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激光测距原理与办法

本站为您提供的激光测距原理与方法,世界上第一台激光器,是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年,首先研制成功的。美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。1961年,第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验,对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。

激光测距(laser distance measuring)是以激光器作为光源进行测距。依据激光作业的办法分为接连激光器和脉冲激光器。氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器作业于接连输出状况,用于相位式激光测距;双异质砷化镓半导体激光器,用于红外测距;红宝石、钕玻璃等固体激光器,用于脉冲式激光测距。激光测距仪因为激光的单色性好、方向性强等特色,加上电子线路半导体化集成化,与光电测距仪比较,不只能够日夜作业、并且能进步测距精度。

激光测距仪是运用激光对方针的间隔进行精确测定(又称激光测距)的仪器。激光测距仪在作业时向方针射出一束很细的激光,由光电元件接纳方针反射的激光束,计时器测定激光束从发射到接纳的时刻,核算出从观测者到方针的间隔。

若激光是接连发射的,测程可达40公里左右,并可昼夜进行作业。若激光是脉冲发射的,一般肯定精度较低,但用于远间隔丈量,能够抵达很好的相对精度。

世界上第一台激光器,是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年,首要研制成功的。美国军方很快就在此基础上展开了对军用激光设备的研讨。1961年,第一台军用激光测距仪经过了美国军方证明实验,对尔后激光测距仪很快就进入了有用联合体。

激光测距仪重量轻、体积小、操作简略速度快而精确,其差错仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一,因此被广泛用于地势丈量,战场丈量,坦克,飞机,舰艇和火炮对方针的测距,丈量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是进步坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技能装备。

因为激光测距仪价格不断下调,工业上也逐步开始运用激光测距仪。国内外呈现了一批新式的具有测距快、体积小、功能牢靠等长处的微型测距仪,能够广泛运用于工业测控、矿山、港口等范畴。

激光测距原理与办法

激光测距原理与办法

激光测距粗划分为两种,第一种原理大致是光速和往复时刻的乘积的一半,便是测距仪和被丈量物体之间的间隔,以激光测距仪为例;第二种是以激光位移传感器原理为原理的办法的。

激光的丈量办法大致有三种,脉冲法(激光回波法),相位法,三角反射法。脉冲法丈量间隔的精度一般是在+/- 1米左右。别的,此类测距仪的丈量盲区一般是15米左右。三角法用来丈量2000mm以下短程间隔(职业称之为位移)时,精度最高可达1um。相位式激光测距一般运用在精细测距中,精度一般为毫米级。激光回波剖析规律用于远间隔丈量。

1第一类测距

假如光以速度c在空气中传达在A、B两点间往复一次所需时刻为t,则A、B两点间间隔D可用下列表明。

D=ct/2 式1.1

式中:

D——测站点A、B两点间间隔;

c——光在大气中传达的速度;

t——光往复A、B一次所需的时刻。

由上式可知,要丈量A、B间隔实际上是要丈量光传达的时刻t,依据丈量时刻办法的不同,激光测距仪一般可分为脉冲式和相位式两种丈量方式。

2 第二类测距

激光位移传感器能够运用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特色可完成无触摸远间隔丈量。激光位移传感器(磁致弹性位移传感器)便是运用激光的这些长处制成的新式丈量外表,它的呈现,使位移丈量的精度、牢靠性得到极大的进步,也为非触摸位移丈量供给了有用的丈量办法。

依照丈量原理,激光位移传感器原理分为激光三角丈量法和激光回波剖析法,激光三角丈量法一般适用于高精度、短间隔的丈量,而激光回波剖析规律用于远间隔丈量。

3丈量办法一:相位式激光测距

相位式激光测距仪是用无线电波段的频率,对激光束进行起伏调制并测定调制光往复测线一次所发生的相位推迟,再依据调制光的波长,换算此相位推迟所代表的间隔。即用直接办法测定出光经往复测线所需的时刻。

若调制光角频率为ω,在待丈量间隔D上往复一次发生的相位推迟为φ,则对应时刻t 可表明为:

t=φ/ω 式3.1

将此联系代入(1.1)式间隔D可表明为

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——信号往复测线一次发生的总的相位推迟。

ω——调制信号的角频率,ω=2πf。

U——单位长度,数值等于1/4调制波长

N——测线所包括调制半波长个数。

Δφ——信号往复测线一次发生相位推迟缺乏π部分。

ΔN——测线所包括调制波缺乏半波长的小数部分。

ΔN=φ/ω

在给定调制和规范大气条件下,频率c/(4πf)是一个常数,此刻刻隔的丈量变成了测线所包括半波长个数的丈量和缺乏半波长的小数部分的丈量即测N或φ,因为近代精细机械加工技能和无线电测相技能的开展,已使φ的丈量抵达很高的精度。

为了测得缺乏π的相角φ,能够经过不同的办法来进行丈量,一般运用最多的是推迟测相和数字测相,现在短程激光测距仪均选用数字测相原理来求得φ。

由上所述一般情况下相位式激光测距仪运用接连发射带调制信号的激光束,为了取得测距高精度还需装备协作方针,而现在推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新式测距仪,它不只体积小、重量轻,还选用数字测相脉冲展宽细分技能,无需协作方针即可抵达毫米级精度,测程现已超越100m,且能快速精确地直接显现间隔。是短程精度精细工程丈量、房子建筑面积丈量中最新式的长度计量规范用具。现运用最多的是leica公司出产的DISTO系列手持式激光测距仪。

4 丈量办法二:脉冲式激光测距

脉冲激光测距简略来说便是针对激光的飞翔时刻差进行测距,它是运用激光脉冲持续时刻极短,能量在时刻上相对会集,瞬时功率很大的特色进行测距。在有协作方针时,能够抵达很远的测程;在近间隔丈量(几千米内)即便没有协作方针,在精度要求不高的情况下也能够进行测距。该办法首要用于地势丈量,战术前沿测距,导弹运转轨迹盯梢,激光雷达测距,以及人造卫星、地月间隔丈量等。

激光测距原理与办法

图4.1脉冲式激光测距原理图

脉冲式激光测距原理如图4.1所示。由激光发射体系宣布一个持续时刻极短的脉冲激光,经过待测间隔L之后,被方针物体反射,发射脉冲激光信号被激光接纳体系中的光电探测器接纳,时刻间隔电路经过核算激光发射和回波信号抵达之间的时刻t,得出方针物体与发射出的间隔L。

其精度取决于:激光脉冲的上升沿、接纳通道带宽、探测器信噪比和时刻间隔精确度。

5 丈量办法三:三角法激光测距

激光位移传感器的丈量办法称为激光三角反射法,激光测距仪的精度是必定的,相同的测距仪测10米与100米的精度是相同的。而激光三角反射法丈量精度是跟量程相关的,量程越大,精度越低。

激光测距的另一种原理是激光三角反射法原理:半导体激光器1被镜片2聚集到被测物体6。反射光被镜片3搜集,投射到CCD阵列4上;信号处理器5经过三角函数核算阵列4上的光点方位得到距物体的间隔。

激光测距原理与办法

图5.1激光三角法

激光发射器经过镜头将可见赤色激光射向物体外表,经物体反射的激光经过承受器镜头,被内部的CCD线性相机承受,依据不同的间隔,CCD线性相机能够在不同的视点下“看见”这个光点。依据这个视点即知的激光和相机之间的间隔,数字信号处理器就能核算出传感器和被测物之间的间隔。

一起,光束在接纳元件的方位经过模仿和数字电路处理,并经过微处理器剖析,核算出相应的输出值,并在用户设定的模仿量窗口内,按份额输出规范数据信号。假如运用开关量输出,则在设定的窗口内导通,窗口之外截止。别的,模仿量与开关量输出可设置独立检测窗口。

常用在铁轨、产品厚度、平整度、尺度等方面。

6 丈量办法四:激光回波法

激光位移传感器选用回波剖析原理来丈量间隔能够抵达必定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光承受器等部分组成。激光位移传感器经过激光发射器每秒发射一百万个脉冲到检测物并回来至接纳器,处理器核算激光脉冲遇到检测物并回来接纳器所需时刻,以此核算出间隔值,该输出值是将上千次的丈量成果进行的均匀输出。

激光测距原理与办法

图6.1 激光回波法

其原理与脉冲式激光测距相似,又称脉冲回波法,用于激光位移传感器。

7“安全”和“不安全”

现在,市场上的手持式激光测距仪的作业物质首要有以下几种:作业波长为905纳米和1540纳米的半导体激光,作业波长为1064纳米的YAG激光。1064纳米的波长对人体皮肤和眼睛是害的,特别是假如眼睛不小心触摸到了1064纳米波长的激光,对眼睛的损伤或许将是永久性的。所以,在国外,手持激光测距仪中,彻底撤销了1064纳米的激光。在国内,某些厂家还有出产1064纳米的激光测距仪。

关于905纳米和1540纳米的激光测距仪,咱们就称之为“安全”的。关于1064纳米的激光测距仪,因为它对人体具有潜在的危害性,所以咱们就称之为“不安全”的。

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