激光测距传感器的种类有哪些？主要应用在哪些领域？

激光测距虽然原理简单、结构简单，但以前主要用于军事和科学研究方面，在工业自动化方面却很少见。因为激光测距传感器售价太高，一般在几千美元。

激光测距传感器是测量目标距离的关键技术，主要分为以下几类及其应用领域：

一、主要种类：

脉冲式激光测距传感器（飞行时间法 - ToF）：
- 原理： 发射短脉冲激光，测量激光到目标往返所需的时间，根据光速计算距离。
- 特点： 测程长（可达数公里）、速度快、抗干扰能力较强（尤其对背景光）、精度相对适中（通常厘米级到米级，高端可达毫米级）。
- 代表： 单点激光测距仪（俗称“激光测距仪”）、激光测距望远镜、部分激光雷达的核心单元。
相位式激光测距传感器：
- 原理： 发射连续调制的激光束（通常是正弦波），测量发射光与反射光之间的相位差，根据调制波长计算距离。
- 特点： 精度高（可达毫米甚至亚毫米级）、测程相对较短（通常几十米到几百米）、抗干扰能力较好，测量速度通常略慢于脉冲式。
- 代表： 广泛应用于工业自动化、建筑测绘等需要高精度的场合。
三角反射式激光测距传感器:
- 原理： 发射激光到目标，在另一角度通过CMOS/CCD探测器接收反射光点。利用发射光路与接收光路构成的三角形几何关系计算距离。
- 特点： 精度极高（微米到毫米级）、测程短（通常几厘米到几米）、结构相对紧凑、对目标颜色和材质有一定要求（需漫反射），近距离测量性能优异。
- 代表： 广泛应用于工业自动化（定位、检测）、机器人导航（避障、地面轮廓）、精密制造、消费电子（如手机对焦辅助）。
激光雷达：
- 原理： 本质上是脉冲式或相位式测距技术的扩展应用。通过扫描系统（机械旋转、MEMS微振镜、光学相控阵等）对周围环境进行二维或三维扫描，获得空间内大量点的距离信息，构成点云图。
- 特点： 提供空间信息（点云），应用复杂，成本较高。
- 代表： 按扫描方式分：机械式激光雷达、MEMS激光雷达、Flash面阵激光雷达等。按用途分：地形测绘LiDAR、车载LiDAR、机器人SLAM导航LiDAR等。
超声波传感器：
- 注意： 超声波传感器虽然常用作测距，但并非激光技术。它利用声波反射测距。常被误归类或与激光对比。其特点是成本低、对不透明或特殊材质目标有效，但易受温度、气流、噪音干扰，精度和分辨率通常低于激光传感器。

二、主要应用领域：

工业自动化与制造：
- 定位与控制： 检测传送带上物体的位置、高度、宽度；机器人手臂的精确定位引导；卷材纠偏。
- 尺寸检测： 测量产品的尺寸（直径、厚度、间隙、平整度、体积）。
- 质量检查： 检测表面缺陷、轮廓匹配、变形。
- 液位/料位测量： 非接触测量料仓、液罐内的物料/液体高度。
- 防撞与安全： 机器人和AGV（自动导引车）的避障。
建筑与测绘工程：
- 测量： 快速测量房间尺寸、房屋面积、地形高低起伏、土方量、点坐标测量（测绘）。
- 施工： 自动找平、墙体垂直度检测、隧道断面扫描。
- BIM与建模： 快速获取建筑结构的点云模型。
地理信息与林业：
- 地形测绘（LiDAR）： 机载/星载激光雷达进行大面积地形、植被覆盖测绘。
- 森林资源调查： 测量树高、郁闭度、生物量估算。
- 电力巡线： 检测高压线与植被的安全距离。
交通运输与车辆：
- 自动驾驶与ADAS： 车载激光雷达（LiDAR）是核心传感器之一，用于感知周围环境、识别障碍物、实时定位与地图构建。
- 交通监控： 测量车流量、车速、车型分类。
- 隧道和道路检测： 轮廓扫描检测变形。
安防与监控：
- 周界防护： 检测人员或物体入侵设定区域。
- 自动跟踪： 配合云台摄像机，自动锁定和跟踪目标。
- 门禁控制： 触发开门或报警。
航空航天与国防：
- 高精度定位： 卫星、空间站、登月着陆器的相对测距。
- 目标跟踪与测距： 武器装备中的火控系统（测距仪）。
- 地形规避与导航： 低空飞行器、无人机的地形跟随与避障。
机器人技术：
- 自主导航（SLAM）： 创建环境地图并实时定位（尤其激光SLAM）。
- 环境感知： 室内外移动机器人的避障、路径规划。
- 协作机器人： 与人安全交互的距离感知。
消费电子：
- 手机摄像头辅助对焦： 一些手机配备三角法激光对焦传感器，实现快速对焦。
- 扫地机器人导航： 顶部旋转的激光雷达（LiDAR）是其核心导航传感器之一。
- VR/AR手势识别（一些方案使用LiDAR）： 感知用户手部动作。