红外线测距仪

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1、红外线测距仪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

2、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

3、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

4、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L。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红外测距的优点是便宜

5、，易制，安全，缺点是精 度低，距离近，方向性差。红外测距仪和超声波测距仪技术相对落后，现在一般概念上红外 测距仪，也就是指激光测距仪。二.红外测距仪原理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。红外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

6、积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的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。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。现应用最多的是leica公司生产的DISTO系列手持式激光测距仪和 图雅得Trueyard

7、激光测距望远镜和奥尔法激光望远镜测距仪等。在购买测距仪时，测距仪的品牌主要有哪些呢？ 2013年10月美国 光学时代周刊通过对全美近10000名用户的调查，通过对测距仪的品 牌市场份额调查以及客户的美誉度评选出了全球10大测距仪品牌： 一.LECIA徕卡激光红外测距仪短距离手持测距仪全球第一品牌徕卡 在测量测绘领域拥有非常高的美誉度，主要以生产高精度短距离的手 持测距仪为主，在手持测距仪领域占有非常的市场份额，一直是全球 手持测距仪的销量冠军，近2年其在手持测距仪领域的领导地位受到 了德国博世BOSCH的强烈冲击，在很多区域市场博世BOSCH已经超越 LECIA徕卡成为第一品牌。二. TRUE

8、YARD图雅得激光红外测距仪长距离望远镜式测距仪全 球第一品牌图雅得全球知名的户外光学品牌，在长距离望远镜激光红 外测距仪领域，具有非常重要的位置。长期占据全球望远镜测距仪销量第一的品牌。2012年美国时代周刊对全美的调查数据显示，在望远镜测距仪的 客户中，超过52%的客户使用的是图雅得激光红外测距仪。图雅得望远镜测距仪具有测量精准，操作简便，功能强大、性价 比极高的特点。作为老牌的望远镜测距仪专业生产厂家，图雅得拥有多项望远镜 测距仪的专利生产技术。目前在各大品牌，图雅得是为数不多的能够生产测距+测高+测角+ 测高差的一体机型的品牌，另外三大竞争对手都没有这样的技术，尼 康只能生产测距+测高

9、的一体机，而博士能只能生产测高+测角的一体 机，奥尔法只能生产测高+测角+测距的一体机，正式由于图雅得在技 术上领先的原因，让其一直占据全球销量第一的宝座。图雅得在技术上领先的还有一个原因是，图雅得是所有激光红外 测距仪中测量速度最快的机型，同时所有机型都有连续测距的功能。图雅得最为知名的机型，是SP1500，SP2000 1500米超长测距，性 价比很高的一款机型。2011年图雅得推出YP系列高品质机型，其售价不到3500元的 YP900H在2011年成为当年度最耀眼的机型，她是图雅得测距+测高+ 测角一体测距仪的精品，在功能上远远超过了其它品世界。SP2000H, 2000米测距，除了可以

10、测高，测距和测角外，增加测高 差（绝对高度）的领先功能。同时增加了无需开启红外发射器就能连续测角的功能。该款产品在上市后两月，短距离手持测距仪新秀，直逼徕卡，全 球第二大手持测距仪品牌博世在测量仪器领域也具有非常高的知名度， 在很多产品上其超过徕卡。在短距离手持测距仪方面，博世起步较徕卡晚，但是近2年增长 迅猛，直接威胁到了徕卡在全球手持测距仪的垄断地位。同样精度和距离的手持测距仪，其售价会比徕卡低10%左右，从 而具有极高的性价比。四.ORPHA奥尔法激光红外测距仪望远镜激光红外测距仪新秀， 成长非常迅猛，全球第三大望远镜测距仪奥尔法是全球知名的夜视仪 品牌，作为夜视仪全球销量第一的品牌，奥

11、尔法在望远镜激光红外测 距仪领域进入稍晚，但是从2002年开始进入这个领域，奥尔法就成为 业界关注的焦点，凭借其在夜视仪领域的客户群和影响力。每年以进30%的增长速度增长，2011年成为全美第二大望远镜测 距仪品牌。奥尔法测距仪具有极高的性价比，是性能和价格的完美统一。奥尔法测距仪特点是操作全球第二大望远镜测距仪品牌博士能在 户外光学领域可以说位置极高，因为他是目前户外光学产品线最全的 品牌，包括了望远镜测距仪，双筒望远镜，观鸟镜和夜视仪。博士能双筒望远镜一直维持全球第一的位置。在望远镜测距仪方面，则多年来一直保持全美第三的位置。博士能望远镜测距仪，产品非常多，是目前产品型号最多的品牌。其望远

12、镜测距仪产品非常适合高尔夫运动，以及打猎。功能方面都是偏向这两个方面设计的。但是作为普通领域应用时，操作相对繁琐一点。另外一点产品缺乏测高的功能。但是其测距仪的观测效果非常好。博士能的测距仪，最为知名的型号是ELITE 1500(205100)，这是一 款非常传奇的测距仪，全球销量累计超过100万台。这是一款1500码的测距仪，相对于博士能另外款式都是中国产的， ELITE 1500是唯款在日本生产的测距仪，做工精美。这款测距仪性价比非常高，不到3000元的售价，非常具有吸引力， 另外其主要特点是续航时间非常长，操作简单方便，测量精准会计。博士能更新的产品是201965是博士能2012年最新的

13、产品，相对 博士能另外测距仪产品，其精度提高到了 0.5码，同时采用更为快速的 芯片，让201965测距速度更快。需要高精度的测距仪，这款是一个比较好的选择。201965是一款多功能测距仪，可以测角度，测水平距离。与其外观一样的另外一款机型是博士能201960(Z6),这款是高尔 夫专用测距仪。在高尔夫领域非常出名。但是对于普通使用，由于其只提供了旗杆测量一种测量模式，对 环境的适应能力会比较差，在有的环境下，测量不准确。相对来说，201965具有更高的性价比。博士能另外一款非常出名的机型，是短距离的202205，这是一款 850码的短距离测距仪，其特点是外观小巧精致，测量快捷，售价不到 17

14、00元，可谓超高性价比。六.NIKON尼康激光红外测距仪尼康也是非常出名的光学产品品 牌，在相机及镜头方面位置非常重要。在望远镜测距仪产品上，尼康由于把该产品作为边缘产品，未投 入研发资金，其生产技术多为外购，所以其产品在功能上相对会比较 落后一些。其所有的产品没有测高的功能，其2011年推出的新款1000AS也 仅仅带测高的功能，而测角功能在五年前就已经广泛应用于图雅得， 博士能，奥尔法等一线品牌了。作为尼康的边缘产品，尼康望远镜测距仪的定价偏高，以利润为 导向的产品，这也严重的影响到其性价比。相对于博士能来说，尼康的产品都属于博士能二代的产品，所以 尼康的测距仪在性能上会远低于博士能产品。

15、尼康最为知名的1200S，与博士能ELITE 1500 (205100)无论在测 量距离，还是在测量速度，操作方便上都有差距。而博士能205100的售价却低于尼康1200S,另外虽然尼康是日本品 牌，其1200S却是在中国生产，而博士能虽然是美国品牌，其205100 却是在日本生产的。红外线测距仪照准误差的产生与校正第！卷期第V%!、期,#V 世 界米矿快报 启+ . 30 1 1 ( & V )*+ , /22 2# 3 /并 4月羽22红 外线测距仪照准误差的产生与校正中国长城铝业 公司矿山公司5郑州462247姚瑛，孙风发摘要红外线测距 仪如果使用不当维护不好及电子元件老化等都 可能造成

16、仅器精。，度的降低作者详细论述了 8 V一 4,红外线测距仪照准 误差的产生检测及消除办法以便。、，能在仪器最小误差区域内观测以提高测量精度关键 词红外线泪巨归仅照准误差检9 V #校正测距仪测距误差 的种类红外线测距仪具有自动化程度高测距速度快以 及精度高等优点但如果对仪器的使用不当或维。、等相位面护不好都可能造成仪器性能发生变 化导致精度,降低电子元件老化也是造成仪器精度 降低及仪器加常数变化的重要原因为了掌握每台仪器 的性能指标合理使用仪器测出高质量的数据必须 定期,，,。图测距仪发光管光束相位对仪器进行全面检测、。八、测距的误差有多种有照准误差5瞄准误差 7。8 V 4 一测距仪照准误

17、差的检验,一幅相误差对中误 差周期误差信噪比引起的误差8V 4、测距仪是德 国较先进的全站测距仪它?,等等其中有偶然误差也 有系统误差而照准误差是偶然误差但它有一定的规 律性,。，上匕8 V 8VM先进。它的特点是采用了大规模，一名较好的测,。的集成电路将高频逻辑部分集中在一个测距照准 头上从而大大减轻了仪器的重量减化了操作程,量 工作人员应该掌握自己所拥有的仪器性能以便在仪 器的最小误差区域内使用仪器进行观测序能显 示出电池电压反光信号和安置的比例开关。，、测距仪照准误差的产生照准误差5瞄准误差7 是指采用测距仪发射光，还可以显示出测距的标准 偏差古自动进行大、，气改正海平面改正投影改正检

18、验是在八。竺8, 一 4照准误差的46 3,9的距离上进行的安置好测 距仪、束不同的位置进行测量时测距结果不 一致 而形成 的测距 偏 差即发 光管或 调 制 器 空 间相位 不均匀的误差主要是由于砷化稼5:,用反光棱镜首 先将仪器照准单棱镜黄色标志读一组数记录电压 光强档位显示偏差显示距离八、,;317发光 二极管发这一组读数作为标准数据然后使反光镜 沿望远镜出的光束相位不均匀或调制器的相位不均 匀造成的。十字丝上下左右左上左下右上右下A个方向每 次移动项目表，、砷化嫁发出的光束理想的情况是在 光束范围,。, 2 5即2#29 7读取记录。按上述检验。内与发光管在等距离的曲面上相位均相同,样

19、利 表给出了照准误差5偏调7的计算用光束的任一位 置测出的距离也就相同但实际上并非如此与发光 管等距离的曲面上各点的相位并不相同而相位相同 的则是一个不规则的曲面如图中所示,3,点和,二世 界米矿快矿位22年4月表偏位数偏偏3 6 1 0 / . 0 .3/61刁N%月乙（* +牛，照准误差5偏调7计算显示偏差B 3 6 3 2 3 角检 验显 示显 示 距离与 中心 读数之差+V备3 3 B 3 67注电压 中 心右偏已仓氏7仪77 7光强! &八% 一月公3V曰（#绪， 氏9尸（幼）为,W档位! +八八六=以A曰X八巴乃E + 口 石V+0 即印门月叮 行口子 产了才 了 A./- ./-

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24、提高其空间 相位的均匀性但这种作法对仪器的测量影响较大 另外也不能完成消除相位不均匀的影响考虑到 造成照准方向偏斜的原因是由于望远镜的照准误 差和。最佳区域,。为了减少瞄准误差一方面要,发射接收光轴与望 远镜视准轴不平行引起的前者是偶然性的后者是 系统性的因此 在使用 仪器时应经常检查校 正三轴 的平行性找出最 佳观测区域才 能提高观测精度,。、99 ,、,红外测距仪总结报告红外测距仪的制作姓名 班级日期一、摘要（5%）本次设计任务是设计一个红外测距电路，它由硬件和软件两部分组成，硬件部 分包括发射模块和接收模块，先由stc8051单片机产生一个1khz的信 号，经红外发射管发射，碰到障碍物后

25、返回，接收管接收到信号通过 放大、滤波、峰值检波、AD转换后传回单片机，单片机即可通过判断 接收电压的大小来确定距离。软件部分包括信号产生、AD接收、数据处理、液晶显示。二、电路总体方案（5%）整个电路包括：红外线发射、红外线发 射、同向放大、带通滤波、检波、AD转换、单片机显示和发出方波。红外线发射发射红外线1khz的信号经红外发射管发射红外 线接收接收红外线将其强度的变化转化为交流信号幅度的变化同向 放大耦合滤除部分杂波，放大接收管的微弱交流信号 二阶带通滤波 器由于经过放大以后的信号还有很多杂波，而我们需要的是接收到的 1khz的信号，一般的滤波器很难解决干扰问题，所以直接选用有源二 阶

26、带通滤波器。检波化交流信号幅度的变化为直流电压大小的变化并放大A/D将直流电压变化转化为数字量以便单片机读取单片机处理数 字量并将结果显示在液晶屏上三、硬件设计（40%） 1、红外收发管电 路设计1.1红外收发管原理由STC8051的定时器产生一个1KHZ的方波， 用一个三极管驱动，将信号传送到红外发射管上，作为载波发射红外 线。在红外接收管子上加一反向电压时，有光（无遮挡）时电流就增 大，无光时几乎无电流通过。用一个电阻分压，电流的变化则可转换为电压的变化，如果接电 阻在二极管负极端（也就是靠近电源正极端），有光时电压下降。1.2红外收发管外围电路和元件参数设计红外发射管工作电流10 至20

27、mA压降1至1.4V，通过R2的调节改变测量范围。2、放大器的设计2.1放大器的工作原理考虑到题目测量范围和接 收到的信号大小，选取放大倍数为30倍左右，倍数太大会出现波形失 真，是测量范围的最短距离变小，倍数太小信号强度不够，则能测量 的最远距离会变小。2.2放大器的元件参数设计放大倍数Au=-R5/R4 3、滤波器的设计3.1滤波器的工作原理二阶带通滤波器用来滤除杂波，并放大。此次实验采用多路负反馈二阶有源带通滤波器，它使用单个通用 运算放大器（通用运放）接成单电源供电模式，易于实现。它的上限截止频率和下限截止频率可以非常近，具有非常很强的 频率选择性。令C3=C4=C，Req是R8和R9

28、并联的值。品质因数Q等于中心频率除以带宽，Q = fC/BW。由式可以看出可以通过让R10的值远大于Req来获得大的Q值。Q值越大，频率选择性越好，带宽越小。反之则反。3.2滤波器的元件参数设计令中心频率为fc，则计算公式如下： 其中借助网页在线计算工具，取中心频率1khz，带宽100hz左右增益 2，电容值 10nf.得 R8=80k，R9=800，R10=315k。四、程序设计（35%）1、红外发射驱动程序利用单片机的定时 器0可以持续不断的产生1khz方波信号并输出（晶振12MHz）2、测 距程序（信号采集和距离计算等）（1）.信号采集：由于输出信号时稳 定的，而接收管接收的信号时随着障

29、碍物距离的变远而变小，所以我 们可以通过检测信号的强弱来判断距离，多次取值，再取平均。YES （2）.距离计算：由于接收的信号并不是完全是线性变化， 但是可以采用一定范围内的几个固定的公式得出较准确的距离，所以 采用提前把正确的距离和信号强弱的关系先测量好，拟合成函数，这 样测量时就可以通过函数快速得出距离。处理好的数据直接传送到1602液晶屏显示即可。五、测试方案与测试结果（15%）1、测试方案和仪器下列数据中电压均由数字示波器（DS1102CA）测出，信号源为函数信号发生器（GD1102）调试发射部分：直接用示波器测量单片机输出的信号， 为1khz；调试接收部分的放大模块：先用函数信号发生

30、仪模拟一个 接收信号，把放大电路和滤波电路断开，测量TL082芯片的7脚，输 入信号为1khz, 100mv的正弦信号。 二阶带通滤波器：测中心频率：输入5Vpp偏移2.5V的信号， 调节频率在1KHz左右变化，观察其输出电压幅值的变化，幅值最大时 对应的频率即是其中心频率。（记录最大幅值为Vpp max）测通带宽度品质因数：同样条件下 调节频率找出Vpp=0.707Vpp max的两个频率，他们的差即是通带宽度。品质因数=通带宽度/中心频率。 检波：检波电路需要有平稳的电压输出，又要有对波峰电压整 体下降的快速响应。平稳的电压输出：输入5Vpp偏移2.5V，1KHz的信号观察其输出 电压幅值

31、的变化。对波峰电压整体下降的快速响应：输入5Vpp偏移2.5V，5Hz的信 号观察其输出电压值的变化是否接近方波。总体：移动反光屏，将所显示的数据与实际距离比较得出误差 值2、测试结果和分析调试发射部分：红外发射正常。调试接收部分的放大模块：用示波器测量1脚为1khz，2.9v的 正弦信号，放大倍数为29倍，由于有信号的衰减，放大部分正常； 二阶带通滤波器：测得中心频率为996998Hz，两个截止频率分别是 947952 和 10481052。检波：平稳的电压输出：输入5Vpp偏移2.5V 1KHz的信号观察 其输出电压幅值的变化。测得输出电压4.27V幅值20mV；对波峰电压整体下降的快速响应： 输入5Vpp偏移2.5V，5Hz的信号观察其输出电压值的变化是否接近方 波。实际观察结果是基本是一方波。3、测试结论基本完成实验的要求。试验中每次做实验总会有偏差，受外界干扰较大。参考文献：1.新概念51单片机c语言教程一一入门、提高、开 发、 扩 展 全 攻 略 郭天祥著2.红外线测距来自训练班附录：