摘 要：激光测速（measurement of velocity by laser）是测量移动物体反射回来的光的频率由于多普勒（Doppler）效应发生的偏离，在被测物体是热的或者是易碎的不能用接触法时，此法已测出轧钢机中炽热钢坯的移动速度。本文介绍了激光测速的种类：脉冲发测速和相位发测速，介绍了激光测速的原理，特点，以及应用。
关键词：激光测速；脉冲法；相位法
1.激光测速的种类
激光测速的主要方法有下列二类：
（1）脉冲法测速。激光脉冲法测速是在测距的基础上实现测速。而激光测距是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点进行测距，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。在进行几有米的近程测距时，如果精度要求不高，
即使不使用合作目标，仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测距与测速。
激光脉冲法测速的原理是，当系统工作时，脉冲激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收，通过激光脉冲法测距原理计算距离而得到目标物距离，进而由连续测量的距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。
（2）相位法测速。激光相位法测速，也可由相位测距法多次测量距离来实现。连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测几百至几十万千米，且精度很高。在民用领域，如地形测量、产品误差检测等系统中，得到了普遍应用。
一般，连续光波型激光测距仪的距离分辨率是很高的。通常，相位分辨率要达到一个周期的千分之一是很容易的。要同时保持高测量精度和大的测量范围，还必须利用数个不同的调制频率对同一距离进行测量，但这样就会增加系统的电路复杂程度。
由激光相位法连续测量的距离，得到某段时间内的平均速度，就实现了激光相位法测速。
2.激光测速的特点
激光测速有着相比于雷达测速更好的优点[3]：（1）远距离测量；（2）测量范围广；（3）非接触；（4）测量精度高；（5）响应时间短。
3.激光测速的基本原理
脉冲激光测速[4]是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点对物体的距离以及位移进行测量，在有合作目标的情况下，脉冲激光测速范围可以达到极远的测程，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测速。
系统工作时，激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收通过位移计算得到在单位时间内被测目标的位移距离，进而由连续测量距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可以认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。
激光脉冲测速的工作过程如下：当系统对准目标（如汽车车牌）后，激光器发出一个很
强很窄的连续的激光脉冲，这个光脉冲经过双胶合透镜，压缩发射角使得激光器产生一个发散角只有几个毫弧度的平行光发射（即激光器的准直系统）。这样光脉冲发射到几公里以外的地方，也只有几米直径的一个光斑，一般我们实际测量的距离为 300 米左右，这样光斑就更小。
射向目标的光脉冲由于目标的漫反射作用，总有一部分光从原路反射回来，于是射向目标的光脉冲在经过双胶合透镜汇聚后射向目标点，经目标点反射回来的散射光先经过窄带滤波片滤除杂波，自由双胶合透镜将微弱的反射光汇聚到小面积的光电探测器上，经过光电转换变成点脉冲，再经过放大整形电路而进入时间测量系统，当系统探测到第一个脉冲的时候开始计数，随着下一个脉冲的到来，计数器将数值送到一个寄存器中寄存，再下一个脉冲到来之后，两个数值进行相减，就是物体在单位时间内的位移距离[2]，由公式：
便可以求出被测目标的移动速度，其中汽车测速器c为光速，t为计数器所计时间，t1为固定的脉冲之间时间间隔。
3.激光脉冲测速的干扰因素
天气是制约激光测速的重要因素，如在大雾天气使用激光测速的效果可能会很差。由于在激光脉冲传播途中存在漫反射，因此为了扩大测量范围，提高测量精度激光脉冲应该具有足够的强度。无论怎样改善光束的方向性，它总不可避免要有一定的发散，再加上空气对光线的吸收和散射，所以目标越远，反射回来的光能量就越弱，甚至根本接收不到。为了测量较远的距离，就要使光源发射具有较高功率密度的光强。另外一个要求是激光脉冲的方向性要好。这样可以把光的能量集中在较小的发散角内，以射得更远一些，光斑更小一些，另一方面可以准确判断目标的方位。
上面两种措施可以扩大测量范围但，是要提高测量精度对激光脉冲也有要求：一是激光脉冲的单性要好。无论是在百天还是黑夜，空气中总回存在着各种杂散光线，其往往会比反射回来的光信号强得多。光脉冲的单性越好，窄带滤波片的效果就越佳，就越能够有效提高接收系统的信噪比，保证测量的准确性；二是激光脉冲的宽度要窄，即脉冲上升时间和持续时间要短。由于光速极快，光往返时间极短，光脉冲至少应该远远小于往返时间才能正常测量，并且减小测量误差，还可以提高系统的信噪比；三是探测器的响应速度要足够快，才能有效提取脉冲信号。影响脉冲激光测速范围和精度的因素还有：接收机带宽；计数器计数精度；天气变化；统计的脉冲误差等。
4.应用
激光脉冲测速传感器[1]应用很广泛，它可应用在生产设备，特种机车，风力发电等。比如板材、管材在线切割，电缆或砂纸速度测量等；由于它们是无接触测量，测量敏感或无法触摸的物体非常适合，如绒布、毛皮等纺织品、涂层或粘胶表面、泡沫橡胶表面物体的测速；还有金属加工业如测量钢铁的速度、双抽速度测量、涂装工艺的控制等。
综上所述，激光测速器由于它独特的性能而备受关注，近些年来已有很多人进行了研究，为了能准确地得到速度，提高接收系统的探测灵敏度，尽可能通过对激光测速仪的误差分析来降低误差。
参考文献：
[1]苏美开.简单的激光测速仪[J].激光杂志，2002，（4）.
[2]王本超.激光测速系统的设计与实现[D].西安电子科技大学大学，2007.
[3]戴永江.激光雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2002.
[4]王光宇.激光测速脉冲仪的研究与实现[D].西安电子科技大学大学，2008.
作者简介：王志全（1991.12-），男，河南柘城县人，硕士，渭南师范学院，助教，研究方向：太赫兹波于等离子体的作用机理研究。
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