激光測(cè)距粗劃分為兩種，第一種原理大致是光速和往返時(shí)間的乘積的一半，就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之間的距離，以激光測(cè)距儀為例；第二種是以激光位移傳感器原理為原理的方法的。

　　激光的測(cè)量方法大致有三種，脈沖法（激光回波法），相位法，三角反射法。脈沖法測(cè)量距離的精度一般是在+/- 1米左右。另外，此類測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)一般是15米左右。三角法用來(lái)測(cè)量2000mm以下短程距離（行業(yè)稱之為位移）時(shí)，精度最高可達(dá)1um。相位式激光測(cè)距一般應(yīng)用在精密測(cè)距中，精度一般為毫米級(jí)。激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測(cè)量。

1第一類測(cè)距

　　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1.1

　　式中：

　　D——測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離；

　　c——光在大氣中傳播的速度；

　　t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。

　　由上式可知，要測(cè)量A、B距離實(shí)際上是要測(cè)量光傳播的時(shí)間t，根據(jù)測(cè)量時(shí)間方法的不同，激光測(cè)距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測(cè)量形式。

2 第二類測(cè)距

　　激光位移傳感器能夠利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光位移傳感器（磁致伸縮位移傳感器）就是利用激光的這些優(yōu)點(diǎn)制成的新型測(cè)量?jī)x表，它的出現(xiàn)，使位移測(cè)量的精度、可靠性得到極大的提高，也為非接觸位移測(cè)量提供了有效的測(cè)量方法。

　　按照測(cè)量原理,激光位移傳感器原理分為激光三角測(cè)量法和激光回波分析法,激光三角測(cè)量法一般適用于高精度、短距離的測(cè)量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測(cè)量。

3測(cè)量方法一：相位式激光測(cè)距

　　相位式激光測(cè)距儀是用無(wú)線電波段的頻率，對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返測(cè)線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測(cè)定出光經(jīng)往返測(cè)線所需的時(shí)間。

　　若調(diào)制光角頻率為ω，在待測(cè)量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對(duì)應(yīng)時(shí)間t 可表示為：

　　t=φ/ω                                            式3.1

　　將此關(guān)系代入（1.1）式距離D可表示為

　　D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ) = c/4f (N+ ΔN )=U(N+)   式3.2

　　式中：

　　φ——信號(hào)往返測(cè)線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。

　　ω——調(diào)制信號(hào)的角頻率，ω=2πf。

　　U——單位長(zhǎng)度，數(shù)值等于1/4調(diào)制波長(zhǎng)

　　N——測(cè)線所包含調(diào)制半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。

　　Δφ——信號(hào)往返測(cè)線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。

　　ΔN——測(cè)線所包含調(diào)制波不足半波長(zhǎng)的小數(shù)部分。

　　ΔN=φ/ω

　　在給定調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，頻率c/(4πf)是一個(gè)常數(shù)，此時(shí)距離的測(cè)量變成了測(cè)線所包含半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)的測(cè)量和不足半波長(zhǎng)的小數(shù)部分的測(cè)量即測(cè)N或φ，由于近代精密機(jī)械加工技術(shù)和無(wú)線電測(cè)相技術(shù)的發(fā)展，已使φ的測(cè)量達(dá)到很高的精度。

　　為了測(cè)得不足π的相角φ，可以通過(guò)不同的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，通常應(yīng)用最多的是延遲測(cè)相和數(shù)字測(cè)相，目前短程激光測(cè)距儀均采用數(shù)字測(cè)相原理來(lái)求得φ。

　　由上所述一般情況下相位式激光測(cè)距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號(hào)的激光束，為了獲得測(cè)距高精度還需配置合作目標(biāo)，而目前推出的手持式激光測(cè)距儀是脈沖式激光測(cè)距儀中又一新型測(cè)距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數(shù)字測(cè)相脈沖展寬細(xì)分技術(shù)，無(wú)需合作目標(biāo)即可達(dá)到毫米級(jí)精度，測(cè)程已經(jīng)超過(guò)100m，且能快速準(zhǔn)確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測(cè)量、房屋建筑面積測(cè)量中最新型的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具。現(xiàn)應(yīng)用最多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測(cè)距儀。

4 測(cè)量方法二：脈沖式激光測(cè)距

　　脈沖激光測(cè)距簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是針對(duì)激光的飛行時(shí)間差進(jìn)行測(cè)距，它是利用激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，能量在時(shí)間上相對(duì)集中，瞬時(shí)功率很大的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距。在有合作目標(biāo)時(shí)，可以達(dá)到很遠(yuǎn)的測(cè)程；在近距離測(cè)量（幾千米內(nèi)）即使沒(méi)有合作目標(biāo)，在精度要求不高的情況下也可以進(jìn)行測(cè)距。該方法主要用于地形測(cè)量，戰(zhàn)術(shù)前沿測(cè)距，導(dǎo)彈運(yùn)行軌道跟蹤，激光雷達(dá)測(cè)距，以及人造衛(wèi)星、地月距離測(cè)量等。

圖4.1脈沖式激光測(cè)距原理圖

　　脈沖式激光測(cè)距原理如圖4.1所示。由激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)持續(xù)時(shí)間極短的脈沖激光，經(jīng)過(guò)待測(cè)距離L之后，被目標(biāo)物體反射，發(fā)射脈沖激光信號(hào)被激光接收系統(tǒng)中的光電探測(cè)器接收，時(shí)間間隔電路通過(guò)計(jì)算激光發(fā)射和回波信號(hào)到達(dá)之間的時(shí)間t，得出目標(biāo)物體與發(fā)射出的距離L。

　　其精度取決于：激光脈沖的上升沿、接收通道帶寬、探測(cè)器信噪比和時(shí)間間隔精確度。

5 測(cè)量方法三：三角法激光測(cè)距

　　激光位移傳感器的測(cè)量方法稱為激光三角反射法，激光測(cè)距儀的精度是一定的，同樣的測(cè)距儀測(cè)10米與100米的精度是一樣的。而激光三角反射法測(cè)量精度是跟量程相關(guān)的，量程越大，精度越低。

　　激光測(cè)距的另一種原理是激光三角反射法原理：半導(dǎo)體激光器1被鏡片2聚焦到被測(cè)物體6。反射光被鏡片3收集，投射到CCD陣列4上；信號(hào)處理器5通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算陣列4上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。

圖5.1激光三角法

　　激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過(guò)接受器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接受，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見(jiàn)”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度即知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測(cè)物之間的距離。

　　同時(shí)，光束在接收元件的位置通過(guò)模擬和數(shù)字電路處理，并通過(guò)微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。如果使用開(kāi)關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開(kāi)關(guān)量輸出可設(shè)置獨(dú)立檢測(cè)窗口。

　　常用在鐵軌、產(chǎn)品厚度、平整度、尺寸等方面。

6 測(cè)量方法四：激光回波法

　　激光位移傳感器采用回波分析原理來(lái)測(cè)量距離可以達(dá)到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接受器等部分組成。激光位移傳感器通過(guò)激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬(wàn)個(gè)脈沖到檢測(cè)物并返回至接收器，處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測(cè)物并返回接收器所需時(shí)間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。

圖6.1 激光回波法

　　其原理與脈沖式激光測(cè)距類似，又稱脈沖回波法，用于激光位移傳感器。

7“安全”和“不安全”

　　目前，市場(chǎng)上的手持式激光測(cè)距儀的工作物質(zhì)主要有以下幾種：工作波長(zhǎng)為905納米和1540納米的半導(dǎo)體激光，工作波長(zhǎng)為1064納米的YAG激光。1064納米的波長(zhǎng)對(duì)人體皮膚和眼睛是害的，特別是如果眼睛不小心接觸到了1064納米波長(zhǎng)的激光，對(duì)眼睛的傷害可能將是永久性的。所以，在國(guó)外，手持激光測(cè)距儀中，完全取締了1064納米的激光。在國(guó)內(nèi)，某些廠家還有生產(chǎn)1064納米的激光測(cè)距儀。

　　對(duì)于905納米和1540納米的激光測(cè)距儀，我們就稱之為“安全”的。對(duì)于1064納米的激光測(cè)距儀，由于它對(duì)人體具有潛在的危害性，所以我們就稱之為“不安全”的。