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激光測(cè)距儀的工作原理及應(yīng)用

來源:廣州市速為電子科技有限公司   2013年02月18日 14:27  

激光測(cè)距儀的工作原理是怎樣的?

    激光測(cè)距儀一般采用兩種方式來測(cè)量距離:脈沖法和相位法。脈沖法測(cè)距的過程是這樣的:測(cè)距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收,測(cè)距儀同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間。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。脈沖法測(cè)量距離的精度是一般是在+/- 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。

激光測(cè)距儀的應(yīng)用領(lǐng)域主要是那些方面?

    激光測(cè)距儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域:電力,水利,通訊,環(huán)境,建筑,地質(zhì),警務(wù),消防,爆破,航海,鐵路,反恐/軍事,農(nóng)業(yè),林業(yè),房地產(chǎn),休閑/戶外運(yùn)動(dòng)等。

為什么激光測(cè)距儀還有所謂“安全”和“不安全”的區(qū)別?

    顧名思義,激光測(cè)距儀是用激光做為主要工作物質(zhì)來進(jìn)行工作的。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*性的。所以,在國(guó)外,手持激光測(cè)距儀中,*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。

手持式激光測(cè)距儀激光測(cè)距原理

    激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式,如果光以速度c在空氣中傳播在AB兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t,則AB兩點(diǎn)間距離D可用下列表示。

D=ct/2

式中:

D——測(cè)站點(diǎn)AB兩點(diǎn)間距離;

c——光在大氣中傳播的速度;

t——光往返AB一次所需的時(shí)間。

    由上式可知,要測(cè)量AB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。

相位式激光測(cè)距儀

    相位式激光測(cè)距儀是用無線電波段的頻率,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,如圖所示。

    相位式激光測(cè)距儀一般應(yīng)用在精密測(cè)距中。由于其精度高,一般為毫米級(jí),為了有效的反射信號(hào),并使測(cè)定的目標(biāo)限制在與儀器精度相稱的某一特定點(diǎn)上,對(duì)這種測(cè)距儀都配置了被稱為合作目標(biāo)的反射鏡。

    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

將此關(guān)系代入(3-6)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,可以通過不同的方法來進(jìn)行測(cè)量,通常應(yīng)用多的是延遲測(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)量中新型的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具。現(xiàn)應(yīng)用多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測(cè)距儀。

手持式激光測(cè)距儀使用注意事項(xiàng)

    DISTO及其他手持式激光測(cè)距儀,由于采用激光進(jìn)行距離測(cè)量,而脈沖激光束是能量非常集中的單色光源,所以在使用時(shí)不要用眼對(duì)準(zhǔn)發(fā)射口直視,也不要用瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡觀察光滑反射面,以免傷害人的眼睛。一定要按儀器說明書中安全操作規(guī)范進(jìn)行測(cè)量。野外測(cè)量時(shí)不可將儀器發(fā)射口直接對(duì)準(zhǔn)太陽以免燒壞儀器光敏元件。

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