来越低吟。是不是汽车行驶
的声音的频率本身也发生了变化？
3
生活中的特殊现象
飞机飞近时，轰鸣声越来越尖锐；飞机飞远
时，轰鸣声越来嘶哑。是不是飞机的轰鸣声的频率
本身也发生了变化？
4
5
多普勒效应实验
8
多普勒效应模拟
v测=0 v测
v测
1、观察者静止不动， 数经过的队伍中的人 数，每分钟假设有30 个人经过。
2、在观察者运动的情况下，引起观察者接
收频率的改变，是由于观测到的波的速度发
生改变（波的波长不变）。
3、在波源运动的情况下，引起观察者接
收频率的改变，是由于观测到的波的波长
发生改变（波的速度不变）。
13
一、波源和观察者相对于介质静止
波源的振动频率
观察者测得的频率
两个相邻等相位面之间的距离是一个波长