红外测距仪的原理及其应用
红外测距仪的原理及其应用
作者：斌实， 秉礼
作者单位：
刊名：
红外
英文刊名：INFRARED
年，卷(期)：2003(3)
被引用次数：1次
引证文献(1条)
1.张红苹基于超声的船舶吨位检测技术[学位论文]硕士 2006
本文链接：https://www.docsj.com/doc/d912073652.html,/Periodical_hongw200303010.aspx
红外线测距仪测量原理
红外线测距仪测量原理 测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。 红外测距仪的分类有激光红外，红外和超声波三种，目前测距仪主要是指的激光红外测距仪，红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限，测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外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。 测距仪有测量距离和测量精度，同时又是电子设备，所以品牌的选择非常重要，国际知名品牌的测距仪，在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。 一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。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。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。 目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。 望远镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点，2013年，美国激光技术杂志公布的数据，2013年全球单品销售冠军是图雅得SP1500，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪
红外通信电路
红外通信基本原理 红外通信是利用950nm近红外波段红外线作为传递信息媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲形式发送出去；接收端将接收到光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。 简而言之，红外通信实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道调制解调器。 https://www.docsj.com/doc/d912073652.html,提示请看下 图: 2 红外通信接口硬件电路设计 单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机串行接口与片外红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统红外串行通信接口，如图1所示。 2.1 红外发送器
红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管T1和T2、红外发射管D1和D2等部分。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻（R1、R2）和电容（C1、C2）组成，用以产生38kHz脉冲序列作为载波信号；红外发射管D1和D2选用Vishay公司生产TSAL6238，用来向外发射950nm红外光束。 2．2 硬件电路 接口电路如图4所示，J1为红外发射／接收电路的发射信号和接收信号接口，可以用1 0Pi ns排线直接和SPCE061A的10B高8位相连，通过SPCE061A的IOB8输出38kHz的调制波，IOB8输出TimerA PW M脉宽调制输出。载波图如图3所示。 红外信号的调制主要有两种，一种是脉宽调制(PWM)，一种是通过脉冲串的时间间隔实现信号调制的脉时调制(PPM)，本文采用的方法是PPM。 61板是这个系统的控制核心，红外发射管选用的是由Visay公司生产的TSAL6238，用来发射940nm的红外光束，发射电路主要由电阻电容三极管和红外发射管组成，串行码的发送主要由TimerA定时器，IOB8编程为第二功能是由TimerA控制输出占空比可调的脉宽调制信号APWM0，产生38kHz的载波信号，如图5是38kHz的调制波。串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动三极管，利用两个红外发射管将38kHz的载波信号以光脉冲的形式向外发送。串行码为1时，打开输出，为0时，关闭APWM0输出(输出低电平)。用TimerB控制脉冲宽度。 红外发送器工作原理为：串行数据由单片机串行输出端TXD送出并驱动T1管，数位“0”使T1管导通，通过T2管调制成38kHz载波信号，并利用两个红外发射管D1和D2以光脉冲形式向外发送。数位“1”使T1管截止，红外发射管D1和D2不发射红外光。若传送波特率设为1200bps，则每个数位“0”对应32个载波脉冲调制信号时序，如图2所示。 https://www.docsj.com/doc/d912073652.html,提示请看下 图:
sharp红外测距传感器
红外测距传感器：Sharp红外传感器的原理以及使用技巧 2009-02-23 21:20 在过去几年中，Sharp开发了很多种红外距离传感器。这些传感器不但体积小，功耗也很低。这篇文章就简单的介绍一下这些传感器的不同点，使用方法，接口方法以及一些使用上的小技巧。 工作原理： Sharp的红外传感器都是基于一个原理，三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如图1所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。
图1：三角测量原理 可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD 的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。 非线性输出： Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。没个型号的输出曲线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。 图2：Sharp GP2D12输出曲线 从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍
相位式光电测距仪的工作原理
§4.2 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。 4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。 图4-4 由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，会 聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。 ?Φ+?=ΦN π2 这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=?）测距信号，用D e 表示。D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟?Φ+?=ΦN π2。为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=?）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。 当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差?Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数
N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。 4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理 1.光源 相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs ）二极管和氦-氖（He-Ne ）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。下面对这二种光源作一介绍。 （1）砷化镓（GaAs ）二极管 砷化镓（GaAs ）二极管是一种晶体二极管，与普通二极管一样，内部也有一个PN 结，如图4-5所示。它的正向电阻很小，反向电阻较大。当正向注入强电流时，在PN 结里就会有波长为0.72～0.94μm 之间红外光出射，而且出射的光强会随着注入电流的大小而变化，因此可以简单地通过改变馈电电流对光强的输出进行调制，即所谓“电流直接调制”。这对测距仪用作光源十分有意义，因为能直接调制光强，无需再配备结构复杂、功耗较大的调制器。此外，砷化镓二极管光源与其他光源比较，还有体积小重量轻，结构牢固和不怕震动等优点，有利于使测距仪小型化，轻便化。 图4-5 图4-6 GaAs 二极管有两种工作状态，一种是发射激光，称为GaAs 激光器；另一种是发射红外荧光，称为发光二极管。两者的区别，主要是注入电流强度的不同。由于GaAs 发光管，发射连续的红外光频带较宽（100～500o A ），波长不够稳定，功率较小（约3mW ）和发散角大（达50o ），故采用这种光源的测距仪的测程都不远，一般在3km 以内。红外光的波长，因GaAs 掺杂的差异和馈电电流等不同而异。如国产HGC-1红外测距仪的 =λ0.93μm ； 瑞士DI3和DI3S 的λ分别为0.875μm 和0.885μm ；瑞典AGA-116的λ= 0.91μm 。 （2）氦-氖（He-Ne ）气体激光器
红外无线通信装置(非常详细的原理)
西南科技大学 自动化专业方向设计报告 设计名称：红外光通信装置 姓名：杨 * * 学号: 2 0 1 0 5 7 8 9 班级：自动 1 0 0 4 班 指导教师：武丽 起止日期： 2013年10月15日--11月9日 西南科技大学信息工程学院制
方向设计任务书 学生班级：自动1004 学生姓名：杨* * 学号：20105789 设计名称：红外光通信装置 起止日期：2013年10月15日---11月9日指导教师：武丽 方向设计学生日志
红外光通信装置 摘要：基于2013年电子设计大赛红外光通信装置题目的要求，设计了具有实际运用价值的红 外光无线扩音装置。该装置由音频放大滤波电路，SPWM音频信号比较调制器，红外载波信号发生器，红外接收器，功率放大电路，LC低通滤波等模块构成。由模拟电路搭建的红外光通信信道传送经过处理的连续的音频信号，并由后级电路还原传送出来的音频信号，让喇叭发出原始音频信号。该系统能够完整的将频率范围为300Hz-8KHz的音频信号通过红外光传送4m以 外并接收还原。 关键词：红外光通信；音频传送；SPWM载波 Design of Infrared Communication Device Abstract:The infrared communication device is based on the National Undergraduate Electronic Design Contest of 2013 , but it has more practical application value . This appliance contains an amplifier , SPWM modulator audio signal comparator , an infrared carrier signal generator , IR receiver , Power amplifier circuit , LC low-pass filter . The analog circuit structures of the infrared light transmitted through the communication channel continuous audio signal processed by the post-stage circuit to restore the audio signal sent out , so that the original audio signal horn . The system can be a complete frequency range of 300Hz-8KHz audio signals transmitted by infrared light and receive reduction up to 4m , temperature detection and transmission display . Keyword: Infrared light transmission ; Audio transmission ; SPWM 0 引言 现在市面上使用较为广泛的无线技术有红外光无线以及无线电技术。无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术，无线电波是在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波，频率为300MHz-300GHz的电磁波称为微波，也称为“超高频电磁波”。其特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大；主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。红外是一种无线通讯方式，可以进行无线数据的传输。自1974年发明以来，得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。
光学测距原理
光学测距原理 1.利用红外线测距或激光测距的原理是什么？ 测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c = 299792458m/s 和大气折射系数n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难，通常是测定连续波的相位，称为测相式测距仪。当然，也有脉冲式测距仪，典型的是WILD的DI-3000 需要注意，测相并不是测量红外或者激光的相位，而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。 建筑行业有一种手持式的测距仪，用于房屋测量，其工作原理与此相同。 2.被测物体平面必须与光线垂直么？ 通常精密测距需要全反射棱镜配合，而房屋量测用的测距仪，直接以光滑的墙面反射测量，主要是因为距离比较近，光反射回来的信号强度够大。与此可以知道，一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。 3.若被测物体平面为漫反射是否可以？ 通常也是可以的，实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。 4.若以超声波测距代替是否可以让物体延一墙壁运动并测出与对面墙的距离？ 此问题搞不懂你的意图，超声波测距精度比较低，现在很少使用。 激光测距（即电磁波，其速度为30万公里/秒），是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。相位测距技术的测距精度高,但作用距离有限,主要用于高精度大地测量。众所周知，光在给定介质的传播速度是一定的，因此，通过测量光在参考点和被测点之间的往返传播时间，即可给出目标和参考点之间的距离。 相位测距法是通过强度调制的连续光波在往返传播过程中的相位变化来测量光束的往返传播时间，其计算公式如下： t=Φ/2πf 式中，t为光波往返传播时间（s）；Φ为调制光波的相位变化量（rad）; f为调制频率（Hz）。 光的往返传播时间得到后，目标至参考点的距离可由下式求得 R=(c/2)×(Φ/2πf)=(λ/2)×(Φ/2π) 式中，R为目标至参考点距离（m）；c为光波传播速度（m/s）；λ为调制光波波长（m）。 相位位移是以2π为周期变化的，因此有 Φ=（N+△n）.2π 式中，N为相位变化整周期数；△n为相位变化非整周期数。
红外热成像摄像机原理分析以及应用
红外热成像摄像机原理分析以及应用 随着技术的进步，监控系统已经在各个领域得到了广泛的应用。目前的视频监控系统主要采用可见光摄像机和人工监视、录像相结合的方式进行日常的安全防护，但由于可见光摄像机在恶劣天气或照度较低的条件下，很难滤除干扰得到有用的视频图像，因此使得整个安防系统在夜间或恶劣天气条件下的防范能力大打折扣。 同时，由于现在的视频监控系统仍然依托于人工监视，安保人员需要对监控画面进行24小时不间断的监视、人为对视频图像进行分析报警，否则系统就起不到实时报警的功能，而更多的只是事发后取证的作用。从整体上来说，目前的视频监控系统还处于在半天时、半天候和半自动状态。 在伊拉克战争中，美军平均每个士兵拥有1.7台红外热像仪产品 一项统计数据表明，世界上47%的暴力犯罪案件发生在晚6点到早6点之间。原因很简单，在夜幕的笼罩下，犯罪分子容易隐蔽，犯罪场面也不容易被看见——黑暗掩盖了犯罪行为。即使安装了一般的视频监控系统，也有可能让犯罪分子逃之夭夭。因此，如何提高在“夜黑风高”的案件高发时间段的自动报警防范能力，成为安防系统当成亟待解决的难题之一。 在这种情况下，红外热成像技术以其作用距离远、穿透能力强、能识别隐蔽目标等优势被引入安防领域，成为监控领域的一份子。 热成像摄像机的监控原理 在自然界中一切温度高于绝对零度(-273.16摄氏度)的物体都不断地辐射着红外线，这种现象称为热辐射。红外线是一种人眼不可见的光波，无论白天黑夜，物体都会辐射红外线，但红外线不论强弱，人们都看不到。 热成像摄像机(又叫热像仪)就是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号，经过红外光学系统红外探测器的光敏源上利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热图像。利用这种原理制成的仪器为热成像摄像机。它通过探测微小的温度差别，将温度差异转换成实时的视频图像，显示在监视器上。与其他需要少量光线产生影像的夜视系统不同，其完全不需要任何光，这使它成为人们在全黑环境、黑暗的夜晚监控的完美工具。
测距仪的原理及分类
文章简介测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来 测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测 量的仪器文章详细内容 那什么是测距仪呢？原理是什么？市面上有哪些测距仪，下文将详细进行介绍。一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。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。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持 式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球 前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。望远 镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光 测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上 各有特点，2011年，美国激光技术杂志公布的数据，2011年全球单品销售冠军是图雅得YP900，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪 超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声 波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和 接收到回波的时间差T，然后求出距离。超声波测距仪，由于超声波受 周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范 围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。 3. 红外测距仪用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红 外线传播时的不扩散原理：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长 距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测 距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受 到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离
测距仪原理图纸
激光测距仪原理 激光测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。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。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。 一．激光测距仪基本原理 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：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。 二．激光测距仪分类 激光测距仪分为两类，一类是手持激光测距仪，这类测距仪测量距离比较短，一般为40-250米，测量精度高。另外一类是激光测距仪望远镜，这类激光测距仪测量距离远，一般为500-2000米，最长测量距离可以达到20公里。 三．激光测距仪主要的产品 长距离的激光测距仪望远镜，全球前四大品牌，是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。这四个品牌占据了全球激光测距仪95%以上的市场份额。四大品牌产品都各有其自身的优势。 图雅得作为全球第一品牌，产品以技术领先见长，图雅得是全球最早的能生产测距+测高+测角一体机的品牌，目前博士能和尼康都还没有这种技术。其产品快速测距、操作简单是其最大特点。产品价格适中，具有比较高的性价比。 博士能是全球老牌的激光测距仪望远镜品牌，其产品做工精美，是做工最好的品牌。博士能测距仪产品侧重打猎和高尔夫功能。产品功能强大，但是操作欠繁琐。另外博士能0.5码高精度测距仪方面非常有优势。 奥尔法是全球第三大品牌，其产品价格是四个品牌中最低的，产品具有非常高的性价比，产品操作简单，实用性高。 尼康在测距望远镜领域技术上不是很强，产品都为国内代工，但是凭借尼康品牌的知名度，在全球也有不俗的表现，长期占据第四的位置。在国内，尼康测距仪由于代理体制问题，售价一直偏高，导致性价比不高。 四大品牌主力产品有： 1.图雅得 SP1500H 这是图雅得2012年最新一代产品，也是目前望远镜测距仪功能最为强大的产品。集合了测距+测高+测角+测高差+测水平距离+连续测角+连续测距+连续测水平距离 8大功能，2012年6月在美国西雅图光学设备展商首次发布，被媒体誉为功能最为强大的测距仪。这款测距仪 1500米超长测距，超快测距速度，操作人性化,售价大约4000元，性价比不错，上市后即成为全球多功能测距仪销量冠军。 2.图雅得 YP900 这款测距仪900米测距，上市时间2011年，全球中距离测距仪 连续三年销量冠军，这款测距仪做工精美，具有超强的抗干扰能力，
超声波测距仪的工作原理2
超声波测距 (程序原理图安装图) 概述 超声波测距学习板，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.27~4.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 超声波测距原理 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：①取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 CJ-3A超声波学习板采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用 74LS244,位码用8550驱动. 超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。由于在这10.2m 的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离，
红外热成像仪的介绍及工作原理
1.红外热成像技术 红外成像技术作为一门新技术，在电力设备运行状态检测中有着无比的优越性。红外成像是以设备的热状态分布为依据对设备运行状态良好与否进行诊断，它具有不停运、不接触、远距离、快速、直观地对设备的热状态进行成像。由于设备的热像图是设备运行状态下热状态及其温度分布的真实描写，而电力设备在运行状态下的热分布正常与否是判断设备状态良好与否的一个重要特征。因此采用红外成像技术可以通过对设备热像图的分析来诊断设备的状态及其隐患缺陷。 2.什么是红外热像图 一般我们人眼能够感受到的可见光波长为：0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。 同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 3.红外热像仪的原理 热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。红外热像仪的非接触式测温方式，能够在不影响轧辊工作的同时测量其实时温度，并随时采取降温措施。
红外热像仪的原理 4.红外热成像的特点 自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会发出红外线，红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。 5.在线式红外热像仪 采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热像仪。
激光测距仪原理
激光测距仪激光测距基本原理 激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。 D=ct/2 式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B 一次所需的时间。 由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。 相位式激光测距仪 相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。 相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。 若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为： t=φ/ω 将此关系代入（3-6）式距离D可表示为 D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ) =c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。 ω——调制信号的角频率，ω=2πf。 U——单位长度，数值等于1/4调制波长 N——测线所包含调制半波长个数。 Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。 ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。 ΔN=φ/ω
在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。 为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。 由上所述一般情况下相位式激光测距仪使用连续发射带调制信号的激光束，为了获得测距高精度还需配置合作目标，而目前推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪，它不仅体积小、重量轻，还采用数字测相脉冲展宽细分技术，无需合作目标即可达到毫米级精度，测程已经超过100m，且能快速准确地直接显示距离。是短程精度精密工程测量、房屋建筑面积测量中最新型的长度计量标准器具。
红外基本原理介绍
自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.78 ~ 1000um，不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。 注意：红外成像设备只能反映物体表面的温度场。 对于电力设备，红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的判据，作出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。 为了深入理解电力设备故障的红外诊断原理，更好的检测设备故障，下面将初步讨论一下电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的关系和规律、影响因素和DL500E的工作原理。 一．红外辐射的发射及其规律 （一）黑体的红外辐射规律 所谓黑体，简单讲就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。显然，因为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1)，所以，黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。但黑体热辐射的基本规律是红外研究及应用的基础，它揭示了黑体发射的红外热辐射随温度及波长变化的定量关系。 下面，我着重介绍其中的三个基本定律。 1．辐射的光谱分布规律-普朗克辐射定律 一个绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长λ附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度)Mλb (T)与波长λ、温度T满足下列关系： Mλb (T)=C1λ-5[EXP(C2/λT)-1]-1 式中C1-第一辐射常数，C1=2πhc2=3.7415×108w·m-2·um4 C2-第二辐射常数，C2=hc/k=1.43879×104um·k 普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础，介绍起来比较抽象，这里就不仔细讲了。2．辐射功率随温度的变化规律-斯蒂芬-玻耳兹曼定律 斯蒂芬-玻耳兹曼定律描述的是黑体单位表面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐射功率Mb(T)(简称为全辐射度)随其温度的变化规律。因此，该定律为普朗克辐射定律对波长积分得到： Mb(T)=∫0∞Mλb(T)dλ=σT4 式中σ=π4C1/(15C24)=5.6697×10-8w/(m2·k4)，称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。 斯蒂芬-玻耳兹曼定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而且，黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比。而且，只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化。 那么，我们可以想象一下，如果能探测到黑体的单位表面积发射的总辐射功率，不是就能确定黑体的温度了吗？因此，斯蒂芬-玻耳兹曼定律是所有红外测温的基础。
基于单片机的红外测距系统设计-开题报告
武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告 论文题目：基于单片机的红外测距系统设计 系：电子信息科学系学号： 20100802041 姓名：钱源 一、论文选题的目的和意义 红外线是不可见光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。现代科学技术的发展进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。其中激光测距是靠激光束照射在物体上反射回来的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在几乎还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有人做过研究，由于采用特殊专用组件使其价格高，难以推广；红外线作为一种特殊的光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。 红外测距的研究就非常有意义了。红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪,红外测距仪----用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距的距离一般无法测量1米以内,而红外测距则可以这一段距离的不足,而且有着不错的精度,在本课题中研究的就是这一类情况的红外线测距。 二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 （1）国内： 根据《国内近年来红外光电测距仪的发展情况》，随着国家对外开放政策的实施和测量工作的需要,近年来国内一些光学仪器厂和电子仪器厂分别从瑞典、瑞士和日本等国引进几种红外测距仪组装线,组装测距仪,我国有关工厂和院校近年来也研制出一些产品。由于微处理机在国产测距仪上的应用,大大缩小了仪器的体积,同时也减少了出故障的几率,使得国产测距仪的性能和质量都较过去有很大的提高。在国家“六·五”计划攻关中,常州第二电子仪器厂研制的DCHZ 型多功能红外测距仪就是一个很好的例证。该产品经国家测绘局测绘科学研究所光电测距仪检测巾心进行全面质量鉴定后认为:该仪器外型美观、体积小、重量
红外通讯原理及实现详解
红外通讯原理及实现详解 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。 1红外通信原理介绍 红外通讯通过使用红外光进行通信，发送设备将电信号转成光信号，接收设备则再将光信号还原成电信号，红外收发系统的框图如图所示： 图 1 红外收发系统 目前基于红外通讯的通讯协议有上百种，这些协议大同小异，下面以飞利蒲的RC5协议为例来进行介绍。同别的红外协议一样，飞利蒲的RC5协议也是由下列几部分组成： 1 .1键码 之所以定义键码就是为了规范设计，至少保证飞利蒲公司内部的红外通信设备之间可以互通，不会出现混乱的情况，当然大家也可以自个定义，这有点像TCP/IP中的应用层，你可以自个定义一个协议，也可以用标准定义好的协议。键码是基于数字信号二进制的0/1而言的。比如0x12，换成二进制就是0b0001 0010。飞利蒲定义的键码如下所示。 1）地址设备对照表（下表中的不同地址用于给不同类型的设备使用） RC5 Address Device RC5 Address Device $00 - 0 TV1 |$10 - 16 Pre-amp $01 - 1 TV2 |$11 - 17 Tuner $02 - 2 Teletext |$12 - 18 Recorder1 $03 - 3 Video |$13 - 19 Pre-amp
$04 - 4 LV1 |$14 - 20 CD Player $05 - 5 VCR1 |$15 - 21 Phono $06 - 6 VCR2 |$16 - 22 SatA $07 - 7 Experimental |$17 - 23 Recorder2 $08 - 8 Sat1 |$18 - 24 $09 - 9 Camera |$19 - 25 $0A - 10 Sat2 |$1A - 26 CDR $0B - 11 |$1B - 27 $0C - 12 CDV |$1C - 28 $0D - 13 Camcorder |$1D - 29 Lighting $0E - 14 |$1E - 30 Lighting $0F - 15 |$1F - 31 Phone 2）命令功能对照表（下表中定应义了常用的遥控的命令） RC5 Command | TV Command | VCR Command ------------------------------------------------------ $00 - 0 | 1 | 1 $01 - 1 | 2 | 2 $02 - 2 | 2 | 2 $03 - 3 | 3 | 3 $04 - 4 | 4 | 4 $05 - 5 | 5 | 5 $06 - 6 | 6 | 6 $07 - 7 | 7 | 7 $08 - 8 | 8 | 8 $09 - 9 | 9 | 9 $0C - 12 | Standby Standby | $10 - 16 | Volume + | $11 - 17 | Volume - | $12 - 18 | Brightness + | $13 - 19 | Brightness - | $32 - 50 | | Fast Rewind $34 - 52 | | Fast Forward $35 - 53 | | Play $36 - 54 | | Stop $37 - 55 | | Recording ---------------------------------------------------------1 .2编码
红外测距传感器的工作原理及使用
光电检测技术与应用 论文 题目：红外测距传感器的工作原理及使用 院系：机电工程学院 班级：测控xxxx 完成日期：2017/5/6 小组：第x组 小组成员：xxxxxxxxxx 红外测距传感器的工作原理及使用 摘要： 利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 关键字：光电检测技术、智能车、测距、红外测距传感器、单片机 一、引言 光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。
二、光电检测技术的概念 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测技术的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 三、光电检测技术的应用 智能车方面的应用、家庭扫地机器人方面的应用:利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 四、常用光电检测器件：红外测距传感器 原理：其输出为电压数值，通过公式L?=?(6762/(9-X))-4可计算出小车与障碍物之间的距离。
热成像技术原理及其应用
热成像技术原理及其应用(参考) 第一章导言 1 热成像系统技术基础 热成像系统能把物体发射的红外辐射(红外光)转变成可见光，从而将人类的视觉由可见光扩大到不可见红外光。人的眼睛不能响应0.4～0.7μm以外的光，要使人眼在夜间看东西象白天一样，使红外转换为可见景物的视觉判读成为可能，需目标相对背景有显著的发射率、温差和与大气窗口相一致的红外辐射传输通道；还需要一种光电器件能响应物体发射出的红外光子。 人眼是接受可见光辐射的最好敏感元件：眼睛的光谱响应范围0.4～0.7μm，正好符合太阳光源的输出峰值，这个波段集中了38%的太阳辐射能量，且地球上的物体具有良好的反射度；眼睛是一种理想的可见光波段量子噪声限探测器(量子能级的低噪声)；人眼对非可见红外光有很好的滤波功能。 自然可见图像主要是由反射和反射度差产生。相反热像仪对红外光响应所形成的热图像主要是由发射率差产生。 目前热像仪工作的三个红外辐射传输的窗口是1μm~3μm，3μm~5μm，8μm~14μm。 2 热成像系统技术发展简述 最初的热成像系统是circa温度记录仪(1930)；
1952年美国陆军制成第一台自动温度记录仪(采用双轴扫描和测辐射热探测器，照相胶卷记录图像)，以后10年主要是民用； 1956年美国空军研制了第一台实时FLIR航扫仪(AN/A-AS-3)，后发展改进研制了第一台二维图像的热像仪XA-1(单元扫描)； 1960年Perkin-Elmer公司为陆军研制了地面FLIR(锑化铟、双折射棱镜扫描，5°视场、瞬时视场1mrad、帧频0.2)； 1960～1974由空军和德克萨斯仪器公司及海军和休斯飞机公司分别制定扫描FLIR研制计划，研制完成60多种FLIR，产品几百件（试用于对北越轰炸）； 到90年代初扫描型热像仪发展至顶盛，美国发展了采用64元、120元、180元制冷MTC探测器的热成像通用组件(以色列120元，英国32元和8条SPRITE探测器)同期世界上生产了约10万台热像仪(1代)；80-90年代美国的标准组件计划是第一代红外热像仪（扫描型）发展的标志性事件。 九十年代末美国、法国（SOFRADIR）、英国、以色列相继研制并批量生产了非制冷焦平面探测器、制冷焦平面探测器，至此引发了一场热成像技术的革命，进入了2代热成像技术发展阶段。2000年，美国和法国的焦平面红外探测器产业化，这是第二代红外热像仪（凝视型）发展的标志性事件。2015年，低成本非制冷红外探测器产业化。 3 热成像系统工作原理 基本内容 辐射理论和目标识别 目标辐射的大气传输 热像仪指标体系 高效的红外光学系统 探测器及其工作条件(制冷、真空)